船机零件的修复工艺.docx

Chapter 6 船机零件的修复工艺
(Repairing Technology)
本章重点：
牢固掌握各种修复方法的特点，其中对金属扣合工艺、电镀工艺（镀铁、镀铬）、焊补、粘结的工艺过程要有较深入的了解，以便能正确地运用。
学习方法
1. 结合典型船机零件的修复实例介绍各种修复工艺，特别是让学生明确各种工艺在船机零件修复中的应用。
2. 比较各种修复工艺的特点、区别、适用的修复零件等。
引言
零件的磨损、疲劳等损伤有时是难以避免的,对损坏的零件不能都一概弃之，有时在无备件的情况下，要采用一定的方法将损坏的零件修复，本章介绍常用的修复工艺。

§6-1 船机零件修复工艺的选择
船机零件发生磨损、腐蚀和裂纹等损坏而失效时，其中大部分零件可以采用各种修复工艺使之恢复原有功能重新投入使用。不仅延长了零部件的使用寿命，而且节约了经费和时间，提高了营运效益。轮机员在修船工作中对于各种修复工艺、最佳修复工艺的选择和修复质量均应了解，才能有效和经济地进行零件修复。本章主要介绍目前国内外先进的修复工艺以及常用的修复工艺。
1 零件修复的意义与原则
1.1 修复意义：
针对零件的具体损坏情况选用合适的修复工艺进行有效修复，不仅使已损坏或将报废的零件恢复使用功能、延长使用寿命，尤其在缺少备件的情况下解决应急之需。除外，零件修复还具有以下几点重要意义：
1) 恢复损坏零件的使用功能，延长使用寿命，在缺少备件的情况下应急之需；
2) 减少备件，减少新零件的购置，从而减少闲置资金，有利于生产；
3) 促进修复工艺和技术的提高。
1.2 修复原则：
轮机员在选用修复工艺进行零件修理时，应从质量、经济和时间三方面综合权衡而定，具体应满足以下要求：
1) 修复费用应低于新件制造成本或购买新件费用
（S修/T修<S新/T新）；
S修——修复旧零件的费用，元；
T修——零件修复后的使用期，月；
S新——新零件的制造成本或购买新零件的费用，元；
T新——新零件的使用期，月。
一般情况下，如修复费用≤2／3新零件制造成本或购买新零件费用，就认为是经济的，此种修复工艺是可取的。
2) 所选的修复工艺要充分满足零件的修复要求；
3) 零件修复后必须保持其原来的技术要求；
4) 零件修复后必须保证具有足够的强度和刚度。重要零件修前应作必要的强度计算等。
5) 零件修复后的耐用期至少要能维护一个修理间隔期。
2 磨损零件的修复原则和磨损极限标准
有相对运动的配合件，磨损后不仅零件尺寸、形状等发生变化，而且使配合间隙增大，工作性能下降。配合件修复后应使配合间隙值恢复原设计要求，以恢复其工作性能。修复方法：
（1）改变尺寸法：改变配合件的原设计配合尺寸，恢复配合件原设计配合间隙值，从而恢复其工作性能。如采用修理尺寸法、尺寸选配法等修复工艺；
（2）恢复尺寸法：恢复配合件的原设计配合尺寸，恢复配合件原设计配合间隙值，从而恢复其工作性能。如采用喷焊、电镀、堆焊等修复工艺。
磨损极限标准：
[1]使用和保养说明书；[2]船检局（ZC）颁布的《海上营运船舶检验规程》标准（1984）；[3]中国船舶工业总公司发布的《中华人民共和国船舶行业标准》（CB-1992）；[4]交通部发布的《中华人民共和国交通行业标准》（JT-1993）。

3 修复工艺的选择
船舶进厂修理时，针对零件损坏形式合理选择修复工艺是提高修船质量，降低修船费用，加速修船速度，缩短修船时间的有效措施。应根据零件修理的要求和修复工艺的特点全面考虑修复工艺：
1）对材料的适用性；2）对修补层厚度要求的适用；3）零件结构和尺寸的限制；4）对零件变形和材料性能的影响。

§6-2 机械加工修复 (Machining Repair)
零件损坏后，采用机械加工方法使之恢复使用，常用的方法有：修理尺寸法、尺寸选配法、附加零件法、局部更换法和成套更换法。
1 修理尺寸法
定义 将零件（配合件中较贵重的一个）的损坏工作表面进行机械加工，消除损坏缺陷，使零件的原始尺寸改变为另一尺寸（称为修理尺寸），而配合件中的另一个零件则按按照修理尺寸重新制造，达到要求的配合间隙和配合特性。例如，曲轴主轴颈过度磨损后，在保证轴颈强度要求下、光车主轴颈，依光车后的尺寸重新配制主轴瓦使具有原有的轴承间隙。
孔：修理尺寸 > 原始尺寸；
轴：修理尺寸 < 原始尺寸。
修理尺寸的确定方法有两个：
（1）最小加工余量原则
修理尺寸＝实测尺寸--（或+）为消除缺陷所需的最小加工余量。
孔：取“＋”；
轴：取“－”。
特点：最经济。缺点是零件失去了互换性，备件困难，适用于单件生产。
（2）分级修理原则
零件按规定好的分级修理尺寸进行加工。一般来讲，对零件进行的加工余量可能不是最小的加工余量。
配合件之一按相应的分级修理尺寸制造好，直接选用，无须单件制造。
例如：
一根轴，全新时，主轴颈的D＝300mm;工作一定时间后，磨成了椭圆，规定：
第一次整圆修理尺寸为：299.75mm;
第二次整圆修理尺寸为：299.50mm;
第三次整圆修理尺寸为：299.25mm
…… …… ……
（分级尺寸一般为等差数列）
根据强度要求确定轴的报废尺寸。同时根据分级尺寸，预制好许多轴瓦，直接进行选用。
特点：修理周期短，经济性好；使单件变成了批量生产。
应用：曲轴轴颈、缸套、活塞等零件的修理。

2 尺寸选配法
将一批相同机型的配合件，首先进行机加工，使其具有正确的几何形状（消除缺陷和几何形状误差），然后根据配合要求进行选配。
特点：必须有一小批配合件，数量太少，则不易组成新的配合件。各对配合件具有不同的基本尺寸，不能修复所有的零件。
应用：精密偶件的修理（喷油泵的柱塞—套筒；喷油器的针阀—阀座）。

3 附加零件法
将过渡磨损的零件表面进行机加工，使其具有正确的几何形状，为了恢复其原有尺寸和配合性质，需要附加一特制的零件（衬套压入），最后再对衬套进行必要的机加工。
应用：磨损件、裂纹的修理（如：缸盖进、排气阀损坏后，用镶套修理，即压入一衬套。再如，尾轴的轴颈镶铜套）。
特点：衬套与被修理件的配合为过盈配合；钢衬套的厚度一般 ³ 2～2.5mm,铸铁衬套厚度一般 ³ 4～5mm，以保证刚度，材料要尽量相同。

4 局部更换法
贵重或尺寸较大的零件，如果只是局部损坏，在能够保证强度要求的前提下，可以从零件上去除损伤的部分，制造出这一部分的新品，使其与零件的余留部分结合（用焊接或其它方法）在一起。
例如：铸钢活塞的顶部被烧蚀或出现了严重的裂纹，将整个顶部割去，然后依据割去的部分用同样的材料制造一个新顶，用焊接法连接，焊接后进行必要的加工，达到使用要求。(FIG.6-2)

5 成套还修
为了缩短修理周期，对损坏零件（或组件），连同整台机械一起拆下，换上完好的一台。换下的机械经修理后又作为备件。例如：高压油泵中的精密偶件损坏后，将整台高压油泵更换，换下的油泵待精密偶件修复（或换新）后作为备件使用。
适用于同类机型较多的船舶的修理。

§6-3 电镀工艺（Electroplating）
1 电镀
所谓电镀是利用电解原理使金属或非金属零件的表面上镀覆一层金属的操作。它是一种修复工艺，也是一种强化工艺。电镀工艺广泛应用于修船，例如活塞环槽、缸套镀铬，曲轴镀铁等。
1.1电镀工艺
电镀分为有槽电镀和无槽电镀(电刷镀)。有槽电镀是以被镀零件作为阴极，欲镀金属作为阳极，并使阳极的形状符合零件待镀表面的形状。电镀槽一般采用不溶金属或非金属，如铅、铅锑合金、塑料等。电解液是所镀金属离子的盐溶液。
1)电解原理
电镀使用直流电源。电镀时，阳极金属失去电子变为离子溶于电解液中；阴极附近的离子获得电子而沉积于零件表面发生还原反应。根据电镀质量、镀层厚度等的不同，电镀时所选用的电流密度、电解液的温度、电镀时间等工艺参数不同。严格控制电镀工艺参数是获得优良镀层的关键。
(1)阴极：被镀零件接电源的负极，发生还原反应。阳离子自阴极得到电子沉积成镀层。
(2)阳极：欲镀金属。失去电子变成阳离子溶于电解液中。
(3)电镀槽：用不溶解的金属或非金属制成。
(4)电解液：含欲镀金属离子的盐溶液。
1.2 镀层的分类
1）耐磨镀层：镀铬、铁等；
2）修复性镀层：同上；
3）防护性镀层：如镀铬；
4）防护—装饰性镀层：镀铜、铬等。
在船厂应用较多的是镀铬、铁。

2 镀铬
零件——阴极；铅锑合金——阳极；电解液——CrO3+H2SO4+H2O
电化学反应：
阴极：Cr6++6eàCr, 2H+2eàH2á
阳极：Cr3+-3eàCr6+; 4OH--4eà2H2O+O2á
2.1镀铬工艺：
（1）零件镀前的准备：首先机械加工零件待镀表面使其具有正确的几何形状；清洁被镀表面（除油脂、污物），以提高镀层与待镀表面的结合强度；不镀表面包扎绝缘材料。
（2）配制电解液：使其工作温度保持在55℃～65℃。
（3）镀后的热处理：镀铬层厚度超过0.1mm的较重要零件应进行驱氢热处理，消除内应力以提高镀层的韧性和结合强度。
（4）镀铬表面的机械加工：一般镀后采用磨削使达要求的尺寸和几何形状。
2.2 镀铬的特点：
优点：（1）温度低（55～65℃）；
（2）镀层与基体的结合强度高，tb=300MPa，且与镀前准备工作有关；
（3）镀层的硬度与强度高；与镀层的厚度有关；
（4）化学稳定性好。
（5）铬层的硬度高，摩擦系数小，具有较高的耐磨性，可使零件的耐磨性提高2～50倍。
（6）铬层的允许厚度一般为0.1mm～0.25mm，一般控制在0.5mm以下。
缺点：铬的沉积速度慢，效率低，成本高；内应力大，脆性大（与镀层厚度有关）；镀铬过程中大量气体逸出，带出铬酸。
2.2 镀铬在修船中的应用
镀铬层分为防护、装饰性镀铬层和耐磨镀铬层。耐磨镀铬层可用于提高零件表面耐磨性，延长使用寿命和用于修复磨损、腐蚀的零件。按镀层的结构分为以下两种：
1）硬质镀铬层
特点：铬层硬度高，耐磨性好，有一定的韧性。
应用：① 用于提高负荷小且润滑条件好的零件的耐磨性；
② 磨损零件的尺寸修复，如：曲轴、油泵等。
2）松孔镀铬层
特点：镀层呈网状和多孔状，储油性能好，可改善润滑条件。实践证明，合适的网纹宽度小于0.06mm，深度为0.04mm～0.09mm，孔隙率为25％～35％。
应用：负荷较大及润滑条件差的耐磨件的修复。如：缸套、活塞环、活塞销等。气缸套松孔镀铬层厚度一般为0.15mm～0.25mm，活塞环为0.10mm～0.15mm。
2.3 注意事项
1）镀前准备：镀前机加工（粗糙度3.2）、清洗除油、配制阳极（与零件表面具有相似的形状）。
2）镀后处理：除H，机加工。
3）安全技术：铬酸有毒，要有好的抽风装置。

3 低温镀铁
3.1 原理
同前，阳极为铁或低碳钢；电解液为FeCl2水溶液。目前生产中广泛采用不对称交直流低温镀铁工艺。它依次通过不对称交流电起镀、不对称交流电过渡镀和和直流镀，使零件表面上牢固地沉积一层高硬度镀铁层的工艺。
一般工业用交流电为正弦波交流电，是由两个相等相反的半波组成。电镀时采用此种交流电，一个半波使零件呈阴极极性沉积镀层，另一半波则使零件呈阳极极性把镀层（甚至基体）电解除掉。因此对称交流电不能进行电镀。不对称交流电是使两个半波不等，较大半波进行电镀获得镀层，较小半波电解镀层，沉积的镀层总比电解掉的多。所以，在开始镀前10min～20min内，采用不对称交流电起镀，可以使镀层晶粒细小均匀，表面较平滑，内应力较相同电流密度下的直流电镀层小，结合强度也较直流电镀层高得多。结合强度可达450MPa，镀层不易脱落。起镀时应满足J有效和β为一定值的条件。
正、负半波电流密度之差，称为有效电流密度J有效。
J有效＝J正-J负
式中：J正——正半波电流密度；
J负——负半波电流密度。
正、负半波电流密度之比称为不对称比β：
β＝J正／J负
当l＜β≤1.3时，获得较小内应力的镀层。β增加达6～8时，镀层的内应力和硬度均增大。当β＞8时，镀层的硬度不再增加。
起镀时，β＝1.3，均匀改变β值，4min～5min内增至8，再镀5min～10min，使应力与硬度均匀增加，以防内应力骤然增加造成镀层内脱层。这一阶段为过渡镀，为直流电镀作准备。
过渡镀后，在不断电的情况下把交流电转为直流电进行电镀。最后进行热处理和机械加工等镀后处理。
3.2 特点
（1）镀液温度低（30～40℃），电解挥发小；
（2）镀层与基体的结合强度高，320MPa；
（3）镀层晶粒细，硬度高；
（4）沉积速度快，镀厚能力强，沉积速度是镀铬的10倍，镀层厚度2～4mm。
（5）电流效率高，可达90％，耗电少。
3.3 无刻蚀低温镀铁
在低温镀铁工艺中需要进行阳极刻蚀处理，目的是采用电解方法除去零件表面的氧化膜并生成钝化膜，保护纯净的零件表面在空气中不被氧化。刻蚀处理后立即冲洗净零件表面残酸，不仅污染环境，若残酸带入电镀液中还会降低镀铁质量。近年来，为了克服阳极刻蚀处理的缺点和简化工艺，出现了无刻蚀镀铁新工艺，使镀铁工艺有了新发展。
无刻蚀镀铁工艺是以Fe++为主，在经过电化学活化处理呈现微融活化态的钢铁零件表面上沉积，形成金属键结合与微晶结构的高强度的镀铁层。
无刻蚀镀铁工艺过程：
零件在镀前的表面活化处理是采用盐酸水浸洗的方法，腐蚀除去零件待镀表面的氧化膜，中和去除碱性水膜，形成酸性水膜。然后将零件放人电镀槽中，先进行对称交流活化处理，再进行不对称交流起镀和过渡镀等。与刻蚀镀铁相比较，无刻蚀镀铁工艺省去了硫酸阳极刻蚀处理，减少了工序，简化了工艺，减省了设备和降低了污染，从而保证了镀铁的质量和降低了成本。无刻蚀镀铁的镀层结合强度高、耐磨性更好，质量稳定可靠，成品率高。
3.3 应用
目前，无刻蚀镀铁已广泛应用，尤其在修复磨损失效的柴油机曲轴方面成果显著，修复曲轴长度可达4m以上，使大批报废曲轴新生，节省经费可观。此外，镀铁还用于修复其它要求镀层厚度大的场合，如精密偶件、缸套等。

4 电刷镀（Brush Electroplating）
又称刷镀、涂镀，是一种无槽快速电镀工艺，始于50年代，1984年定名为电刷镀。
4.1 原理
同前。阳极：镀笔（蘸镀液）。
刷镀不需电镀槽，只需将零件与直流电源的负极相接，镀笔与正极相接。刷镀时，将蘸满电镀液的镀笔在零件表面上移动，即用镀笔涂刷零件工作表面。在电场作用下，电镀液中的金属离子向零件表面迁移，并从表面获得电子后沉积其上形成镀层。所以，电刷镀是一种设备和工艺大为简化的电镀。
4.2 电刷镀工艺
1）电刷镀设备与溶液
专用电源为电刷镀主要设备，采用无级调节电压的直流电源，常用电压范围为0～50V。
镀笔是电刷镀的主要工具，是由手柄和阳极组成。阳极是镀笔的工作部分，石墨和铂合金是理想的不溶性阳极材料，但石墨应用最多，只在阳极尺寸极小无法用石墨时才用铂铱合金。在石墨阳极上包扎脱脂棉包套，其作用是储存电镀液，防止两极接触产生电弧烧伤零件表面和防止阳极石墨粒子脱落污染电镀液。石墨阳极的形状依被镀零件表面形状而定。
电镀溶液，根据用途不同有表面顶处理溶液、沉积金属溶液、退镀溶液等。
（1）表面顶处理溶液：为了提高镀层与基体的结合强度，被镀表面必须预先进行严格的预处理，包括电净处理和活化处理，所以有电净液和活化液。
电净液：用电解的方法清除零件金属表面上的油污和杂质称为电净处理。电净液为无色透明的碱性溶液，－10℃不结冰，可长期存放，腐蚀性小。零件电净处理后用清水冲洗。
活化液：用电解的方法除去零件金属表面的氧化膜称为活化处理，目的是使零件表面露出金属光泽，为镀层与基体金属结合创造条件。
（2）沉积金属溶液：电刷镀溶液一般分为酸性和碱性两大类。酸性溶液比碱性溶液沉积速度快1.5～3倍，但绝大部分酸性溶液不适用于材质疏松的金属材料，如铸铁，也不适用于不耐酸腐蚀的金属材料，如锡、锌等。碱性和中性电镀溶液有很好的使用性能，可获得晶粒细小的镀层，在边角、狭缝和盲孔等处有很好的均镀能力，无腐蚀性，适于在各种材质的零件上镀覆。
（3）退镀溶液：用于除去不需镀覆表面上的镀层，主要退除铬、铜、铁、钴、镍、锌等镀层。
2）电刷镀工艺
（1）零件表面的准备：零件表面的预处理是保证镀层与零件表面结合强度的关键工序。零件表面应光滑平整，无油污、无锈斑和氧化膜等。为此先用钢丝刷、丙酮清洁，然后进行电净处理和活化处理。
（2）打底层（过渡层）：为了进一步提高工作镀层与零件金属基体的结合力，选用特殊镍、碱铜等作为底层，厚度一般为2μm～5μm。然后再于其上镀覆要求的金属镀层，即工作镀层。
（3）镀工作镀层：电刷镀工作镀层的厚度（半径方向上）为0.3mm～0.5mm，镀层厚度增加内应力加大，容易引起裂纹和使结合强度下降，乃至镀层脱落。但用于补偿零件磨损尺寸时，需要较大厚度，则应采用组合镀层，如图6-4所示。在零件表面上先镀打底层，再镀补偿尺寸的尺寸镀层。为避免因厚度过大使应力增加、晶粒粗大和沉积速度下降，在尺寸镀层间镀夹心镀层（不超过0.05mm），最后再镀上工作镀层。
4.3 特点
1）无电镀槽，设备简单，不受零件尺寸的限制；
2）电镀工艺简化，如：不需要包扎绝缘等；
3）镀层种类多：均匀、不均匀镀层等；
4）沉积速度快，是有槽电镀的10～15倍，由此而得名。节约能源与工时。
5）镀后一般不要加工，镀层厚度可控制。
4.3 应用
目前我国修船行业已普遍使用电刷镀修复船机零件。可修复磨损和机械加工超差的船机零件，如活塞杆、增压器转子轴、电机转子轴、水泵轴、尾轴衬套等。
1）轴颈磨损的修复。
2）孔类零件的修理。
3）滚动轴承的修理。

§6-4 热喷涂工艺（Spraying）
引言：热喷涂是近代各种喷涂、喷熔（或称喷焊）工艺的总称。它是把丝状或粉末状材料加热到近熔化或熔化状态，并使之雾化、加速；最后喷至零件表面形成覆盖层的工艺。热喷涂工艺既是一种表面强化工艺，也是一种修复工艺。
原理：利用不同的热源和工艺，将不同的金属粉末喷涂或喷焊到零件的工作表面，使之与零件的金属基体形成结合牢固的覆盖层（可以满足不同的性能要求；或恢复损伤零件的原有尺寸和几何精度，恢复配合性质）。

1 喷涂（Spraying）
1.1 方法：
用专用的喷枪把加热（金属粉末通过热源时被加热）到熔化或近熔化状态的合金粉末直接喷涂到零件上加工预处理的表面上，从而在零件的表面形成涂层。
1.2 合金粉末的种类：
一般依熔化喷涂、喷熔材料所用能源分类。
喷涂有：电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂（包括爆炸喷涂、超音速喷涂）等；
喷熔有：火焰粉未喷熔、等离子粉未喷熔等。
喷涂材料有丝状和粉未状。
1）打底粉：自熔性好，与基体可形成冶金结合，作用是增加结合强度。
2）工作粉：形成工作层。
合金粉末的牌号很多，可根据要求选用。
1.3 设备：热喷涂的主要设备是热源、喷枪及附助设备。喷枪（与气焊炬很相似，多了一个送粉系统）；氧气瓶；乙炔发生器或乙炔瓶；夹具；粉末及预热工件的烘箱等。
电弧喷涂是利用电弧热加热金属使之熔化，并用压缩空气将已熔化的金属吹成雾状喷到零件工作表面上形成涂层的工艺。主要设备有直流电焊机、空气压缩机、电喷枪和各种辅助设备。电弧喷涂的最高温度可达5538℃～6649℃。
等离子喷涂是将电流和惰性气体（如氮气、氩气等）通过等离子喷枪，造成强烈电弧放电，形成的等离子流是一束能量高度集中的弧柱，温度极高可达11093℃。等离于喷涂是利用等离子弧作热源熔化金属并喷至零件工作表面形成涂层的工艺。等离子喷涂的主要设备有等离子喷枪、硅整流直流电源和各种辅助设备。
火焰喷涂是利用氧——乙炔火焰熔化金属，并用压缩空气将其喷至零件工作表面形成涂层的工艺。喷涂使用氧和乙炔为1∶1的中性焰，温度可达3100℃左右。火焰喷涂设备主要有气源、喷枪和辅助设备等。
1.4 工艺过程：
1）喷前准备：包括——预处理、表面准备、预热等。
凹切、清洁（一般采用四氯化碳除油污）、粗化（采用喷砂、拉毛、开槽、车螺纹、滚花等方法）。待喷熔表面不需粗化。非喷涂表面的隔离保护（采用胶带、有机硅树脂、水玻璃或其它保护材料遮盖保护）。热喷涂前零件待喷表面应预热，以除掉表面上的潮气，降低涂层的收缩应力，防止涂层产生裂纹。预热温度在70℃～150℃，最高不超高270℃。
2）喷底粉：厚度0.1～0.2mm。
3）喷工作层：厚度0.3～1.5mm（依要求而定）。
4）喷涂层的机加工：车削时，刀具要锋利，吃刀深度要小；磨削时，最好在200℃的机油中浸泡30分钟。
1.5 特点：设备简单、操作容易、效率高、热应力小、几乎不变形（低于250℃）。涂层厚度从0.05mm至几毫米，且被喷零件尺寸不限；
缺点：喷涂层与零件表面主要为机械结合，结合强度低，约为5MPa～50MPa，抗冲击性能差。
2.6 应用：
（1）磨损件的修复，如：轴、增压器的转子；
（2）铸件局部缺陷的修复；
（3）新制零件工作表面的强化。

2 喷焊（Spray Fusing）
2.1 定义：用喷枪把加热到熔化状态的合金粉末喷到零件的表面上，再用火焰使涂层重新熔化，从而使涂层与金属零件的表面熔焊在一起。
2.2 操作方法：
粉末火焰喷熔所用设备和喷枪与粉末火焰喷涂相同。
喷熔前，清洁零件表面，除去油污和锈等，预热温度为200℃～250℃。喷熔时采用一步法或两步法进行喷熔操作。
1）一步法：喷一点粉末熔化一点，边喷边熔，喷粉与熔化交替进行；
2）二步法：先喷粉，最后进行熔化，适用于大面积的喷焊。每次喷涂厚度为0.2mm～0.3mm，一次喷涂层不可过厚，多次薄喷达到要求的喷熔层。重熔温度可达1000℃左右，虽然零件表面未被熔化，但零件表层与涂层交界处被熔化的涂层所溶解，金属元素的扩散、渗透使交界处构成新的组织，形成表面合金层。这是固态金属被液态合金溶解所形成的牢固冶金结合，所以喷熔层与零件表面的结合强度高。但零件温度高、变形较大，故喷熔后应缓慢冷却或进行退火处理。
2.3 特点：
（1）厚度0.1～2mm；
（2）喷熔涂层与零件表面为冶金结合，结合强度高，约为300MPa～700MPa。
（3）喷焊后应缓冷，防止裂纹（热应力）和变形。喷焊后一般要采用粗车和精磨。
2.4 应用：等离子喷涂可喷高熔点材料，涂层致密，结合强度高。受热应力、冲击、磨损作用而损坏的零件，如：轴类零件、缸盖阀座的裂纹等。

小 结
喷涂与喷焊的区别
（1）对工件的热影响不同；
（2）应用范围不同：喷涂适用于不受高应力交变载荷的静配合面；
（3）孔隙率：喷涂：组织疏松，储油性能好，耐蚀性差。
（4）喷涂层与零件表面主要为机械结合，结合强度低，约为5MPa～50MPa，抗冲击性能差。喷熔涂层与零件表面为冶金结合，结合强度高，约为300MPa～700MPa。

§6-5 焊补修理
1 概述
焊补工艺是船机零件的修理方法之一，对于零件的裂纹、断裂、严重磨损、腐蚀和烧蚀等损坏的修理有其独特的作用。
1）焊补：分为焊接和堆焊。可采用手工电弧焊或气焊等方法实施焊补。
2）焊补工艺的特点：成本低、工时少、效率高、堆焊层与零件基体结合强度高。在船上用于应急修理。
缺点是：焊补时零件温度高，易导致变形和裂纹。特别是铸铁件的焊补要小心。

2 焊接（WELDING）
2.1 定义
通过加热或加压，或加热与加压同时并用，使金属零件在连接处达到原子间的冶金结合的方法。
2.2 分类
焊接方法依施加能量不同分为熔焊和压焊两大类：
1）熔焊：用加热的方法进行焊接。分为气焊、电弧焊、电渣焊等。
2）压焊：用加压或加压＋加热的方法进行焊接。摩擦焊、接触焊、爆炸焊等。
2.3 应用：裂纹与断裂的修理。修船厂通常多选用气焊和电弧焊修理损坏的零件。例如应急焊接断裂的曲轴和曲轴裂纹、焊接修理螺旋桨桨叶裂纹等。

3 堆焊（Built-up Welding）
3.1 定义：
用熔化焊条的方法在零件损伤表面上熔覆一层或多层金属的方法。一般用熔焊进行。
为了保证堆焊修理的质量应注意以下几点：
（1）堆焊前零件待修表面清除油污、锈痕，使露出金属光泽；
（2）预热，依零件材料和焊条确定预热温度；
（3）依零件材料和对表面性能的要求选择焊条；
（4）堆焊时采用分段多层堆焊法和逐步退焊法。分段多层堆焊法是把长焊层分成若干短焊层，然后分段一层层堆焊；逐步退焊法是把长焊道分成若干段短焊道，每段由后向前焊。以上两种方法在堆焊时零件受热均匀，可大大降低热应力和热变形。
多道焊堆焊时，各焊道应有一定的重叠，多层焊堆焊时，焊层之间依焊道方向成900重叠。
（5）零件堆焊后进行消除应力的低温退火和机械加工。
3.2 应用：
（1）新件：获得特殊性能。
（2）磨损、腐蚀件：增大或恢复零件的尺寸。如增压器壳体废气侧的腐蚀部位的修复。活塞顶部严重烧蚀的修理等。

4 铸铁件的焊补修理
铸铁件由于焊补后容易产生裂纹，为人们畏惧。铸铁零件焊补难于保证质量的原因主要有：
（1）铸铁含碳量较高（一般为2.5％～4.0％），焊补时铸铁熔化后冷却，由于冷却速度较大易产生白口（Fe3C），且白口收缩大；铸铁塑性很低，而焊补时热应力很大；铸铁中含有较多的硫、磷（一般含硫0.02％～0.2％、含磷0.01％～0.5％）不仅引起脆性，而且促进白口。这些都会造成焊补后零件产生裂纹。
（2）铸铁中的碳以片状石墨形式存在，焊补时石墨被高温氧化生成CO气体，使焊缝金属易产生气孔或咬边。
（3）作为摩擦零件使用时，铸铁组织中浸透油脂，一般难以除去，焊补时使焊缝中产生气孔。
（4）铸铁零件在铸造时产生的气孔、缩松、砂眼等也容易造成焊补缺陷。
铸铁零件采用手工电弧焊的焊补方法主要有：热焊法、半热焊法和冷焊法。冷焊法是铸铁零件整体温度不高于200℃时进行焊补的方法。冷焊法的特点是方法简便，焊补速度快，零件变形小。缺点是易产生淬硬组织而出现白口，所以对焊补技术要求高，工艺要求严格，以免产生裂纹和气孔。
冷焊修理工艺：
1） 定裂纹部位后在裂纹前端3-5mm处钻止裂孔；
2） 在裂纹上开坡口；
3） 预热（温度200℃）；
4） 选择焊条；
5） 焊接，用直流电焊机，并用细焊条低电流施焊，减少母材的溶化量；
6） 焊后处理，缓冷或低温退火处理防止出现白口。
磨损铸铁零件的堆焊修复工艺：
采用短段热焊法：对焊段进行600℃～700℃预热，趁热堆焊，然后预热下一个焊段和堆焊，余类推。每个焊段长度控制在25mm～40mm。由于焊前预热温度高，能够彻底除净零件表面上的油脂，因此焊缝内不会产生气孔，采用短焊段热焊法修复磨损件，零件的整体温度仍较低，仍属冷焊法。
用气焊预热，电焊施焊，预热施焊交替进行，协调配合。并且对焊后部分的缓冷保温等细致严格，以获得优良的堆焊修复质量。
铸铁件的钎焊修复工艺：
1）钎焊
采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，使液态钎料润湿母材填充接头间隙并与母材相互扩散而连接焊件的方法称为钎焊。
钎焊分为硬钎焊和软钎焊。钎料熔点高于450℃的钎焊称为硬钎焊；钎料熔点低于450℃的钎焊称为软钎焊。常见的硬钎焊有铸铁件的黄铜钎焊，软钎焊有铸铁件的锡铋合金钎焊。
2）铸铁件的黄铜钎焊修复
小型铸铁件或大型铸铁件的局部多采用黄铜钎焊。钎焊时，利用氧炔焰加热母材与熔化钎料，因母材虽处高温但未熔化，所以接头处不会产生白口，也不会产生裂纹。
修复过程：清洁修复部位，除去油污、铁锈等；选钎料和钎剂；调整火焰，用弱氧化焰进行钎焊，并在焊后机械加工。
黄铜钎焊修复铸铁件的缺点是钎料与母材颜色不一致。

§6-6 金属扣合工艺（Metal Lock）
1 定义
利用高强度合金材料制成特殊的连接件，把机件的损坏处连接起来，使之恢复使用性能的修理方法。
金属扣合工艺作为修理裂纹和断裂的方法被广泛应用，尤其对于难焊补的铸钢件和铸铁零件，不允许有变形的零件，是一种最佳修理方法。船上许多大型机件（如：主、副柴油机的机座、机架、气缸体、缸盖等）以及各种机械的壳体和螺旋桨等的裂纹修复均可采用。近年来，金属扣合工艺与胶粘剂配合使用不仅增大连接强度，而且有利于提高密封性。

2 扣合的类型
2.1 波浪键扣合法
1）方法：垂直于裂纹方向加工出波形槽，嵌入形状相似的波浪键，在常温下铆击波浪键，利用波浪键与槽的啮合作用使零件联成一体。
2）适用范围：一般强度的零件，壁厚在8～45mm.。
3）波浪键的材料：一般选用镍铬不锈钢——1Crl8Ni9、1Crl8Ni9Ti等，冷变形后强度可提高50％；也可选用普通低碳钢10、15、20钢等，冷变形后强度可提高10％～20％。高温零件可选用含镍量高并与零件材料膨胀系数相近的高温镍基合金：Ni36、Ni42等，此种材料膨胀系数与铸铁相近，或选用10、15、20钢等。
4）波浪键和槽的形状和尺寸
波浪键的尺寸有凸缘直径d、宽度b、间距l、厚度t。通常将d、b、l作成标准尺寸，根据零件壁厚和受力情况决定凸缘数、波浪键数和零件裂纹上的波形槽间距等。波浪键和彼形槽如图6-9所示。
波浪键的尺寸：b是基本尺寸，一般取3mm～6mm，其它尺寸依公式计算：
d ＝（1.4～1.6）b
l ＝（2.0～2.2）b
t ＝（1.0～1.2）b
波浪键的凸缘数一般取5、7、9个。凸缘数越多，波形糟各凹处断面上的应力越小，并使最大应力远离裂纹。但凸缘数过多，使镶嵌波浪键工作量增加，难度加大。在位置允许的情况下，尽可能选用7或9个凸缘的波浪键。
波形槽的尺寸：波形糟的形状与尺寸与波浪键一致，只需使二者配合间隙保持0.1mm～0.2mm，槽深T依零件壁厚H而定，一般T＝（0.65～0.75）H，并依槽深放人一层或两层波浪键。零件裂纹上波形槽间距W可依经验法或计算公式确定。
承受载荷不大的普通铸铁零件，波形槽间距可为宽度b的5～6倍，即W＝（5～6）b。
承受较大载荷的高强度铸铁件，可依波浪键和零件材料的强度计算波形槽的间距W。
5）波浪键扣合工艺
（1）在零件上裂纹两端钻止裂孔；
（2）设计并在零件裂纹处画出波形槽位置线；
（3）利用专用钻模板和工具加工出波形槽；
（4）将波浪键嵌入波形槽中（可预先在槽内涂抹胶粘剂），铆击波浪键使之充满槽腔。
2.2 波浪键—密封螺钉扣合法（或螺丝密封法）
1）方法：在波浪键扣合的基础上，再沿裂纹钻孔攻丝（有一定的重叠），将涂有粘结剂的密封螺钉旋入。钻削第二个孔要切入已装好的密封螺钉，使密封螺钉间有0.5mrn～1.5mm的重叠。全部裂纹上装满密封螺钉后用砂轮打磨平整。在裂纹上可装密封螺钉或密封圆柱销。前者用于承受低压的裂纹零件，后者用于承受高压的裂纹零件。密封螺钉可选用M3～M8；圆柱销直径可选用3mm～8mm，长度与波浪键厚度t相同。密封螺钉和圆柱销的材料与波浪键材料相同，但不重要零件也可选用低碳钢或紫铜。
2）应用：有强度要求和密封要求的场合。如缸体、机体裂纹的修理。
2.3 加强块扣合法
1）方法：垂直于裂纹（或折断面）加工出矩形空穴，嵌入加强块，沿结合线加工圆孔，嵌入短圆柱。
2）特点：加强块使载荷分布到更多的面积和更远离裂纹的地方。加强块的形状各异、有矩形、十字形、X形等，如图6－12所示，依机件和裂纹情况选用。
3）必要时：可与波浪键对加强块与机件进行扣合。
4）应用：加强扣合法主要用于承受高载荷、壁厚超过45mm的机件。
2.4 热扣合法
热扣合法是利用金属材料的热胀冷缩的特性修复零件裂纹的方法。将一定形状的扣合键加热至一定温度后嵌入零件裂纹处的相应形状、尺寸的键槽中，当扣合键冷却收缩后将零件裂纹拉紧而成一体。如图6－13所示。
扣合键的形状、尺寸依零件裂纹部位的形状和安装的可能性设计成不同的形式，例如圆环形、工字形等。
金属扣合工艺修理零件的裂纹和断裂具有较好的效果和较高的经济效益，目前已广泛应用于修船工作中。

2.5 扣合的特点
工艺简单、成本低；可现场使用；不破坏零件的精度；对铸铁裂纹的修理效果好。

3 塑性变形修复法
塑性变形修复法实质是一般的压力加工的方法，它利用金属或合金的塑性，在一定的外力作用下改变或恢复零件的原有几何形状和尺寸的修复方法。
3.1 修复磨损的零件
利用塑性变形修复磨损的零件是将零件非工作部位的部分金属转移到零件磨损的工作部位上以恢复零件工作表面的原有尺寸。此种方法使零件的形状、尺寸改变，而且金属的机械性能和组织结构也改变。
对于含碳量低于0.3％的未经热处理和碳钢零件或有色金属（或合金）零件进行塑性变形修复时可不加热；对于含碳量大于0.3％的碳钢或合金钢零件，因其塑性低，变形阻力大而需要加热后进行塑性变形修复。常采用的方法主要有镦粗法、挤压法和扩张法。
3.2 修复变形零件
例如柴油机曲轴的弯曲变形，连杆的弯曲、扭转和平面方向的弯曲变形见图6－14。另外，零件在长期的使用过程中，由于受到机械碰撞而引起变形，如船舶螺旋桨桨叶打在缆绳或礁石上而使桨叶弯曲变形。零件产生的变形只要得到校正仍然可以继续使用。因此，生产中常采用冷校法、热校法、加热——机械校直法等进行修复，根据零件的变形程度选用。
1）冷校法
对于材料塑性较高和尺寸较小的零件可以选冷校法、冷校法是基于反变形原理，即使零件变形部位发生相反的变形。由于弹性变形使反变形减小，所以反变形应较原变形适当增大，达到变形消失，恢复零件原有形状的目的。
（1）敲击法：用锤子敲击零件变形的背面，使发生反向变形。根据零件材料、形状、尺寸及变形程度选用木槌、铜锤或铁锤和锤击力度。敲击时，不可在一处多次敲击，而应移动地敲击，每处敲击3～4次。
此法校正变形稳定，并且对零件的疲劳强度影响不大。例如，小型曲轴的弯曲变形采用敲击法进行校直。用铁锤敲击曲柄臂内外侧，使变形的曲轴轴线发生变化达到校直曲轴的目的，如图6－15所示。螺旋桨桨叶变形不大时亦可用此法校正。
（2）机械校直法（或称静载荷法）
在一般压床上或专用机床上进行校直，适于弯曲变形不大的小型轴类零件。例如小型曲轴校直，在曲轴两端或弯曲部位附近的两个主轴颈处支承曲轴，并将弯曲凸面朝上，用压力机或千斤顶作用使之反向变形，且比原弯曲量大10～15倍，保持压力1min～2min后卸载。如此施压数次可使曲轴较直，如图6－16所示。也可校正变形不大的螺旋桨桨叶。
此法校直后的零件内存有残余应力，采用低温退火也难以完全消除，会在以后的使用中再度弯曲变形。由于校直后轴上截面变化处（如过渡圆角）塑性变形较大，产生残余应力较大，降低了轴的疲劳强度。
2）热校法
利用金属材料的热胀冷缩的特性校正变形零件。在轴的弯曲凸面进行局部快速均匀加热，因受热膨胀，使轴的两端向下弯曲，即轴的弯曲变形增大。当冷却时，受热部分收缩产生相反方向弯曲变形，从而达到校正变形的目的。图6－17示出轴的热校直。
加热校直曲轴时，采用氧——乙炔焰或喷灯，在最大弯曲变形的轴颈的1／6～1／3圆周上加热，加热温度达250℃～550℃。自最大弯曲处向两端减温加热。加热后保温缓冷达室温时检测弯曲度变化。一般经数次加热才能校直。
此法适用弯曲变形较大的零件，并且对操作技术水平和经验要求较高。
3）加热——机械校直法
此法为加热法与机械校直法的联合应用，适用于弯曲变形较大的零件。一般先用机械校直法使零件产生一定的相反的弯曲变形，再用加热法校