第三节 船机零件的修复工艺主讲 杨界Date1武汉海事学校 杨界五、焊接修复工艺 (一)概述 焊接修复工艺即采用焊接的方法对损坏的金属零 件进行修复的工艺，或者用于修复的焊接工艺。 焊接工艺: 焊接方法、焊接材料、操作过程、接头形式、焊 接参数Date2武汉海事学校 杨界焊接修复工艺的特点： 成本低、见效快、设备简单、应用方便，焊接修 复层与零件基体的结合强度高，抗冲击能力强。 易产生变形和裂纹。 焊接修复工艺适用于: 修复层与基体的结合强度高，抗冲击能力强，对 变形要求不严，存在断裂或裂纹、磨损、腐蚀以 及加工失误等缺陷的零件。Date3武汉海事学校 杨界(二)焊接修复工艺的分类 根据被焊零件数目的的不同和焊接目的不同，分 为“连接焊”和“堆焊”两种。 连接焊: 修理时将两个或两个以上的零件或断裂的部分焊 接到一起，其主要目的是连接。Date4武汉海事学校 杨界堆焊 是在一个零件表面，为了增大尺寸或恢复尺寸， 或者是为了使零件获得具有特殊性能(如耐磨、 耐腐蚀、耐高温)的焊层而进行的焊接。 堆焊既可以用于修复磨损、腐蚀、裂纹或加工失 误的零件，也可以用于新零件的预保护。Date5武汉海事学校 杨界熔深:在焊接接头的横截面上，母材熔化的深度。图714熔深示意图Date6武汉海事学校 杨界稀释:异种金属在熔焊或堆焊时，母材或预先堆 焊的金属熔入熔敷金属，引起熔敷金属中有益成 分相对减少的现象。 稀释率:异种金属熔焊或堆焊时，熔敷金属被稀 释后，母材或预先堆焊层金属在熔敷金属中所占 的百分比(即熔合比)。 一般要求焊缝的熔深较大； 堆焊时，一般都希望焊缝的熔深较浅，堆焊层的 成分被母材稀释的程度较低。Date7武汉海事学校 杨界一般堆焊焊材都是耐磨、耐腐蚀、耐高温的高性能贵 重材料，而母材的性能较差，如果熔深大，母材就会过 多的稀释焊材，使得堆焊层的耐磨、耐腐蚀、耐高温的 性能明显降低。 堆焊的主要目的不是为了连接，而堆焊层与基体已经 是冶金结合，即使熔深浅，其结合强度也足以保证堆焊 层在使用中不会脱落。 当零件母材的焊接性较差时，浅熔深和低稀释率会减 少堆焊层的裂纹。 为了获得浅的熔深，堆焊时一般都采用小电流、细焊材 、快速焊、断续焊等措施。Date8武汉海事学校 杨界(三)焊接方法的分类 焊接方法 熔焊、钎焊、压焊。 熔焊(熔化焊)： 焊接时将零件母材和焊材都加热至熔化状态以实 现焊接的方法，如手工电弧焊、气焊、埋弧焊等 。Date9武汉海事学校 杨界钎焊： 焊接时采用比焊件母材熔点低的焊接材料(称钎料)，将 焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度 ，使钎料熔化但母材不熔化，同时施加钎剂(即焊药)， 通过焊材与母材金属元素的相互扩散而形成冶金结合的 焊接方法。 采用氧气-乙炔火焰进行黄铜钎焊铸铁、青铜钎焊不锈钢 、银钎料钎焊铜合金等。 压焊： 施加压力(同时加热或不加热)以实现焊接的方法，如电 阻焊、摩擦焊等。Date10武汉海事学校 杨界(四)在进行焊接修复时常用的焊接方法 常用于修复的焊接方法： 气焊、手工电弧焊、钨极氩弧焊(TIG)、埋弧焊 、CO2气体保护焊、氧气-乙炔火焰钎焊。 既可以用于“连接焊”也可以用于“堆焊”。Date11武汉海事学校 杨界气焊：利用氧气-乙炔火焰作热源的焊接方法。 手工电弧焊(手工焊条电弧焊):将焊条作为一个电极 ，工件作为另一个电极，利用焊条与工件间产生的 直流或交流电弧作为热源来熔化焊条。 钨极氩弧焊(简称TIG):将高熔点的钨针(或铈钨针) 作为一个电极，工件作为另一个电极，利用钨极与 工件间产生的直流或交流电弧作为热源，另外填加 焊丝，并利用氩气等惰性气体作为保护介质进行焊 接的熔焊方法。Date12武汉海事学校 杨界Date13武汉海事学校 杨界1-喷嘴 2-钨极 3-电弧4焊缝 5-工件 6-熔池 7-填充焊丝 8-惰性气体 钨极氩弧焊Date14武汉海事学校 杨界埋弧焊：将焊丝作为一个电极，工件作为另一个电极 ，焊丝与工件间产生的电弧埋在颗粒状的焊剂层下燃 烧，电弧产生的热能使焊丝熔化进行堆焊。 CO2气体保护焊：将焊丝作为一个电极，工件作为另一 个电极，利用CO2气体作保护气体，焊丝与工件间产生 的电弧使焊丝熔化进行焊接。 CO2气体保护焊是目前焊接黑色金属材料最重要熔焊方 法之一， CO2气体保护焊可自动焊也可手动焊。 氧气-乙炔火焰钎焊：利用氧气-乙炔火焰进行钎焊的 方法。Date15武汉海事学校 杨界(五)在焊接修复工作中焊接方法的选用 1.根据被焊零件的母材选择焊接方法。 钎焊的适应范围最大，适合各种母材的零件； 埋弧焊与CO2气体保护焊对零件母材的适应范围 较小且基本相同，适合焊接低、中碳钢； 钨极氩弧焊对零件母材的适应范围较大。 从零件母材的焊接性好、坏的角度， 焊接性最好的是低碳钢，较好的依次是中碳钢和 合金结构钢，焊接性较差的是高碳钢、铝合金和 铜合金，焊接性最差的材料是铸铁。Date16武汉海事学校 杨界序号修复工艺艺低碳钢钢中碳钢钢高碳钢钢结结构 合金钢钢灰铸铁铸铁不锈钢锈钢铜铜合金铝铝合金1镀铬镀铬+-+2镀铁镀铁+-3气焊焊+-+-+-4手工电电弧焊焊+-+-+5钨钨极氩氩弧焊焊+-+6埋弧焊焊 +7C02气体保护焊护焊+8氧气一乙炔钎焊钎焊 +-9热喷热喷 涂 +-+10粘接 +11金属扣合 12塑性变变形 +注：“+”表示修理效果良好；“-”表示修理效果一般；“”表示不可使用或一般不使用。Date17武汉海事学校 杨界焊接不锈钢：手工电弧焊、钨极氩弧焊或埋弧焊 焊接铜合金： 钨极氩弧焊(TIC)、熔化极氩弧焊或气焊； 焊接铝合金： 交流钨极氩弧焊(TIG)或交流熔化极氩弧焊； 焊接灰铸铁：钎焊、手工电弧焊和气焊； 异种金属的焊接:一般应采用钎焊。 铜与铝、铜与钢的焊接:采用钎焊可获得较好的焊 接效果。Date18武汉海事学校 杨界2.根据焊件的形状和焊接工作量选择焊接方法 零件的形状简单(圆柱、平面)，优先考虑采用埋 弧焊的自动焊或CO2气体保护焊的自动焊。 活塞的堆焊翻新，大多采用埋弧自动焊。 零件的形状比较复杂，堆焊量较小，选择钨极氩 弧焊、手工电弧焊或气焊，由人工进行焊接。 3.根据焊件的精密程度选择焊接方法 焊件十分精密，焊接质量要求很高,应该采用钨 极氩弧焊。Date19武汉海事学校 杨界4.根据焊件对变形的要求选择焊接方法 埋弧焊、CO2气体保护焊、气焊的热输入量比较大， 焊后零件的变形比较大。 钨极氩弧焊、手工电弧焊的热输入量比较小，焊后 零件的变形比较小。 5.根据焊件的尺寸选择焊接方法 焊件较薄、较细，容易焊漏，选用钨极氩弧焊、氧 气-乙炔气焊或钎焊的方法。 埋弧焊和CO2气体保护焊的焊缝熔深很大，适合于较 厚的焊件。Date20武汉海事学校 杨界6.根据需要的焊层厚度选择焊接方法 需要较薄的焊层，优先考虑钨极氩弧焊、气焊；需要2 mm以上较厚的焊层，优先考虑手工电弧焊 、CO2气体保护焊、埋弧焊或氧气-乙炔钎焊。钨极氩弧焊、气焊、氧气-乙炔钎焊、热喷涂的 焊层或涂层的厚度可薄可厚，变化范围较大。Date21武汉海事学校 杨界(六)焊接修复的基本操作过程 清除待焊部位的油污、锈迹，露出金属光泽。 必要时采用无损探伤检查焊接部位是否有裂纹。 如果有裂纹，应该钻出止裂孔，除去裂纹，并开 出坡口。 选择合适的焊接方法和焊材。 根据零件的母材、焊材、焊层性能和环境温度 等条件决定是否预热，确定预热的方法及预热温 度。Date22武汉海事学校 杨界采用科学、合理的焊接顺序进行连接焊或堆焊 ，以减少焊接裂纹和变形。 常采用“分段退焊法”、“分中对称退焊法”或 “逐层分段退焊法”。 缺点: 焊接效率低；焊接接头较多，接头处容易出焊接 缺陷。 焊后应尽可能使焊层缓冷。 机械加工Date23武汉海事学校 杨界分段退焊法(逐步退焊法): 它是把长焊道分成若干段短焊道，每焊一小段就 退后一段距离重新起焊，图中的数字表示焊接每 个小段的先后次序，每小段的尾部与前一小段的 首部相接，每小段的焊接方向与总的焊接方向( 图中的大箭头)相反，见图7-15。Date24武汉海事学校 杨界图7-15 分段退焊法示意图Date25武汉海事学校 杨界分中对称退焊法: 把长焊道分成若干段短焊道，从焊道的中心向两 端或从焊道的两端向中心，对称、交替地，一小 段一小段地焊接，图中的数字表示焊接每个小段 的先后次序， 如图7-16所示。采用这种方法焊接，零件受热比 前一种方法更均匀。 图7-16分中对称退焊法的示意图Date26武汉海事学校 杨界图7-16分中对称退焊法的示意图Date27武汉海事学校 杨界逐层分段退焊法: 堆焊层较长、厚度较大而进行多层堆焊时，把长 焊层分成若干段短焊层，在每一层内分段退焊( 类似于“分段退焊法”)，焊完一层后再焊上一 层。即按照A1，A2，A3；B1，B2，B3；C1，C2， C3的顺序堆焊， 相邻两个焊层的焊道方向最好相互垂直。 采取阶梯焊，即上面的短段比下面的短段短一些 。Date28武汉海事学校 杨界图7-17“逐层分段退焊法”示意图 Date29武汉海事学校 杨界(七)铸铁零件的焊接修复 1.铸铁焊接时容易出现的缺陷 铸铁零件焊接时容易出现白口组织、裂纹和气孔 。其原因： 铸铁含碳量很高，焊接的冷却速度较大，铁水 很快凝固，来不及析出石墨，因此形成了以Fe3C 为基体的焊缝组织，即白口组织。 白口组织的硬度高、脆性大、强度很低，性能很 差。Date30武汉海事学校 杨界焊缝白口组织的收缩率大，焊接时产生的热应 力很大；加上白口组织的脆性大，没有塑性，导 致铸铁零件焊接时焊缝容易产生裂纹。 铸铁焊接时，容易产生CO气体；铸铁母材中常 浸入润滑油，难以除净；铸铁零件在铸造时可能 留下气孔、缩松、砂眼等缺陷，由于这些原因， 在焊接时容易产生气体，如果气体在焊接时没排 除干净，留在焊缝中便形成了气孔。Date31武汉海事学校 杨界2.手工电弧焊焊接铸铁零件的方法 根据预热程度的不同主要有热焊法和冷焊法两种。热焊 法:将工件整体预热600700C后施焊。 热焊法的特点: 需要大的加热设备将零件加热，工作量大、工作效率低 、零件变形大，但焊缝不会出现白口组织。 冷焊法:铸铁零件不预热，或整体预热温度不高于200C 时进行焊接的方法。 冷焊法的特点:方法简便、工作量小、工作效率高、零 件变形小，但焊缝容易出现白口组织和裂纹。Date32武汉海事学校 杨界3.铸铁件的黄铜钎焊修复 一般用氧气-乙炔火焰加热，采用黄铜作钎料， 熔点880C左右； 钎焊时使用铜钎剂，去除氧化膜，提高结合强度 。 钎焊时铸铁零件的母材不熔化，所以不会产生白 口组织和裂纹。 黄铜钎焊铸铁的焊接接头的抗拉强度接近铸铁 HT200的抗拉强度。Date33武汉海事学校 杨界(八)船机零件的堆焊翻修 堆焊翻修(堆焊翻新修理): 先通过机械加工消除船机零件的表面损伤，然后 利用堆焊工艺恢复零件的尺寸，最后进行热处理 和精加工。 堆焊翻新修理可用于钢、铸铁、铜、铝等材料的 贵重零件。 船用主、副柴油机的活塞、活塞杆、气缸盖、排 气阀、阀座和机架、船用螺旋桨等都可进行局部 翻新或整体翻新。Date34武汉海事学校 杨界六、金属扣合工艺 (一)概述 金属扣合工艺： 将特殊的连接件(如波浪键、加强块或螺栓等)镶 嵌或安装到零件的裂纹处或断裂处，通过连接件 与零件基体之间的相互扣合、卡阻和啮合作用， 将有裂纹的或断裂的零件连接