第3章機械設備的維護及修復3.1設備的維護3.2故障診斷技術3.3零件的修復技術3.4機械設備的大修理3.1設備的維護設備的維護是操作工人為了保持設備的正常技術狀態，延長使用壽命所必須進行的日常工作，也是操作工人的主要責任之一。正確合理地進行設備維護，可減少設備故障發生，提高使用效率，降低設備檢修的費用，提高企業經濟效益。3.1.1設備的維護保養1.設備維護保養通過擦拭、清掃、潤滑、調整等一般方法對設備進行護理，以保持設備的性能和技術狀況，稱為設備維護保養設備維護保養的要求主要有四項:下一頁返回3.1設備的維護(1)清潔。設備內外整潔，各滑動面、絲杠、齒條、齒輪箱、油孔等處無油污，各部位不漏油、不漏氣，設備周圍的切屑、雜物、臟物要清掃干凈;(2)整齊。工具、附件、工件要放置整齊，管道、線路要有條理;(3)潤滑良好。按時加油或換油，油壓正常，油標明亮，油路暢通，油質符合要求，油槍、油杯、油氈清潔;(4)安全。遵守安全操作規程，不超負荷使用設備，設備的安全防護裝置齊全可靠，及時消除不安全因素。設備的維護保養內容一般包括日常維護、定期維護、定期檢查和精度檢查，設備潤滑和冷卻系統維護也是設備維護保養的一個重要內容。上一頁下一頁返回3.1設備的維護設備的日常維護保養是設備維護的基礎工作，必須做到制度化和規范化。對設備的定期維護保養工作要制定工作定額和物資消耗定額，并按定額進行考核，設備定期維護保養工作應納入車間承包責任制的考核內容。設備定期檢查是一種有計劃的預防性檢查，檢查的手段除人的感官以外，還需要用一定的檢查工具和儀器，按定期檢查卡規定的項目進行檢查。對機械設備還應進行精度檢查，以確定設備實際精度的優劣程度。上一頁下一頁返回3.1設備的維護2.設備維護規程設備維護應按維護規程進行。設備維護規程是對設備日常維護方面的要求和規定，其主要內容應包括:(1)設備要達到整齊、清潔、堅固、潤滑、防腐、安全等的作業內容、作業方法、使用的工器具及材料、達到的標準及注意事項;(2)日常檢查維護及定期檢查的部位、方法和標準;(3)檢查和評定操作工人維護設備程度的內容和方法等。上一頁下一頁返回3.1設備的維護3.1.2設備的三級保養制三級保養制度是我國20世紀60年代中期開始，在總結前蘇聯計劃預修制在我國實踐經驗的基礎上，逐步完善和發展起來的一種保養修理制度。三級保養制主要內容包括設備的日常維護保養、一級保養和二級保養。三級保養制是以操作者為主對設備進行以保為主、保修并重的強制性維修制度。上一頁下一頁返回3.1設備的維護1.設備的日常維護保養設備的日常維護保養，一般有日保養和周保養，又稱日例保和周例保。(1)日例保。日例保由設備操作工人當班進行，要認真做到班前四件事、班中五注意和班后四件事。①班前四件事。消化圖樣資料，檢查交接班記錄;擦拭設備，按規定潤滑加油;檢查手柄位置和手動運轉部位是否正確、靈活，安全裝置是否可靠;低速運轉檢查傳動是否正常，潤滑、冷卻是否暢通。上一頁下一頁返回3.1設備的維護②班中五注意。注意設備運轉的聲音、溫度、壓力、儀表信號、安全保險等是否正常。③班后四件事。關閉開關，所有手柄置零位;擦凈設備各部分，并加油;清掃工作場地，整理附件、工具;填寫交接班記錄，辦理交接班手續。上一頁下一頁返回3.1設備的維護(2)周例保。周例保由設備操作者在周末進行，保養時間一般設備約1~2h，精、大、稀設備約4h左右，主要完成下述工作內容:①外觀。擦凈設備導軌、各傳動部位及外露部分，清掃工作場地。達到內潔外凈無死角、無銹蝕，周圍環境整潔。②操縱傳動。檢查各部位的技術狀況，緊固松動部位，調整配合間隙。檢查互鎖、保險裝置。達到工作聲音正常、安全可靠。③液壓潤滑。清潔檢查潤滑裝置，油箱加油或換油。檢查液壓系統，達到油質清潔，油路暢通，無滲漏。④電氣系統。擦拭電動機，檢查各電器絕緣、接地，達到完整、清潔、可靠。上一頁下一頁返回3.1設備的維護2.一級保養一級保養是以操作工人為主，維修工人協助，按計劃對設備局部拆卸和檢查，清洗規定的部位，疏通油路、管道，更換或清洗油線、毛氈、濾油器，調整設備各部位的配合間隙，緊固設備的各個部位。一級保養所用時間為4~8h，一保完成后應做記錄并注明尚未清除的缺陷，車間機械員組織驗收。一保的范圍應是企業全部在用設備，對重點設備應嚴格執行。一保的主要目的是減少設備磨損，消除隱患、延長設備使用壽命，為完成到下次一保期間的生產任務在設備方面提供保障。上一頁下一頁返回3.1設備的維護3.二級保養二級保養是以維修工人為主，操作工人協助完成。二級保養列入設備的檢修計劃，對設備進行部分解體檢查和修理，更換或修復磨損件，清洗、換油、檢查修理電氣部分，使設備的技術狀況全面達到設備完好標準的要求。二級保養所用時間為7大左右。二保完成后，維修工人應詳細填寫檢修記錄，由車間機械員和操作者驗收，驗收單交設備管理部門存檔。二保的主要目的是使設備達到完好標準，提高和鞏固設備完好率，延長大修周期。上一頁下一頁返回3.1設備的維護3.1.3精、大、稀設備的使用維護要求1.四定工作(1)定使用人員。按定人定機制度，精、大、稀設備操作工人應選擇本工種中責任心強、技術水平高和實踐經驗豐富者，并盡可能保持較長時間的相對穩定。上一頁下一頁返回3.1設備的維護(2)定檢修人員。精、大、稀設備較多的企業，根據本企業條件，可組織精、大、稀設備專業維修組，專門負責對精、大、稀設備的檢查、精度調整、維護、修理。(3)定操作規程。精、大、稀設備應分機型逐臺編制操作規程，并嚴格執行。(4)定備品配件。根據各種精、大、稀設備在企業生產中的作用及備件來源情況，確定儲備定額，并優先解決。上一頁下一頁返回3.1設備的維護2.精密設備使用維護要求(1)必須嚴格按說明書規定安裝設備。(2)對環境有特殊要求的設備(恒溫、恒濕、防震、防塵)，企業應采取相應措施，確保設備精度性能。(3)設備在日常維護保養中，不許拆卸零部件，發現異常立即停車，不允許帶“病”運車令。上一頁下一頁返回3.1設備的維護(4)嚴格執行設備說明書規定的切削規范，只允許按直接用途進行零件精加工。加工余量應盡可能小。加工鑄件時，毛坯面應預先噴砂或涂漆。(5)非工作時間應加護罩，長時間停歇，應定期進行擦拭，潤滑、空運轉。(6)附件和專用工具應有專用框架擱置，保持清潔，防止研傷，不得外借。上一頁下一頁返回3.1設備的維護3.1.4設備的區域維護設備的區域維護又稱維修工包機制。維修工人承擔一定生產區域內的設備維修工作，與生產操作工人共同做好日常維護、巡回檢查、定期維護、計劃修理及故障排除等工作，并負責完成管區內的設備完好率、故障停機率等考核指標。設備專業維護主要組織形式是區域維護組。區域維護組全面負責生產區域的設備維護保養和應急修理工作，它的工作任務是:上一頁下一頁返回3.1設備的維護①負責本區域內設備的維護修理工作，確保完成設備完好率、故障停機率等指標。②認真執行設備定期點檢和區域巡回檢查制，指導和督促操作工人做好日常維護和定期維護工作。③在車間機械員指導下參加設備狀況普查、精度檢查、調整、治漏，開展故障分析和狀態監測等工作。設備區域維護組織形式的優點是在完成應急修理時有高度機動性，從而可使設備修理停歇時間最短，而且值班鉗工在無人召請時，可以完成各項預防作業和參與計劃修理。上一頁下一頁返回3.1設備的維護設備維護區域劃分應考慮生產設備分布、設備狀況、技術復雜程度、生產需要和修理鉗工的技術水平等因素。可以根據上述因素將車間設備劃分成若干區域，也可以按設備類型劃分區域維護組。流水生產線的設備應按線劃分維護區域。區域維護組要編制定期檢查和精度檢查計劃，并規定出每班對設備進行常規檢查時間。為了使這些工作不影響生產，設備的計劃檢查要安排在工廠的非工作日進行，而每班的常規檢查要安排在生產工人的午休時間進行。上一頁下一頁返回3.1設備的維護3.1.5提高設備維護水平的措施為提高設備維護水平應使維護工作基本做到三化，即規范化、工藝化、制度化。規范化就是使維護內容統一，哪些部位該清洗、哪些零件該調整、哪些裝置該檢查，要根據各企業情況按客觀規律加以統一考慮和規定。上一頁下一頁返回3.1設備的維護工藝化是指根據不同設備制訂相應的維護工藝規程，按規程進行維護。制度化是根據不同設備、不同工作條件，規定不同維護周期和維護時間并嚴格執行。設備維護工作應結合企業生產經營目標進行考核。同時，企業還應發動群眾開展專群結合的設備維護工作，進行自檢、互檢，開展設備大檢查。上一頁下一頁返回3.1設備的維護3.1.6液壓設備的維護1.液壓設備日常維護(1)交接班必須檢查以下各項:①供電情況是否正常;②滅火工具是否安全好用;③配電盤操作箱各電氣元件是否靈敏可靠;④油位、油溫是否符合規定值，如不符合應及時補油或冷卻;上一頁下一頁返回3.1設備的維護⑤液壓站電機、液壓泵是否正常、有無噪聲和異常振動;⑥液壓站控制系統的液壓元件(換向閥、溢流閥、電磁閥、單向閥等)是否正常;⑦各壓力表是否準確靈敏，指示數字是否在規定的范圍內;⑧油路連接處有無松動漏油現象;⑨各信號燈、報警裝置是否齊全;⑩各安全裝置是否靈敏可靠，動作準確;⑾回油工作是否正常，液壓油有無變質，是否清潔。上一頁下一頁返回3.1設備的維護(2)每班必須到液壓站檢查各元件工作有無異常。(3)每班必須檢查一次液壓管路，有無漏油現象。(4)濾油器每月清洗一次，濾芯、濾網損壞應立即更換。(5)系統工作介質每月取樣化驗一次。(6)每月檢查一次安全溢流閥是否靈敏可靠。(7)液壓站各壓力表、油標必須保持鏡面刻度清晰。(8)自動報警和停機，必須查明原因并及時處理，在原因不清，故障未排除前，嚴禁強制啟動系統。(9)必須認真填寫交接班記錄，做到及時、準確、清楚。另外，液壓設備點檢標準見表3-1。上一頁下一頁返回3.1設備的維護2.液壓設備加油換油制度(1)按油標低于下限時加油。(2)按化驗結果，未達到設計指標準時應換油。(3)加油前應經化驗合格后，再經濾油泵注入油箱。(4)換油前應清洗油箱，在清洗油箱時，嚴禁使用綿紗和破布。必要時應用面團清洗。(5)過濾精度必須達到液壓設備的使用要求(6)油儲存器應存放在指定位置，并保證油脂和加油器具的清潔。(7)加油、換油均由專業人員負責，其他人員嚴禁操作3.常見故障及排除方法液壓系統常見故障及排除方法見表3-2。上一頁返回3.2故障診斷技術機械設備的狀態監測與故障診斷是指利用現代科學技術和儀器，根據機械設備(系統、結構)外部信息參數的變化來判斷機器內部的工作狀態或機械結構的損傷狀況，確定故障的性質、程度、類別和部位，預報其發展趨勢，并研究故障產生的機理。狀態監測與故障診斷技術是近年來國內外發展較快的一門新興學科，它所包含的內容比較廣泛，諸如機械狀態量(力、位移、振動、噪聲、溫度、壓力和流量等)的監測，狀態特征參數變化的辨識，機械產生振動和損傷時的原因分析、振源判斷、故障預防，機械零部件使用期間的可靠性分析和剩余壽命估計等。機械設備狀態監測與故障診斷技術是保障設備安全運行的基本措施之一。下一頁返回3.2故障診斷技術3.2.1機械故障診斷的基本原理、基本方法和環節1.基本原理機械故障診斷就是在動態情況下，利用機械設備劣化進程中產生的信息(即振動、噪聲、壓力、溫度、流量、潤滑狀態及其指標等)來進行狀態分析和故障診斷，故障診斷的基本過程和原理如圖3-1所示。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術2.基本方法機械故障診斷目前流行的分類方法有兩種，一是按診斷方法的難易程度分類，可分為簡易診斷法和精密診斷法;二是按診斷的測試手段來分類，主要分為直接觀察法、振動噪聲測定法、無損檢驗法、磨損殘余物測定法和機器性能參數測定法等。(1)簡易診斷法簡易診斷法是指主要采用便攜式的簡易診斷儀器，如測振儀、聲級計、工業內窺鏡、紅外點溫儀對設備進行人工巡回監測，根據設定的標準或人的經驗分析，了解設備是否處于正常狀態。簡易診斷法主要解決的是狀態監測和一般的趨勢預報問題。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(2)精密診斷法。精密診斷法是指對已產生異常狀態的原因采用精密診斷儀器和各種分析手段(包括計算機輔助分析方法、診斷專家系統等)進行綜合分析，以期了解故障的類型、程度、部位和產生的原因以及故障發展的趨勢等問題。精密診斷法主要解決的問題是分析故障原因和較準確地確定發展趨勢。(3)直接觀察法。傳統的直接觀察法如“聽、摸、看、聞”在一些情況下仍然十分有效。但因其主要依靠人的感覺和經驗，有較大的局限性。目前出現的光纖內窺鏡、電子聽診儀、紅外熱像儀、激光全息攝影等現代手段，大大延長了人的感官器官，使這種傳統方法又恢復了青春活力，成為一種有效的診斷方法。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(4)振動噪聲測定法。機械設備動態下的振動和噪聲的強弱及其包含的主要頻率成分與故障的類型、程度、部位和原因等有著密切的聯系。因此利用這種信息進行故障診斷是比較有效的方法。其中特別是振動法，信號處理比較容易，因此應用更加普遍。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(5)無損檢驗法。無損檢驗法是一種從材料和產品的無損檢驗技術中發展起來的方法，已是在不破壞材料表面及其內部結構的情況下，檢驗機械零部件缺陷的方法。它使用的手段包括超聲波、紅外線、X射線、Y射線、聲發射、滲透染色等。這一套方法目前已發展成一個獨立的分支，在檢驗裂紋、砂眼、縮孔等缺陷造成的設備故障時比較有效。其局限性主要是它的某些方法如超聲波、射線檢驗等有時不便于在動態下進行。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(6)磨損殘余物測定法。機器的潤滑系統或液壓系統的循環油路中攜帶著大量的磨損殘余物(磨粒)，它們的數量、大小、幾何形狀及成分反映了機器的磨損部位、程度和性質，根據這些信息可以有效地診斷設備的磨損狀態。目前磨損殘余物測定方法在工程機械及汽車、飛機發動機監測方面已取得良好的效果。(7)機器性能參數測定法。顯示機器主要功能的機器性能參數，一般可以直接從機器的儀表上讀出，由這些數據可判定機器的運行狀態是否離開正常范圍。機器性能參數測定方法主要用于狀態監測或作為故障診斷的輔助手段。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術3.診斷技術的環節(1)信號采集。①直接觀察。這是根據決策人的知識和經驗對機械設備的運行狀態作出判斷的方法，它是現場經常使用的方法。如通過聲音高低、音色變化、振動強弱等來判斷故障。破損、磨損、變形、松動、泄漏、污穢、腐蝕、變色、異物和動作不正常等，也是直接觀察的內容。②性能測定。通過對功能進行測定取得信息，主要有振動、聲音、光、溫度、壓力、電參數、表面形貌、污染物和潤滑情況等。(2)特征提取。特征提取是故障診斷過程的關鍵環節之一，直接關系到后續診斷的識別。主要有以下幾種:上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術①幅域分析。信號的早期分析只在波形的幅值上進行，如計算波形的最大值、最小值、平均值、有效值等，后又進而研究波形的幅值的概率分布。在幅值上的各種處理通常稱為幅域分析。②時域分析。信號波形是某種物理量隨時間變化的關系，研究信號在時間域內的變化或分布稱為時域分析。③頻域分析。頻域分析是確定信號的頻域結構，即信號中包含哪些頻率成分，分析的結果是以頻率為自變量的各種物理量的普線或曲線。不同的分析方法是從不同的角度觀察、分析信號，使信號處理的結果更加豐富。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(3)狀態識別及趨勢分析。在有效的狀態特征提取后進行狀態識別。它以模式識別為理論基礎，有兩種方法，統計模式識別和結構模式識別。它們都有各自的判別準則。此外，還有基于模糊數學的模糊診斷、基于灰色理論的灰色診斷等。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術隨著計算機技術的發展，建立了診斷的集成形式，即診斷的專家系統。它是集信號的采集、特征提取、狀態識別與趨勢分析于一體，是一個集成系統。專家系統采用模塊結構，能方便地增加功能，它的知識庫是開放式的，便于修改和增刪，它還具有解釋功能及良好的使用界面，綜合利用各種信息與診斷方法，以靈活的診斷策略來解決實際問題。隨著科學技術的進一步發展，從故障診斷的全過程來看，今后將在下述幾方面得到新的進展:上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術①不斷研制和開發先進的多功能高效測試儀，有效地測取信號。②開發以人工神經網絡為基礎的神經網絡信號處理技術和相應的軟硬件。③研制開發以人工神經網絡為支持系統，集信號測試、處理及識別診斷于一體的綜合集成診斷專家系統。④進一步開發以人工智能為基礎的智能型識別診斷技術。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術3.2.2診斷技術方法1.憑五官進行外觀檢查利用人體的感官，聽其音、嗅其味、觀其行、感其溫，從而直接觀察到故障信號，并以豐富的經驗和維修技術判定故障可能出現的部位與原因，達到預測預報的目的。這些經驗與技術對于小廠和普通機械設備是非常重要的，即使將來科學技術高度發展，也不可能完全由儀器設備監測診斷技術取代。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術2.振動測量振動是一切作回轉或往復運動的機械設備最普通的現象，狀態特征凝結在振動信號中。振動的增強無一不是由故障引起的。振動測量就是利用機械設備運動時產生的信號，根據測得的幅值(位移、速度、加速度)、頻率和相位等振動參數，對其進行分析處理，做出診斷。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術產生振動的根本原因是機械設備本身及其周圍環境介質受振源的激振。激振來源于兩類因素。一是回轉件或往復件的失衡，主要包括回轉件相對于回轉軸線的質量分布不均，在運轉時產生慣性力;制造質量不高，特別是零件或構件的形狀位置精度不高造成質量失衡;另外回轉體上的零件松動增加了質量分布不均、軸與孔的間隙因磨損加大也增加了失衡;轉子彎曲變形和零件失落，造成質量分布不均等。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術二是機械設備的結構因素，主要包括往復件的沖擊，如以平面連桿機構原理作運動的機械設備，連桿往復運動產生的慣性力，其方向作周期性改變，形成了沖擊作用，這在結構上很難避免;齒輪由于制造誤差大，導致齒輪嚙合不好，齒輪間的作用力在大小、方向上發生周期性變化，隨著齒輪在運轉中的磨損和點蝕等現象日益嚴重，這種周期性的激振也日趨惡化;聯軸器和離合器的結構不合理帶來失衡和沖擊;滑動軸承的油膜渦動和振蕩;滾動軸承中滾動體不平衡及徑向間隙;基座扭曲;電源激勵;壓力脈動等。此外，機械設備的拖動對象不穩定，使負載不平穩，若是周期性的也能成為振源。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術振動測量與分析系統由四個基本部分組成，即傳感器、測量儀器、分析儀器和記錄儀器。典型的振動測量系統，如圖3-2所示，該系統實際由傳感器和測量儀器兩部分組成。傳感器的種類，常用的有三種:位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器。目前應用最廣的是壓電式加速度傳感器，其作用是將機械能信號(位移、速度、加速度、動力等)轉換成電信號。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術信號調節器是一個前置放大器，有兩個作用，放大加速度傳感器的微弱輸出信號和降低加速度傳感器的輸出阻抗。數據儲存器是指磁帶記錄儀，它能將現場的振動信號快速而完整地記錄下來、儲存下來，然后在實驗室內以電信號的形式，再把測量數據復制，重放出來。信號處理機由窄帶或寬帶濾波器、均方根檢波器、峰值計或概率密度分析儀等組成。測量系統的最后一部分是顯示或讀數裝置，它可以是表頭、示波器或圖像記錄儀等。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術工廠現場推行振動監測診斷技術的注意事項:(1)選擇診斷對象。在工廠里，如果將全部設備都列為診斷對象，那顯然是不切實際的。此外，技術上也不可能這樣做。為此，必須經過充分研究來選定作為診斷對象的設備。一般地說，列為診斷對象的重點應是:上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術①流程生產設備。其中任意環節發生問題都會影響全局，如石油、化工、鋼鐵、有色、電力工業等中的設備。②六大設備。直接生產中的重點設備(包括設有備用臺套的大型機組)、雖是附屬設備但對全局影響大停機后可能產生很大損失的關鍵設備、發生故障后會帶來二次公害的要害設備、維修困難且維修費用高的復雜設備、固定資產價值高(包括設有備品備件或備品備件價值昂貴)的貴重設備和不能接近或不能解體檢查的特殊設備。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(2)測點選擇。對于一般旋轉機械，其振動測點的位置選擇主要有兩種方式，即測軸承振動或測軸振動，所謂測軸承振動，系指測量機組軸承座上典型測點的絕對振動，所謂測軸振動，系指測量軸頸相對于軸承座的相對振動。前者能監測整機狀態，后者重點監測轉子狀態。在選擇測點時，還應考慮人能否夠得著、測量時是否發生人身安全等問題。(3)測量參數選擇。一般來說，振動參數有量標(振動位移，振動速度、振動加速度)和量值(幅值、頻率、相位)兩種。振動參數的意義在于，它們被用來檢測和描述機器的有害運動，每個參數都告訴我們有關振動的某些重要信息，因此，這些參數可以認為是用于診斷機器低效運行或將要發生故障的癥狀。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術①量標選擇的原則是在對變形、精度、位置進行評定時宜選用振動位移作為評價指標;在對強度、疲勞、可靠性進行評定時宜選用振動速度作為評價指標;在對沖擊、力、隨機振動、舒適性進行評定時宜選用振動加速度作為評價指標。②量值的選擇原則是:振動幅值是評價設備運行工況好壞的重要指標。它既可用有效值也可以用峰值的形式來加以表示。有效值反映振動能量的大小，并兼顧了振動時間歷程的全過程，故最適宜作為機器振動量級(劣度)的評價。峰值只反映了振動某瞬時的變化范圍，故只反映了振動某瞬時的變化范圍，故只能用于振動的極限評定;振動頻率是識別機器哪個部件出了故障，以及是什么性質的故障的依據;振動相是區分同頻振動，確定故障部位的重要手段。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術通常在簡易診斷中以監測振動幅值為主，而在精密診斷中則主張利用振動的幅值、頻率、相位等全部信息。(4)測量方向選擇。對于確定性為主的振動，因其是一矢量，不同方向的振動包含著不同的故障信息。例如不平衡在水平方向上、不同軸在軸向上、基座松動在垂直方向上容易發生振動，所以振動應盡量在三個方向上都進行測量。只有隨機振動，因其是一標量，才允許只在某方向上進行監測。(5)作好測點標記。機組上不同測點，在同一時刻的振動量值也是不相同的，所以測點一經確定之后，必須作上標記，以后的監測應該在同一點上進行。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(6)選定測量工況。定期點檢時，測得的總體振動值或頻譜的任何變化，都指示出機器狀態的改變。這就要求每次測量都在可重現的統一工況下進行。(7)進行測量系統校準標定。測量系統的特性會隨時間而改變，為了保證測試結果能反映機器的真實狀態，首先必須保證測量系統能保持精確的量值傳遞。這就要求定期或在每次重要測試之前對測量系統進行校準或標定。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(8)傳感器附著方式的選擇。常用的傳感器附著方式有三種，附著方式不同時，可檢測的上限頻率也不一樣。因此必須根據檢測要求確定適當的附著方式。以壓電振動加速度測量為例，其傳感器附著方式對可測頻帶的影響為，手持探針式，可測頻率<1000Hz;磁座吸附式，可測頻率<3000Hz;螺栓緊固式，可測頻率<10000Hz。必須強調，診斷是一種相對比較，而在振動測量中要使比較結果具有意義，必須作到測點、參數、方向、工況、基準(指標定)和頻帶(指傳感器附著方式)6個相同。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(9)的測量周期的確定。在確定測量周期時，最重要之點是對劣化速度進行充分的研究。希望作到既不會漏掉一個可能發生的故障，又不致帶來過多的工作量。(10)測量標準的確定。常用的判別設備正常、異常的標準有三種，即絕對標準，相對標準和類比標準。一般情況下，在現場最便于使用的是絕對標準，因它是以典型通用機械為對象制定的如有的設備不適用這種標準，就必須利用相對標準或類比標準上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術①絕對標準。絕對判別標準是在規定了正確的測定方法之后制定的標準。所以，必須掌握標準的適用頻率范圍和測定方法等，才能加以選用。它們常以國際標準、國家標準、部頒標準、企業標準等形式出現。如ISG2372和JB4057-1985等。②相對標準。相對判別標準是對同一部位定期進行測定，并按時間先后進行縱向比較，以正常情況下的值為原始值，根據實測值與該值的倍數比來進行判斷的方法。實用于某種設備在該企業中只有一臺時的情況。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術通常多將標準定為對于低頻振動，實測值達到原始值的1.5~2倍時為注意區，約4倍時為異常區;對于高頻振動，將原始值的3倍定為注意區，6倍定為異常區。③類比標準。所謂類比判別標準，是指數臺同樣規格的設備在相同條件下運行時通過對各臺設備的同一部位進行測定和橫向相互比較，來掌握異常程度的方法。適用于企業具有多臺同類設備的場合。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術一般規定以測得的最低值為正常值，當某值超過正常值1倍時為注意區，超過2倍時進入異常區。(11)記錄參數的設置。記錄參數包括通道分配、通道增益、采樣頻率、記錄長度(或段效)等，為保證測量有效，這些參數必須根據分析處理的目的事先進行設置。(12)測量順序和路線的擬定。測量順序和路線最好結合機器簡圖明確的標示出來。(13)數據庫的建立。為了在作機器評價和診斷時方便地存取每臺機器各次測量所得的數據，必須按某一格式和順序將其存人數據庫中。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術3.噪聲測量噪聲也是機械設備故障的主要信息來源之一，還是減少和控制環境污染的重要內容。測聲法是利用機械設備運轉時發出的聲音進行診斷。機械設備噪聲的聲源主要有兩類:一類是運動的零部件，如電動機、油泵、齒輪、軸、軸承等，其噪聲頻率與它們的運動頻率或固有頻率有關;另一類是不動的零部件，如箱體、蓋板、機架等，其噪聲是由于受其他聲源或振源的誘發而產生共鳴引起的。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術噪聲測量主要是測量聲壓級。聲級計是噪聲測量中最常用、最簡單的測試儀器，聲級計由傳感器、放大器、衰減器計權網絡、均方根檢波電路和電表組成。如圖3-3所示為其工作原理方框圖。聲壓信號輸入傳聲器后，被轉換為電信號。當信號微小時，經過放大器放大;若信號較大時，則對信號加以衰減。輸出衰減器和輸出放大器的作用與輸入衰減器和輸入放大器相同，都是將信號衰減或放大。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術為提高信噪比，保持小的失真度和大的動態范圍，將衰減器和放大器分成兩組，輸入(出)衰減器和輸入(出)放大器，并將輸出衰減器再分成兩部分，以便匹配。為使所接受的聲音按不同頻率分別有不同程度的衰減，在聲級計中相應設置了3個計權網絡。通過計權網絡可直接讀出聲級數值。經最后的輸出放大器放大的信號輸入到檢波器中檢波，并由表頭以分貝指示出有效值。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術4.溫度測量溫度是一種表象，它的升降狀態反映了機械設備的熱力過程，異常的溫升或溫降說明產生了熱故障。例如，內燃機、加熱爐燃燒不正常，溫度分布不均勻;軸承損壞，發熱量增加;冷卻系統發生故障，零件表面溫度上升等。凡利用熱能或用熱能與機械能之間的轉換進行工作的機械設備，進行溫度測量十分重要。測量溫度的方法很多，可利用直接接觸或非接觸式的傳感器，以及一些物質材料在不同溫度下的不同反應來進行溫度測量。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(1)接觸式傳感器。通過與被測對象的接觸，由傳感器感溫元件的溫度反映出測溫對象的溫度。如液體膨脹式傳感器利用水銀或酒精在不同溫度下脹縮的現象來顯示溫度;雙金屬傳感器和熱電偶傳感器依靠不同金屬在受熱時表現出不同的膨脹率和熱電勢，利用這種差別來測量溫度;電阻傳感器則是根據不同溫度下電阻元件的電阻值發生變化的原理來工作。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(2)非接觸式傳感器。這類儀器是利用熱輻射與絕對溫度的關系來顯示溫度。如光學高溫計、輻射高溫計、紅外測量儀、紅外熱像儀等。用紅外熱像儀測溫是20世紀60年代新興的技術，它具有快速、靈敏直觀、定量無損等特點，特別適用于高溫、高壓、帶電、高速運轉的目標測試，對故障診斷和預測維修非常有效。由紅外熱像儀形成的一幅簡單的熱圖像提供的熱信息相當于3萬個熱電藕同時測定的結果。這種儀器的測量范圍一般為幾十度到上千度，分辨率為0.1℃，測試任何大小目標只需幾秒鐘，除在現場可實時觀察外，還能用磁帶錄像機將熱圖像記錄下來，由計算機標準軟件進行熱信息的分析和處理。整套儀器做成便攜式，現場使用非常方便。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術溫度指示漆、粉筆、帶和片。它們的工作原理是從漆、粉筆、帶和片的顏色變化來反映溫度變化。當然這種測溫方法精度不高(因為顏色變化的程度還附加入的感官判別問題)，但相當方便。5.油樣分析在機械設備的運轉過程中，潤滑油必不可少。由于在油中帶有大量的零部件磨損狀況的信息，所以通過對油樣的分析可間接監測磨損的類型和程度，判斷磨損的部位，找出磨損的原因，進而預測壽命，為維修提供依據。例如，在活塞式發動機中，當油液中錫的含量增高時，可能表明軸承處于磨損的早期階段;鋁的含量增高則表明活塞磨損。油樣分析所能起到的作用，如同醫學上的驗面。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術油樣分析包括采樣、檢測、診斷、預測和處理等步驟。常用的油樣分析方法主要有如下三種:(1)磁塞分析法。磁塞分析法是最早的油樣分析法，將磁塞插入被檢測油路中，收集分離出的鐵磁性磨粒，然后將磁塞芯子取下洗去油液，置于讀數顯微鏡下進行觀察，若發現小顆粒且數量較少，說明機器處于正常磨損階段。一旦發現大顆粒，便須引起重視，首先要縮短監督周期，并嚴密注視機器運轉情況。若多次連續發現大顆粒，便是即將出現故障的前兆，要立即采取維護措施。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術磁塞分析具有設備簡單、成本低廉、分析技術簡便，一般維修人員都能很快掌握，能比較準確獲得零件嚴重磨損和即將發生故障的信息等優點，因此它是一種簡便而行之有效的方法。但是它只適用于對帶磁性的材料進行分析，其殘渣尺寸大于50。(2)鐵譜分析法。這種方法是近年來發展起來的一種磨損分析法。它從潤滑油試樣中分離和分析磨損微粒或碎片，借助于各種光學或電子顯微鏡等檢測和分析，方便地確定磨損微粒或碎片的形狀、尺寸、數量以及材料成分，從而判別磨損類型和程度。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術鐵譜分析法的程序如下:①分離磨損微粒制成鐵譜片。采用鐵譜儀分離磨損微粒制成鐵譜片。它由三部分組成:抽取樣油的泵，使磨損微粒磁化沉積的強磁鐵，形成鐵譜的透明底片。其裝置如圖3-4所示。樣油由泵2抽出送到透明顯微鏡底片3上，底片下裝有強磁鐵4，底片安裝成與水平面有一傾斜角度，使出口端的磁場比入口端強。樣油沿傾斜底片向下流動時，受磁場力作用，磨損微粒被磁化，最后使微粒按照其大小，全部均勻地沉積在底片上，用清洗液沖洗底片上殘余油液，用固定液使微粒牢固貼附在底片上，從而制成鐵譜片。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術②檢測和分析鐵譜片。檢測和分析鐵譜片的方法很多，有各種光學或電子顯微鏡、有化學或物理方法。目前一般使用的有:用鐵譜光密度計(或稱鐵譜片讀數儀)來測量鐵譜片上不同位置上微粒沉積物的光密度，從而求得磨損微粒的尺寸、大小分布及總量;用鐵譜顯微鏡(又稱雙色顯微鏡)研究微粒、鑒別材料成分、確定磨粒來源、判斷磨損部位、研究磨損機理;用掃描電鏡觀察磨損微粒形態和構造特征，確定磨損類型;對鐵譜片進行加熱處理，根據其回火顏色，鑒別各種磨粒的材料和成分。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術鐵譜技術的缺點在于對潤滑油中非鐵系顆粒的檢測能力較低，例如在對含有多種材質摩擦副的機器(例如發動機)進行監測診斷時，往往感到不力;分析結果較多依賴操作人員的經驗;不能理想地適應大規模設備群的故障診斷。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(3)光譜分析法。光譜分析法是測定物質化學成分的基本方法，它能檢測出鉛、鐵、鉻、銀、銅、錫、鎂、鋁和鎳等金屬元素，定量地判斷磨損程度。在實際運用中分原子發射光譜分析和原子吸收光譜分析兩種方法。①原子發射光譜分析法。油樣在高溫狀態下用帶電粒子撞擊(一般用電火花)，使之發射出代表各元素特征的各種波長的輻射線，并用一個適當的分光儀分離出所要求的輻射線，通過把所測的輻射線與事先準備的校準器相比較來確定磨損碎屑的材料種類和含量。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術②原子吸收光譜分析法。是利用處于基態的原子可以吸收相同原子發射的相同波長的光子能量的原理。采用具有波長連續分布的光透過油中的磨損磨粒，某些波長的光被磨粒吸收而形成吸收光譜。在通常情況下，物質吸收光譜的波長與該物質發射光譜波長相等，同樣可確定金屬的種類和含量。發射光譜一般必須在高溫下獲得，而高溫下的分子或晶體往往易于分解，因此原子吸收光譜還適宜于研究金屬的結構。目前，油樣光譜分析技術已被廣泛而有效地應用于監測設備零部件磨損趨勢、機械設備的故障診斷，以及大型重要設備的隨機監測方面。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術6.聲發射檢測各種材料由于外加應力作用，在內部結構發生變化時都會以彈性應力波的方式釋放應變能量，這種現象稱聲發射。如木材的斷裂、金屬材料內部晶格錯位、晶界滑移或微觀裂紋的出現和打一展等都會產生聲發射。彈性波有的能被人耳感知，但多數金屬，尤其是鋼鐵，其彈性應力波的釋放是人耳不能感知的，屬于超聲范圍。通過接受彈性應力波，用儀器檢測、分析聲發射信號和利用信號推斷聲發射源的技術稱聲發射技術。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(1)聲發射檢測的特點:①需對構件外加應力;②它提供的是加載狀態下缺陷活動的信息，是一種動態監測。而常規的無損檢測是靜態監測。聲發射檢測可客觀地評價運行中機械設備的安全性和可靠性;③靈敏度高、檢查覆蓋面積大、不會漏檢，可遠距離檢測。聲發射檢測現在已廣泛用來監測機械設備和機件的裂紋和銹蝕情況。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(2)聲發射的測量儀器主要有:①單通道聲發射儀，它只有一個通道，包括信號接收、信號處理、測量和顯示。一般用于實驗室。②多通道聲發射儀，它有兩個以上通道，常需配置計算機，一般應用在現場評價大型構件。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術7.無損檢測零件無損檢測是利用聲、光、電、熱、磁、射線等與被測零件的相互作用，在不損傷內外部結構和實用性能的情況下，探測、確定零件內部缺陷的位置、大小、形狀和種類的方法。零件無損探傷以經濟、安全、可靠而被越來越多地應用到生產實際中。無損檢測的常用方法有超聲波檢測、射線檢測、渦流探傷、磁粉探傷等幾種。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(1)超聲波檢測。頻率大于20kHz的聲波叫超聲波。用于無損檢測的超聲波頻率多為1~5MHz。高頻超聲波的波長短，不易產生繞射，碰到雜質或分界面就會產生明顯的反射，而且方向性好，在液體和固體中衰減小，穿透本領大，因此超聲波探傷成為無損檢測的重要手段。超聲波探傷方法多種多樣，最常用的是脈沖反射法。而脈沖反射法根據波形不同又可分為縱波探傷法、橫波探傷法以及表面波探傷法。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術①縱波探傷法。測試前，先將探頭插人探傷儀的連接插座上。探傷儀面板上有一個熒光屏，通過熒光屏可知工件中是否存在缺陷，以及缺陷的大小和位置。檢測時探頭放于被測工件上，并在工件上來回移動。探頭發出的超聲波脈沖，射人被檢工件內，如工件中沒有缺陷，則超聲波傳到工件底部時產生反射，在熒光屏上只出現始脈沖和底脈沖。如工件某部位存在缺陷，一部分聲脈沖碰到缺陷后立即產生反射，另一部分繼續傳播到工件底面產生反射，在熒光屏上除出現始脈沖和底脈沖外，還出現缺陷脈沖。通過缺陷脈沖在熒光屏上的位置可確定缺陷在工件中的位置。亦可通過缺陷脈沖幅度的高低來判別缺陷當量的大小。如缺陷面積大，則缺陷脈沖的幅度就高，通過移動探頭還可確定缺陷大致長度。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術②橫波探傷法。用斜探頭進行探傷的方法稱橫波探傷法。超聲波的一個顯著特點是超聲波波束中心線與缺陷截面積垂直時，探測靈敏度最高，但如遇到斜向缺陷時，用直探頭探測雖然可探測出缺陷存在，但并不能真實反映缺陷大小。如用斜探頭探測，則探傷效果更好。因此在實際應用中，應根據不同的缺陷性質、取向，采用不同的探頭進行探傷。有些工件的缺陷性質、取向事先不能確定，為了保證探傷質量，應采用幾種不同探頭進行多次探測。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術③表面波探傷法。表面波探傷主要是檢測工件表面附近是否存在缺陷。當超聲波的人射角超過一定值后，折射角幾乎達到90℃，這時固體表面受到超聲波能量引起的交替變化的表面張力作用，質點在介質表面的平衡位置附近作橢圓軌跡振動，這種振動稱為表面波。當工件表面存在缺陷時，表面波被反射回探頭，可以在熒光屏上顯示出來。超聲波探傷主要用于檢測板材、管材、鍛件、鑄件和焊縫等材料中的缺陷(如裂縫、氣孔、夾渣、熱裂紋、冷裂紋、縮孔、未焊透、未熔合等)、測定材料的厚度、檢測材料的晶粒、對材料使用壽命評價提供相關技術數據等。超聲波探傷因具有檢測靈敏度高、速度快、成本低等優點，因而得到普遍的重視，并在生產實踐中得到廣泛的應用。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術超聲波探傷不適用于探測奧氏體鋼等粗晶材料及形狀復雜或表面粗糙的工件。(2)射線檢測。射線檢測是利用射線對各種物質的穿透能力來檢測物質內部缺陷的一種方法。其實質是根據被檢零件與內部缺陷介質對射線能量衰減程度的不同，而引起射線透過工件后的強度差異，在感光材料上獲得缺陷投影所產生的潛影，經過處理后獲得缺陷的圖像，從而對照標準來評定零件的內部質量。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術射線檢測適用于探測體積型缺陷，如氣孔、夾渣、縮孔、疏松等。一般能確定缺陷平面投影的位置、大小和種類。如發現焊縫中的未焊透、氣孔、夾渣等缺陷;發現鑄件中的縮孔、夾渣、氣孔、疏松、熱裂紋等缺陷。射線檢測不適用于檢測鍛件和型材中的缺陷。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(3)渦流探傷。導體的渦流與被測對象材料的導電、導磁性能有關，如電導率、磁導率，也就是和被測對象的溫度、硬度、材質、裂紋或其他缺陷等有關。因此可以根據檢測到的渦流，得到工件有無缺陷和缺陷尺寸的信息，從而反映出工件的缺陷情況。渦流探傷適用于探測導電材料，能發現裂紋、折疊、凹坑、夾雜物、疏松等表面和近表面缺陷。通常能確定缺陷的位置和相對尺寸，但難以判斷缺陷的種類。渦流探傷不適用于探測非導電材料的缺陷。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(4)磁粉探傷。把鐵磁性材料磁化后，利用缺陷部位產生的漏磁場吸附磁粉的現象進行探傷。磁粉探傷是一種較為原始的無損檢測方法，適用于探測鐵磁性材料的缺陷，包括鍛件、焊縫、型材、鑄件等，能發現表面和近表面的裂紋、折疊、夾層、夾雜物、氣孔等缺陷。一般能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難以確定缺陷的深度。磁粉探傷不適用于探測非鐵磁性材料，如奧氏體鋼、銅、鋁等的缺陷。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術(5)滲透探傷。滲透探傷是利用液體對材料表面的滲透特性，用黃綠色的熒光滲透液或紅色的著色滲透液，對材料表面的缺陷進行良好的滲透。當顯像液涂灑在工件表面上時，殘留在缺陷內的滲透液又會被吸出來，形成放大的缺陷圖像痕跡，從而用肉眼檢查出工件表面的開口缺陷。滲透探傷與其他無損檢測方法相比，具有設備和探傷材料簡單的優點。在機械修理中，用這種方法檢測零件表面裂紋由來已久，至今仍不失為一種通用的方法。上一頁下一頁返回3.2故障診斷技術滲透探傷適用于探測金屬材料和致密性非金屬材料的缺陷。能發現表面開口的裂紋、折疊、疏松、針孔等。通常能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難以確定缺陷的深度。滲透探傷不適用于探測疏松的多孔性材料的缺陷。無損檢測的應用比較廣泛，可用于測定表面層的厚度、進行質量評定和壽命評定、材料和機器的定量檢測、組合件內部結構和組成情況的檢查等多個方面。上一頁返回3.3零件的修復技術機械設備中的零件經過一定時間的運轉，難免會因磨損、腐蝕、氧化、刮傷、變形等原因而失效，為節約資金減少材料消耗，采用合理的、先進的工藝對零件進行修復是十分必要的。許多情況下，修復后的零件質量和性能可以達到新零件的水平，有的甚至可以超過新零件，如采用埋弧堆焊修復的軋輥壽命可以超過新輥，采用堆焊修復的發動機閥門，壽命可達新品的兩倍。目前比較常用的修復方法很多，可分為鉗工修復法、機械修復法、焊修法、電鍍法、噴涂法、粘修法、熔敷法、其他修復法。在實際修復中可在經濟允許、條件具備、盡可能滿足零件尺寸及性能的情況下，合理選用修復方法及工藝。下一頁返回3.3零件的修復技術3.3.1鉗工修復與機械修復鉗工和機械修復是零件修復過程中最主要、最基本、最廣泛應用的工藝方法。它既可以作為一種單獨的手段直接修復零件，也可以是其他修復方法如焊、鍍、涂等工藝的準備最后加工必不可少的工序。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術1.鉗工修復鉗工修復包括絞孔、研磨、刮研、鉗工修補(如修補鍵槽、螺紋孔、鑄件裂紋等)。(1)絞孔。絞孔是利用絞刀進行精密孔加工和修整性加工的過程，它能提高零件的尺寸精度和減小表面粗糙度值，主要用來修復各種配合的孔，修復后其公差等級可達IT7~IT9,表面粗糙度值可達Ra3.2~0.8。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(2)研磨。用研磨工具和研磨劑，在工件上研掉一層極薄表面層的精加工方法叫研磨。研磨可使工件表面得到較小的表面粗糙度值、較高的尺寸精度和形位精度。研磨加工可用于各種硬度的鋼材、硬質合金、鑄鐵及有色金屬，還可以用來研磨水晶、大然寶石及玻璃等非金屬材料經研磨加工的表面尺寸誤差可控制在0.001~0.005mm范圍內。一般情況下表面粗糙度可達Ra0.8~0.5，最高可達Ra0.006，而形位誤差可小于0.005mm。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(3)刮研。用刮刀從工件表面刮去較高點，再用標準檢具(或與之相配的件)涂色檢驗的反復加工過程稱為刮研。刮研用來提高工件表面的形位精度、尺寸精度、接觸精度、傳動精度和減小表面粗糙度值，使工件表面組織致密，并能形成比較均勻的微淺凹坑，創造良好的存油條件。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術刮研是一種間斷切削的手工操作，它不僅具有切削量小、切削力小、產生熱量小、夾裝變形小的特點，而且由于不存在機械加工中不可避免的振動、熱變形等因素，所以能獲得很高的精度和很小的表面粗糙度值。可以根據實際要求把工件表面刮成中凹或中凸等特殊形狀，這是機械加工不容易解決的問題;刮研是手工操作，不受工件位置和工件大小的限制。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(4)鉗工修補。①鍵槽。當軸或輪毅上的鍵槽只磨損或損壞其一時，可把磨損或損壞的鍵槽加寬，然后配置階梯鍵。當軸或輪毅上的鍵槽全部損壞時，允許將鍵槽擴大10%~15%，然后配制大尺寸鍵。當鍵槽磨損大于15%時，可按原鍵槽位置將軸在圓周上旋轉60°或90°，按標準重新加工鍵槽。加工前需把舊鍵槽用氣、電焊填滿并修整。②螺紋孔。當螺紋孔產生滑牙或螺紋剝落時，可先把螺孔鉆去，然后攻出新螺紋。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術2.機械修復利用機械連接，如螺紋連接、鍵、鉚接、過盈連接等使磨損、斷裂、缺損的零件得以修復的方法稱為機械修復法。包括局部更換法、換位法、鑲補法、金屬扣合法、修理尺寸法、塑性變形法等，這些方法可利用現有的簡單設備與技術，進行多種損壞形式的修復。其優點是不會產生熱變形;缺點是受零件結構、強度、剛度的限制，難以加工硬度高的材料，難以保證較高精度。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(1)局部更換法。若零件的某個部位局部損壞嚴重，而其他部位仍完好，一般不宜將整個零件報廢。可把損壞的部分除去，重新制作一個新的部分，并以一定的方法使新換上的部分與原有零件的基本部分連接在一起成為整體，從而恢復零件的工作能力，這種維修方法稱局部更換法。如結構復雜的重型機械的齒圈損壞時，可將損壞的齒圈卸掉，再壓入新齒圈。新齒圈可事先加工好，也可壓入后再行加工。連接方式用鍵或過盈連接，還可用緊固螺釘、鉚釘或焊接等方法固定。局部更換法適用于多聯齒輪局部損壞或結構復雜的齒圈損壞的情況它可簡化修復工藝，擴大修復范圍。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(2)換位法。有些零件由于使用的特點，通常產生單邊磨損，或磨損有明顯的方向性，對稱的另一邊磨損較小。如果結構允許，在不具備徹底對零件進行修復的條件下，可以利用零件未磨損的一邊，將它換一個方向安裝即可繼續使用，這種方法稱換位法。例如，兩端結構相同，且只起傳遞動力作用，沒有精度要求的長絲杠局部磨損可調頭使用。大型履帶行走機構，其軌鏈銷大部分是單邊磨損，維修時應將它轉動1800便可恢復履帶的功能，并使軌鏈銷得到充分利用。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(3)鑲補法。鑲補法就是在零件磨損或斷裂處補以加強板或鑲裝套等，使其恢復功能。一般中小型零件斷裂后，可在其裂紋處鑲加補強板，用螺釘或鉚釘等將補強板與零件連接起來;對于脆性材料，應在裂紋端頭鉆止裂孔。此法操作簡單，適用面廣，如圖3-5所示。對齒類零件，尤其對精度不高的大中型齒輪，若出現一個或幾個齒輪損壞或斷裂，可先將壞齒切割掉，然后在原處用機加工或鉗工方法加工出燕尾槽并鑲配新的齒輪，端面用緊定螺釘或點焊固定，如圖3-6所示。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術對損壞的圓孔、圓錐孔，可采取打一孔鑲套的方法，即將損壞的孔鎖大后鑲套，套與孔可采用過盈配合。所鎖孔的尺寸應保證套有足夠的剛度。套內徑可預先按配合要求加工好，也可鑲入后再加工至配合精度。如損壞的螺孔不允許加大時，也可采用此法修復。即將損壞的螺孔打一孔后，鑲入螺塞，然后在螺塞上加工出螺孔(螺孔也可在螺塞上預先加工)。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(4)金屬扣合法。金屬扣合法修復技術是借助高強度合金材料制成的扣合連接件(波形鍵)，在槽內產生塑性變形來完成扣合作用，以使裂紋或斷裂部位重新連接成一個整體。該法適于不易焊補的鋼件和不允許有較大變形的鑄件，以及有色金屬件，尤其對大型鑄件的裂紋或折斷面的修復效果更為突出。金屬扣合法的特點是修復后的零件具有足夠的強度和良好的密封性;修復的整個過程在常溫下進行，不會產生熱變形;波形槽分散排列，波形鍵分層裝入，逐片錘擊，不產生應力集中，操作簡便，使用的設備和工具簡單，便于就地修理。該方法的局限性是不適于修復厚度8mm以下的鑄件及振動劇烈的工件，此外，修復效率低。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術按扣合的性質及特點，金屬扣合可分為強固扣合、強密扣合、優級扣合和熱扣合四種。①強固扣合法。該方法是先在垂直于裂紋方向或折斷面的方向上，按要求加工出具有一定形狀和尺寸的波形槽，然后將用高強度合金材料制成的其形狀、尺寸與波形槽相吻合的波形鍵嵌入槽中，并在常溫下錘擊使之產生塑性變形而允滿整個槽腔，這樣，由于波形鍵的凸緣與槽的凹洼相互緊密的扣合，將開裂的兩部分牢固地連接成一體，如圖3-7所示。此法適用于修復壁厚8~40mm的一般強度要求的機件。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術波形鍵的形狀如圖3-8所示。其中頸寬一般取b=3~6mm其他尺寸可按經驗公式求得:

(3-1)上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術波形鍵凸緣個數常取5、7、9。如果條件允許，盡量選取較多的凸緣個數，以使最大應力遠離開裂處。但凸緣過多會增加波形鍵修整及嵌配工作難度。波形鍵的材料應具有足夠的強度和良好的韌性，經熱處理后質軟，適于錘擊;加工硬化性好，且不發脆，使錘擊后抗拉強度有較大提高;用于高溫工作條件下的波形鍵。還應考慮選用的材料是否與機件熱膨脹系數一致，否則工作時出現脫落或脹裂機體現象。波形鍵料有1Cr18Vi9Ti,1Cr18Vi9。與鑄鐵膨脹系數相近的有Ni36等高鎳合金。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術為使最大應力分布在較大范圍內，以改善工件受力情況，各波形槽可布置成一前一后或一長一短的方式如圖3-9(a),(b)，波形槽應盡可能垂直于裂紋，并在裂紋兩端各打一個止裂孔，以防止裂紋發展。通常將波形槽設計成單面布置的方式如圖3-9(c)。對厚壁工件，若結構允許，可將波形槽開成兩面分布的形式如圖3-9(d)。對承受彎曲載荷的工件，因工件外層受有最大拉應力，故可將波形槽設計成階梯形式如圖3-9(e)。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術波形鍵的錘擊。首先清理波形槽，之后用手錘或小型錘釘槍對波形鍵進行錘擊。其順序為先錘波形鍵兩端的凸緣，然后對稱交錯向中間錘擊，最后錘擊裂紋上的凸緣。錘擊力量按順序由強到弱。凸緣部分錘緊后錘頸部，并要在第一層錘緊后再錘第二層、第三層……為了使波形鍵得到充分的冷加工硬化，提高抗拉強度，每個部位開始先用凸圓沖頭錘擊其中心，然后用平底沖頭錘擊邊緣，直至錘緊。但要注意不可錘得過緊，以免將裂紋再撐開，一般以每層波形鍵錘低0.5mm為宜。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術②強密扣合法。對有密封要求的修復件，如高壓汽缸和高壓容器等防泄漏零件，應采用強密扣合法進行修復。這種方法是先用強固扣合法將產生裂紋或折斷面的零件連接成一個牢固的整體，然后按一定的順序在斷裂線的全長上加工出綴縫栓孔。注意應使相鄰的兩綴縫件相割，即后一個綴縫栓孔應略切入上一個已裝好的波形鍵或綴縫栓。以保證裂紋全部由綴縫栓填允，以形成一條密封的金屬隔離帶，起到防泄漏作用，如圖3-10所示。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術對于承受較低壓力的斷裂件，采用螺栓形綴縫栓，其直徑可參照波形鍵凸緣尺寸d選取為M3~M8，旋入深度為波形槽深度。旋入前將螺栓涂以環氧樹脂或無機膠粘劑，逐漸旋入并擰緊，之后將凸出部分鏟掉打平。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術對于承受較高壓力，密封性要求較高的機件，采用圓柱形綴縫栓，其直徑參照凸緣尺寸d選取為3~8mm，其厚度為波形鍵厚度。與機件的連接和波形鍵相同，分片裝入，逐片錘緊。綴縫栓直徑和個數選取時要考慮兩波形鍵之間的距離，以保證綴縫栓能密布于裂紋全長上，且各綴縫栓之間要彼此重疊0.5~1.5mm。綴縫栓的材料與波形鍵相同。對要求不高的工件可用標準螺釘、低碳鋼、純銅等代替。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術③優級扣合法。優級扣合法，也稱加強扣合法。對承受高載荷的機件，只采用波形鍵扣合而其修復質量得不到保證時，需采用加強扣合法。其方法是在垂直于裂紋或折斷面的修復區上加工出一定形狀的空穴，然后將形狀尺寸與之相同的加強件嵌入其中。在機件與加強件的結合線上擰人綴縫栓使加強件與機件得以牢固連接，以使載荷分布到更大的面積上。此方法適用于承受高載荷且壁厚大于40mm的機件。綴縫栓中心布置在結合線上，使綴縫栓一半嵌入加強件，另一半嵌入機件，相鄰兩綴縫栓彼此重疊0.5~1.5mm，如圖3-11所示。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術加強件形狀可根據載荷性質、大小、方向設計成不同形式，如圖3-12所示。如圖3-12(a)所示為修復鋼件便于張緊的加強件。如圖3-12(b)所示為用于承受沖擊載荷的加強件，緊靠裂紋處不加綴縫栓固定，以保持一定的彈性。如圖3-12(c)所示為X形加強件，它有利于扣合時拉緊裂紋。如圖3-12(d)所示為十字形加強件，它用于承受多方面載荷。④熱扣合法。利用金屬熱脹冷縮的原理，將一定形狀的扣合件經過加熱后扣入已在裂紋處加工好的形狀尺寸與扣合件相同的凹槽中，扣合件冷卻后收縮將裂紋箍緊，從而達到修復的目的。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(5)修理尺寸法。修理時不考慮原來的設計尺寸，采用切削加工或其他加工方法恢復失效零件的形狀精度、位置精度、表面粗糙度和其他技術條件，從而獲得一個新的尺寸，這個尺寸即稱為修理尺寸。而與此相配合的零件則按這個修理尺寸制作新件或修復，這種方法稱為修理尺寸法。如當絲杠、螺母傳動機構磨損后，將造成絲杠螺母配合間隙增大，影響傳動精度。為恢復其精度，可采取修絲杠、換螺母的方法修復。修理絲杠時，可車深絲杠螺紋，減小外徑，使螺紋深度達到標準值。此時絲杠的尺寸為修理尺寸，螺母應按絲杠的修理尺寸重新制作。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術確定修理尺寸時，首先應考慮零件結構上的可能性和修理后零件的強度、剛度是否滿足需要。如軸的尺寸減小量一般不超過原設計尺寸的1000，軸上鍵槽可擴大一級;對于淬硬的軸頸，應考慮修理后能滿足硬度要求等。(6)塑性變形法。塑性變形法是利用外力的作用使金屬產生塑性變形，恢復零件的幾何形狀，或使零件非工作部分的金屬向磨損部分移動，以補償磨損掉的金屬，恢復零件工作表面原來的尺寸精度和形狀精度。分冷塑性變形和熱塑性變形兩種，常用的方法有徽粗、擴徑、壓擠、延伸、滾壓、校正等。塑性變形法主要用于修復對內外部尺寸無嚴格要求的零件或整修零件的形狀等。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術3.3.2焊接修復對失效的零件應用焊接的方法進行修復稱之為焊接修復，它是金屬壓力加工機械設備修理中常見和不可缺少的工藝手段之一。焊接工藝具有較廣的適應性，能用以修復多種材料和多種缺陷的零件，如常用金屬材料制成的大部分零件的磨損、破損、斷裂、裂紋、凹坑等，且不受工件尺寸、形狀和工作場地的限制。同時，修復的產品具有很高的結合強度，并有設備簡單、生產率高和成本低等優點。它的主要缺點是由于焊接溫度很高而引起金屬組織的變化和產生熱應力以及容易出現焊接裂紋和氣孔等。根據提供的熱源不同焊接分為電弧焊、氣焊等;根據焊接工藝的不同分為焊補、堆焊、釬焊等。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術1.焊補(1)鑄鐵件的焊補。鑄鐵零件多數為重要的基礎件。由于鑄鐵件大多體積大、結構復雜、制造周期長，有較高精度要求，一般無備件，一旦損壞很難更換，所以，焊接是鑄件修復的主要方法之一。由于鑄鐵焊接性較差，在焊接過程中可能產生熱裂紋、氣孔、白口組織及變形等缺陷。對鑄鐵件進行焊補時，應采取一些必要的技術措施保證焊接質量，如選擇性能好的鑄鐵焊條、做好焊前準備工作(如清洗、預熱等)、焊后要緩冷等。鑄鐵件的焊補，主要應用于裂紋、破斷、磨損、氣孔、熔渣雜質等缺陷的修復。焊補的鑄件要是灰鑄鐵，白口鑄鐵則很少應用。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(2)有色金屬件的焊補。金屬壓力加工機械設備中常用的有色金屬有銅及銅合金、鋁及鋁合金等。因它們的導熱性好、膨脹系數大、熔點低、高溫狀態下脆性較大及強度低，很容易氧化，所以可焊性差，焊補比較復雜和困難。①銅及銅合金件的焊補。在焊補過程中，銅易氧化，生成氧化亞銅，使焊縫的塑性降低，促使產生裂紋;其導熱性，比鋼大5~8倍，焊補時必須用高而集中的熱源;熱脹冷縮量大，焊件易變形，內應力增大，合金元素的氧化、蒸發和燒損可改變合金成分，引起焊縫力學性能降低，產生熱裂紋、氣孔、夾渣;銅在液態時能熔解大量氫氣，冷卻時過剩的氫氣來不及析出，而在焊縫熔合區形成氣孔，這是銅及銅合金焊補后常見的缺陷之一。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術焊補時必須要做好焊前準備，對焊絲和焊件進行表面清理，開60°~90°的V形坡口;施焊時要注意預熱，一般溫度為300℃~700℃，注意焊補速度，遵守焊補規范并錘擊焊縫;氣焊時選擇合適的火焰，一般為中性焰;電弧焊則要考慮焊法，焊后要進行熱處理。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術②鋁及鋁合金件的焊補。鋁的氧化比銅容易，它生成致密難熔的氧化鋁薄膜，熔點很高，焊補時很難熔化，阻礙基體金屬熔合，易造成焊縫金屬夾渣，降低力學性能及耐蝕性;鋁的吸氣性大，液態鋁能熔解大量氫氣，快速冷卻及凝固時，氫氣來不及析出，易產生氣孔;鋁的導熱性好，需要高而集中的熱源;熱脹冷縮嚴重，易產生變形;由于鋁在固液態轉變時，無明顯的顏色變化，焊補時不易據顏色變化來判斷熔池的溫度;鋁合金在高溫下強度很低，焊補時易引起塌落和焊穿。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(3)鋼件的焊補。對鋼件進行焊補主要是為修復裂紋和補償磨損尺寸。由于鋼的種類繁多，所含各種元素在焊補時都會產生一定的影響，因此可焊性差別很大，其中以碳含量的變化最為顯著。低碳鋼和低碳合金鋼在焊補時發生淬硬的傾向較小，有良好的焊接性;隨著碳含量的增加，焊接性降低;高碳鋼和高碳合金鋼在焊補后因溫度降低，易發生淬硬傾向，并由于焊區氫氣的滲入，使馬氏體脆化，易形成裂紋。焊補前的熱處理狀態對焊補質量也有影響，含碳或合金元素很高的材料都需經熱處理后才能使用，損壞后如不經退火就直接焊補比較困難，易產生裂紋。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術2.堆焊堆焊是焊接工藝方法的一種特殊應用。它的目的不是為了連接機件，而是借用焊接手段改變金屬材料厚度和表面的材質，即在零件上堆敷一層或幾層所希望的性能的材料。這些材料可以是合金，也可以是金屬陶瓷。如普通碳鋼零件，通過堆焊一層合金，可使其性能得到明顯改善或提高。在修復零件的過程中，許多表面缺陷都可以通過堆焊消除。(1)堆焊的主要工藝特點。堆焊層金屬與基體金屬有很好的結合強度，堆焊層金屬具有很好的耐磨性和耐腐蝕性;堆焊形狀復雜的零件時，對基體金屬的熱影響較小，可防止焊件變形和產生其他缺陷，可以快速得到大厚度的堆焊層，生產率高。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(2)堆焊方法及原理。堆焊分手工堆焊和自動堆焊，自動堆焊又有埋弧自動堆焊、振動電弧堆焊、氣體保護堆焊、電渣堆焊等多種形式，其中埋弧自動堆焊應用最廣。手工堆焊是利用電弧或氧乙炔火焰產生的熱量熔化基體金屬和焊條，采用手工操作進行堆焊的方法。它適用于工件數量少，沒有其他堆焊設備的條件下，或工件外形不規則、不利于機械化、自動化堆焊的場合。這種方法不需要特殊設備，工藝簡單，應用普遍，但合金元素燒損很多，勞動強度大，生產率低。自動堆焊與手工堆焊的主要區別是引燃電弧、焊絲送迸、焊炬和工件的相對移動等全部由機械自動進行，克服了手工堆焊生產率低、勞動強度大等主要缺點。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術埋弧自動堆焊又稱焊劑層下自動堆焊，其焊劑對電弧空間有可靠的保護作用，可以減少空氣對焊層的不良影響。熔渣的保溫作用使熔池內的冶金作用比較完全，因而焊層的化學成分和性能比較均勻，焊層表面也光潔平直，焊層與基體金屬結合強度高，能根據需要選用不同焊絲和焊劑以獲得希望的堆焊層適于堆焊修補面較大、形狀不復雜的工件。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術埋弧自動堆焊原理如圖3-13所示。電弧在焊劑下形成。由于電弧的高溫放熱，熔化的金屬與焊劑蒸發形成金屬蒸氣與焊劑蒸氣，在焊劑層下造成一密閉的空腔，電弧就在此空腔內燃燒。空腔的上面覆蓋著熔化的焊劑層，隔絕了大氣對焊縫的影響。由于氣體的熱膨脹作用，空腔內的蒸氣壓略大于大氣壓力。此壓力與電弧的吹力共同把熔化金屬擠向后方，加大了基體金屬的熔深。與金屬一同擠向熔池較冷部分的熔渣相對密度較小，在流動過程中漸漸與金屬分離而上浮，最后浮于金屬熔池的上部。其熔點較低，凝固較晚，故減慢了焊縫金屬的冷卻速度，使液態時間延長，有利于熔渣、金屬及氣體之間的反應，可更好地清除熔池中的非金屬質點、熔渣和氣體，可以得到化學成分相近的金屬焊層。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術(3)堆焊工藝。一般堆焊工藝是工件的準備→工件預熱→堆焊→冷卻與消除內應力→表面加工。下面以軋輥堆焊為例進行簡單介紹。軋制過程中的軋輥是在復雜的應力狀態下工作的。各個部位承受著不同的交變應力的作用這些應力包括殘余應力、軋輥表面的接觸應力、軋輥橫向壓縮引起的應力、熱應力以及彎矩、扭矩作用所引起的應力等。軋制過程中產生的輥面缺陷主要有不均勻磨損、裂紋、掉皮、壓痕、凹坑等，這些缺陷會直接影響到產品質量、增加輥耗。當缺陷程度輕微時，經過磨削后即可再用，當缺陷程度嚴重如裂紋較深、掉皮嚴重時，經車削再磨削后如果其工作直徑能滿足使用要求也可再用。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術當其工作直徑過小時，只能報廢。軋輥報廢的原因還有軋制力過大或制造工藝不完善造成的斷輥，疲勞裂紋引起的斷輥，扭矩過大損壞輥頸等。目前，國內每年軋輥消耗量極大，據統計國內生產1t鋼的軋輥消耗為7.5㎏，而國外的軋輥消耗為1.8㎏/t。降低軋輥消耗的途徑除合理使用軋輥外，就是采用堆焊方法修復報廢的軋輥，可節約大量資金，降低生產總成本。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術①軋輥的準備。軋輥堆焊前必須用車削加工除去其表面的全部缺陷，保證有一個致密的金屬表面，采用超聲波探傷檢查。對大型舊軋輥堆焊前，要進行550℃~650℃退火以消除其疲勞應力。②軋輥預熱。由于軋輥的材質和表面堆焊用的材料均是含碳量和合金元素比較高的材料，加之軋輥直徑比較大，為了預防裂紋和氣孔，并改善開始堆焊時焊層與母材的熔合，減少焊不透的缺陷，必須在堆焊前對軋輥預熱。預熱溫度應在Ms點(馬氏體開始轉變溫度)以上。因為堆焊軋輥表面時，第一層焊完后，溫度下降到Ms點以下，就變成馬氏體組織。再堆焊第二層時，焊接熱量就會加熱已堆焊好的第一層金屬，使其回火軟化。所以從開始堆焊到堆焊完畢，層間溫度不得低于預熱溫度的50℃。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術③堆焊。對于輥芯含碳量高的軋輥堆焊，必須采用過渡層材料，這是為了避免從輥芯向堆焊金屬過渡層形成裂紋。焊接參數在施焊中不要隨意變動，焊接時要防止焊劑的流失，要確保焊劑的有效供應。④冷卻與消除內應力。堆焊完后，最好把軋輥均勻加熱到焊前的預熱溫度。如果軋輥表面比內部冷得快，會引起收縮而造成應力集中，形成表面裂紋。因此，需要緩慢地冷卻。熱處理規范根據不同堆焊材質制定。焊后最好立即進行150℃~200℃的回火處理，可減少應力，避免裂紋產生。然后粗磨，再經磁力探傷檢查。⑤表面加工。表面硬度不高時可用硬質合金刀具車削，硬度高則用磨削加工，合格后送精磨。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術⑥焊絲的選擇。焊絲是直接影響堆焊層金屬質量的一個最主要因素。堆焊的目的不僅是修復軋輥尺寸，重要的是提高其耐熱耐磨性能，故要選擇優于母材材質的焊絲。焊絲材料有:低合金高強度鋼。牌號3CrMnSi，其堆焊金屬硬度不高，只有35~40HRC，只能起恢復軋輥尺寸作用，不能提高軋輥的使用壽命，但價錢便宜。熱作模具鋼。牌號3Cr2W8V，其堆焊和消除應力退火后硬度可達40~50HRC，需用硬質合金刀具切削，其壽命比原軋輥可提高1~5倍。用于堆焊初軋機、型鋼軋機、管帶軋機的軋輥。上一頁下一頁返回3.3零件的修復技術馬氏體不銹鋼。牌號CrB,2CrB,3CrB，其堆焊硬度45~50HRC。用于堆焊開坯軋輥、型鋼軋輥。高合金高碳工具鋼。瑞典牌號Tobrodl5.82(80Cr4M08W2VMn2Si)。這種焊絲由于含碳和合金元素較高，容易出現裂紋，要求有高的預熱溫度和層間溫度。堆焊后硬度高達50~60HRC，用于精軋機成品軋機工作輥。⑦焊劑的選擇。焊劑的作用是使熔融金屬的熔池與空氣隔開，并使熔融焊劑的液態金屬在電弧熱的作用下，起化學作用調節成分。常用的有熔煉焊劑和非熔煉焊劑。