费敬银
西北工业大学 (710072)
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摘要
本文简要介绍了冷焊、激光熔覆、粘接、电刷镀,以及“离子液体催化金属快速冷焊技术”的特点与不足。综合使用不同的冷态法修复常见的机械损伤(如磨损、拉伤、凹坑、加工超差等),不仅无热影响(无热应力、热变形、热裂纹、组织相变等)问题,而且修复质量稳定、可靠,操作简单易行,维修成本低廉,应用领域广泛。
关键词:电刷镀 冷焊 激光熔覆 离子液体冷焊 FJY电刷镀
1. 前言
机械设备会由于磨损、拉伤、磕碰伤、腐蚀等原因而导致零部件尺寸减少,新加工件会由于偶然失误而出现加工超差。为了恢复失效零部件的尺寸精度和使用性能,现已形成了一套完整的养护理论和零部件修理方法。恰当使用冷态修复技术(如金属贴片焊技术、气体保护熔丝焊技术、激光熔覆技术、电刷镀修复技术、FJY离子冷焊技术等),可满足绝大多数设备的使用要求。本文就常用的冷态维修技术的突出特点及存在的问题进行简要说明,以便设备维修工作者能够恰当地选用现代设备维修方法。
2. 冷焊方法之一——补片修复技术
冷焊(补片)修复技术是在电阻焊原理的基础上开发出来的一种新型维修方法。设备的主要构成部分主要包括脉冲电源和用来填补缺陷的金属片。当基体金属和金属片之间有较高的接触电阻时,在脉冲电源瞬间输出大电流脉冲的作用下,局部产生的电阻热将金属片与基体粘结在一起。单位面积上产生的脉冲电流越大、电脉冲次数越多,金属片与基体的粘结强度就越高。由于补片时只是在电极接触部位出现瞬间高温,因此,在补片过程中工件本身不会升温,工件受到的热影响小。
但是当凹坑深度远高于金属片厚度时,需要多次补片、修磨、补修,施工效率低下。因为补片修复时,金属片与基体之间是局部粘结,而不是整体焊接,所以金属片与基体间的结合强度不高,层间夹杂有很多空隙。另外,由于补片层与基体之间无法形成一个完美的整体,所以对冷焊后的工件进行修磨时,在基体与补片部位之间不能形成平滑过渡,不宜修复密封性、平整性要求高的零部件(如油缸、滚筒等)。
图1 补片用脉冲电源
图2 补片用金属片
图3 补片施工过程
3. 冷焊方法之二——气体保护熔丝焊修复技术
气体保护熔丝焊修复技术简称微弧冷焊技术。微弧冷焊是在传统的气体保护焊的基础上发展起来的一种新型维修技术。微弧焊设备的主要构成部分包括脉冲电源和用来填补缺陷的金属丝。在冷焊过程中,带电的金属丝与工件接触的瞬间产生电弧(温度一般在6000℃以上),电弧热将金属丝熔化,用保护气体(惰性气体)把熔化的金属液滴吹射到工件的局部缺陷处,从而填平工件表面的凹坑或划伤,再通过机械修磨的办法加工冷焊部位,从而满足修复后工件的精度要求。
与一般意义的气体保护焊技术不同,微弧冷焊时在工件上不形成熔池,被熔化金属材料的是焊丝,而不熔化基体材料本身。由于在修复部位不形成焊接熔池,所以在微弧冷焊的施工过程中,工件温升小,不会产生明显的热影响。
与补片修复方法相比,微弧冷焊修复技术的、特点是焊层与基体结合牢固。不足之处是生产效率低,焊层多孔,有微观缺陷,表面粗糙。一般采用对焊层修磨后再刷镀一层金属镀层的方法来提高工件表面的光洁度。
图4 微弧冷焊原理
图5 微弧冷焊施工过程
图6 局部微弧冷焊后的实物
4.激光熔覆修复技术
与热喷焊技术相似,激光熔覆是利用激光作热源,将喷涂在工件表面上的自熔性合金粉末或丝材加热重熔,实现再冶金过程,使涂层与基体间发生互熔或扩散,从而实现冶金结合,熔覆层与基体间的结合力远高于喷涂层。由于在激光重熔的过程中,热量只集中在激光照射的局部区域,工件本体温升较低,因此避免了热喷焊存在的热应力变形或开裂问题。但是这种方法灵活性差(内孔、异型件等施工不便)。若果使用特大功率的激光器进行熔覆,其修复后的效果趋向于热喷焊,会在收尾区域产生应力集中。另外,激光熔覆层的表面硬度高,后续加工困难。
图7 激光熔覆技术
5. 电刷镀
前面按类别介绍了不同种类维修技术的特点及不足。经过综合对比、分析可知,目前迫切需要一类快速、高效、经济、环保在常温下能够得到与基体结合牢固(金属键结合)的新型修复技术。
由于电刷镀维修技术简便易行、成本低、生产效率高、在常温下就能实现修复层与基体之间的冶金结合,因此,在众多的现代维修方法中,电刷镀修复技术已逐渐成为修复磨损件、局部缺陷件的主要维修方法。
刷镀是一种不需要镀槽的常温快速电镀方法,依靠镀笔提供电沉积金属镀层所需要的镀液,镀笔所到之处就能快速沉积金属镀层。改变镀液种类或操作参数,就可沉积出满足不同性能要求的金属镀层。由于镀层是在基体金属上以金属原子为基本单元规则堆积而成,所以镀层致密,与基体结合牢固。刷镀的电流越大、时间越长,镀层越厚(镀层厚度大于3~5毫米)。正是因为用刷镀方法可以在修复部位获得结合力好、厚度大、微观结构致密、硬度范围宽的金属镀层,刷镀维修技术在设备维修中的应用越来越广泛。
图8 刷镀修复现场
6. 离子液体催化金属冷焊修复技术
虽然越来越多的维修工作者开始利用电刷镀技术进行设备维修。由于待镀工件材质复杂、镀液品种繁多,也给刷镀操作人员制订刷镀工艺、选用刷镀溶液带来诸多烦恼。如果刷镀人员没有多年的认知与实践,很难充分发挥刷镀技术的长处。由于多数维修工作是修复磨损、拉伤、磕碰、超差的零部件,作为生产一线的维修人员,一直希望能有一种简单、实用、可靠的破损件修复技术。为此,西北工业大学研制成功了破损件快速修复技术——“离子液体催化金属冷焊快速修复技术”。该技术的突出特点包括:1 无热影响(无热应力、热变形、热裂纹等缺陷)。在近室温(50±25℃)形成焊层,对工件无不良热影响。2 修复厚度大。不用经过中间加工处理,可一次冷焊1mm以上的涂层。3 结合强度高。焊层与基体间为金属键结合,可用锉刀、油石、电动打磨机(如砂带磨)打磨,涂层与基体间平滑过渡。4 修复速度快。填补1mm的凹坑大约需要8~10分钟。5 特别适合修复大型基础件上(各种带孔壳体等)直径较小(60mm以下)深孔部位的磨损、加工超差。6 其它方法难以修复的非旋转轴、孔零件,以及超差较大的平面。7 焊层硬度高、耐磨性好。冷焊层为多元合金层,硬度与镀铬层相当。8 耐蚀性好。焊层为镍基耐蚀合金,适合修复在潮湿(海洋)环境工作的零部件。9 操作简便。对于钢铁(铸铁、碳钢、合金钢等)材质的零件,一套基本流程就可完成修复工作。10 焊层厚度控制容易。允许边施工、边测量焊层厚度,直至厚度满足产品设计要求。
限于篇幅,此处只对“离子液体催化金属冷焊修复技术”的使用特点进行简要介绍。关于该技术的理论原理、特性、应用情况,请参阅《中国刷镀网》关于“离子液体催化金属冷焊快速修复技术”论文。
近几年,高分子胶粘剂的研制与应用发展迅速,对于静配合副的修复,有人开始采用胶粘修复技术。多少情况下,胶粘用于恢复设备的密封性能。
图9 离子冷焊现场
7. 结论
通过上述介绍可知,在设备再制造工程领域,不同的维修方法有不同的用途,彼此间可以相互补充。了解每种修复技术的有缺点,可以充分发挥每一种维修方法的潜在优势。
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