理论教育 设备高级修复技术:解决设备失效的利器

设备高级修复技术:解决设备失效的利器

时间:2023-05-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:失效的机械零件及设备大部分都可以修复。近些年来,电镀、喷涂、焊接、粘接等技术有了很大的发展,已广泛地应用于设备维修中,大大提高了零件修复的技术水平和适用范围。2)电焊、气焊、氩弧焊等方法在设备维修中很适用,具有方便快捷、维修成本低等优点,但由于零件升温的原因而无法保证零件的原有精度和强度。

设备高级修复技术:解决设备失效的利器

失效的机械零件及设备大部分都可以修复。在机修工作中合理利用修复技术,具有重要意义。一般来说,修复零件比更换新件要经济,可以减少备件储备,减少更换件的制造,节约资源和费用,减少故障维修的停歇台时。修复工艺所需的装备一般费用不大,大部分企业可以负担得起,因此企业维修部门应配备一定的技术力量和设备,发展自己的修复技术,加之利用社会化、专业化的设备维修企业的技术专长,会收到很好的技术经济效果。

修复工艺的种类很多,较普遍使用的方法有刮研、研磨、机械修复法、塑性变形、电镀喷涂、焊接、粘接等。选择修复工艺主要应考虑以下因素:①对零件材质的适用性。②能达到修补层的厚度。③对零件物理性能的影响。④对零件强度的影响。⑤对零件精度的影响。⑥一些修复工艺还会受到零件结构的限制。

近些年来,电镀、喷涂、焊接、粘接等技术有了很大的发展,已广泛地应用于设备维修中,大大提高了零件修复的技术水平和适用范围。

1.传统的修复特点

1)一般设备修理经常用到的一些方法,例如电焊、气焊、氩弧焊、镶套、镶堵等。

2)电焊、气焊、氩弧焊等方法在设备维修中很适用,具有方便快捷、维修成本低等优点,但由于零件升温的原因而无法保证零件的原有精度和强度。

3)镶套、镶堵、加铜片、打毛点等方法,维修成本低、维修停歇时间短,这些方法已广泛应用在设备维修中。但采用这些方法,会影响零件的原有强度,其原有尺寸精度、几何精度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性、粗糙度力学性能参数都会降低。所以传统的修复方法无法满足零件修复的特殊要求,无法在高层次修理中广泛应用。

2.高级修复技术

近10年国内出现了一种机械零件特殊修复技术,它由多种具有先进技术的专用设备、专门工艺和超强特殊材料复合而成。在对设备(零部件)维修时,始终处于常温状态,由于不升温,零部件修复中不会发生变形,无应力产生,使原有的尺寸精度、几何精度保持不变。

(1)特色 根据不同材质、不同形状零件的不同精度要求、性能要求、损伤情况,复合多种技术进行针对性修复,即面对不同零部件,制定不同的修复方案。

1)零部件修复后的安全性能。零件在修复过程中,始终处于常温状态,无内应力产生,即在以后的工作运行中,无因内应力释放而存在潜在的断、裂等安全隐患。

2)零部件修复后的力学性能。修复技术可以根据零件局部磨损处的情况,在修复磨损处仍能达到或高于原母材的力学性能,从而提高了零件的使用寿命。

(2)应用范围 可广泛应用于缸筒、活塞、液压缸、导杆、铜瓦、曲轴、滚筒、轧辊、箱体、缸体、齿轮键槽、转子轴承位等各类机械零件的断、裂、磨损、棱角崩损、加工超差、锈蚀等方面的修复;可对大型精密设备零件进行现场不解体修复;可对碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铸铜、铸铝等各种进口、国产材质及不明材质进行修复;可对表面镀铬、镀钛、镀铜等复合材质及橡胶塑料等非金属进行修复;也可对相同或不同材料进行连接、固定、密封及管道、容器的带压堵漏;还可用于零件表面的改性,使其分别具有减摩、耐磨、耐高温、防腐、防锈、防老化等各种突出性能。

(3)效果

1)零件在修复过程中,始终处于常温状态,不产生内应力、无热变形现象,无断、裂的潜在隐患。

2)结合强度高、致密不落胶、耐磨、耐冲击及抗压、防渗性能可靠。

3)特殊补材、性能优异。硬度可达60HRC以上,耐磨性为45钢调质的2~3倍,耐腐性为不锈钢的1~1.5倍。

4)工艺先进,对修复零件材质、形状无特殊要求。各种确定材质及不明材质以及表面镀铬、镀铜等复合材质的各种损伤类零件均可修复。

5)对零件磨损的局部进行改性。即通过选择不同性能特点的修补材料,使零件修复处的力学性能高于修复前的材质性能。

6)修复位置准确、灵活,各种形状、各种斜面及无法解体的狭小空间均可修复。修复量精确可控,修复处的表面粗糙度值低,修复后可进行机械加工,也可不进行加工直接装机使用。

7)修复周期短、修复速度快、可现场不解体修复,特殊情况也可边修复边生产。

3.高频熔焊金属材料修复技术

(1)工作机理 高频熔焊多金属缺陷修复是利用一台高频熔焊多金属缺陷修补机(简称多金属缺陷修补机,该设备为北京某公司的专利产品)对多种金属零部件表面的缺陷(如铸件的气孔、砂眼、不同金属零部件在使用过程中产生的剥落、磨痕等)进行修补、修复。多金属缺陷修补机的工作原理是,在该设备工作时,可以10-3~10-1 s的周期电容充电,并在10-6~10-5 s的超短时间高频放电,以各种金属补材作为修补机的电极,与待修金属基体缺陷部位接触时会由高频放电电压将气体击穿形成等离子气,从而产生6000℃以上高温的电火花,使电极(金属补材)与待修基体金属材料接触部位瞬间发生熔融,并进而过渡到待修件的表面层。由于补材与基材之间产生了合金化的作用,从而向待修件内部扩散、熔渗,形成了扩散层,得到了高强度的冶金结合。

由于在施焊过程中每一次放电时间与下次放电时间相比极短,修补机有足够的相对停止时间,因而热量会通过基材的基体迅速扩散到外界,所以基体的被修补部位不会有热量的聚集。虽然基材的升温几乎保持在室温,但由于瞬间熔化的原因,电极补材的温度可达到1000℃左右。

利用高频放电修补加工时,虽然热量输入低,但其熔融区的结合强度很高。这是由于电极补材瞬间产生的高温使补材金属熔融,并迅速过渡到与基材金属的相接触部位,其修补部位表层深处形成了由补材向基材“生根”似的牢固的扩散层,有些还可能形成冶金结合,从而呈现出很高的结合性能。

(2)技术特点 高频熔焊可修复的材料有低碳素钢、中碳素钢、工具钢、模具钢、铸铁、铸钢、不锈钢、铝合金铜合金、镍、铜等以及几乎所有的导电体,因此高频熔焊修补机也称为多金属缺陷修补机。

高频熔焊多金属缺陷修补机修复技术的特点为:①操作简单、经过短期培训即可进行操作;②修补机可以携带,只要有220V的交流电源,在任何地方都可以进行施工、进行修复;③大型设备、铸件及模具可不拆卸即能现场作业;④对待修件基体输入热量低,不会出现残余应力、变形、裂纹、气孔、咬边等缺陷;⑤对待修件不需预热和保温;⑥由于补材与基体形成扩散层,结合强度高,不会脱落;⑦由于电极旋转,不会产生粘连现象,操作容易,能形成高品质的修补层;⑧若利用氩气等惰性气体保护,可以得到更高品质的修补层;⑨修补余量可以控制得很小,从而减少了机加工时间;⑩修复层在使用中产生磨损,在同一部位还可进行多次修补;(11)该机可以一机多用,修补铝、铜、不锈钢、铸铁、铸钢以及碳化钨硬质合金的涂层;(12)在修补加工时不产生噪声、粉尘、废液、强光及异臭味,不影响操作人员健康

(3)高频熔焊多金属修补机的应用范围

1)适用于各种牌号铝及铝合金制件缺陷的修补。

2)适用于各种牌号铜及铜合金制件的缺陷修补。

3)适用于各种牌号的灰铸铁及合金灰铸铁制件缺陷的修补。

4)适用于各种牌号的球墨铸铁及合金球墨铸铁制件缺陷的修补。

5)适用于各种牌号的铸钢、不锈钢制件缺陷的修补。

6)适用于各种牌号的合金钢、模具钢制件的缺陷修补。

7)以上各种材料制件的缺陷,包括铸件的气孔、砂眼、疏松、冷隔、扎刀、崩角及模具的龟裂、磨损的修补。

8)可修补的金属制件类型包括:①各种受力、受压、受冲击、受高温、受腐蚀等状态下工作的铸件,如泵、阀、管道、发动机体、齿轮箱等;②各种表面质量要求严格的铸件,如机床导轨面、卡盘面、曲轴轴颈、凸轮轴表面、缸套、活塞等表面。(4)高频熔焊多金属修补机结构说明 图3-89所示为高频熔焊多金属缺陷修补机实物外观图,图中标示的序号含义及功能如下:①能量输出转换开关——Ⅰ挡为低能量输出挡,Ⅱ挡为高能量输出挡。②负极输出端子——连接负极导线,与补焊工件相连接。③正极输出端子——连接旋转焊炬。焊炬内装卡焊丝。④电源开关——按下电源开关,电源内置指示灯亮,设备接通电源。⑤轻熔按钮——按下此按钮,内置指示灯闪亮,设备在轻熔状态下工作;弹起按钮,内置指示灯熄灭,设备脱离轻熔状态。⑥转速调节按钮——用于调节焊炬转速。⑦占空比调节旋钮——旋转此按钮调节占空比数值。⑧钢铁材料按钮——按下此按钮,内置指示灯亮,设备在钢铁材料熔焊状态下工作;弹起按钮,内置指示灯熄灭,设备脱离钢铁材料熔焊工作状态。⑨非铁金属按钮——按下此按钮,内置指示灯亮,设备在非铁金属熔焊状态下工作;弹起按钮,内置指示灯熄灭,设备脱离非铁金属熔焊工作状态。⑩保护转换按钮——设备内置两个过载保护装置,按下或弹起各起动一个保护装置。(11)保护气体输出端口——输出氩气,与焊炬气体接头连接。(12)正极端子——配合正极使用(正极信号输出)。(13)保护气体输入端口——用于氩气输入。(14)散热风扇——用于机箱散热。(15)电源插座——与220V电源连接,内置8A熔丝管。

(5)焊炬结构 旋转焊炬结构如图3-90所示。

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图3-89 高频熔焊多金属修补机

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图3-90 旋转焊炬结构

1—旋转焊炬总成 2—旋转卡头 3—焊丝4—前端盖 5—焊炬开关 6—导线及通气管

(6)高频熔焊多金属修补机操作步骤 如图3-89所示。

1)接通220V电源及外置氩气,并将氩气流量调至5~7L/min。

2)打开电源开关④。

3)将负极输出端子②的导线与被焊件固定连接。

4)使①处于Ⅰ挡位。

5)如焊补铝、铜等非铁金属时,使⑨灯亮,⑤⑧灯灭;如焊补铸铁、钢等材料时,使⑧灯亮,⑤⑨灯灭。

6)将转速调节旋钮⑥调至500~600,占空比调节旋钮⑦调节至70~80。

7)旋开焊炬前端盖,将相应的钢铁材料焊条或非铁金属(如铝、铜)焊条卡装在焊炬上,旋紧前端盖后,焊条伸出长度不应大于20mm。

8)首次启动焊炬,按动焊炬开关三次后,焊炬开始旋转,将旋转的焊条与焊补基体缺陷表面轻轻接触,同时使手握的焊炬在焊条方向作往返运动,直至将缺损部位焊补至与基体相同。

4.电刷镀修复技术

电刷镀技术是应用电化学沉积原理,在金属表面选定部位快速沉积金属镀层的一种表面处理技术。我国于20世纪80年代后期从美国引进了该技术,主要应用于飞机、坦克、军舰等国防工业的精密零部件维修。20世纪90年代中期开始向制造业推广,但由于其修复层厚度(小于0.1mm)的局限性及修复材质等方面的原因,使其很难适用于大部分零部件的磨损修复需求。

由于活化液的研发成功,结束了电刷镀技术只能在单一材质上沉积金属镀层的历史,从根本上拓宽了其应用范围。该活化液在电刷镀工艺上的应用,使电刷镀技术可以在两种及两种以上材质上同时沉积金属镀层;也可以在不明材质及惰性材质上沉积镀层,使一些材质不明的进口零件及表面镀铬的复合材质零件的成功修复成为现实。更为重要的是,该项发明实现了电刷镀技术与其他特种修复技术的复合应用。

(1)工作机理 电刷镀修复技术在多年的推广应用过程中,已取得了明显的技术经济效益。它是采用专用的直流电源设备,刷镀时镀笔接电源正极作为刷镀时的工作阳极,工件接电源的负极作为刷镀时的阴极。电刷镀的镀笔采用高纯石墨作阳极材料,在石墨块外包裹棉花和耐磨的涤棉套。在电刷镀进行工作时,使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上往返旋转移动,并保持一定的压力,在镀笔与工件接触的部位,镀液中的金属阴离子在电场力的作用之下,获得电子被还原成金属原子,这些金属原子沉积并结晶在工件上形成金属镀层。随着刷镀时间的延长,镀层结晶增厚而形成了电刷镀金属镀层,电刷镀基本原理如图3-91所示。

(2)工作特点 由于脉冲技术成功地应用于电刷镀电源的制造中,使电刷镀电源成为原直流电源的替代产品。电刷镀电源使得镀层结合强度有了显著提高,内应力有了显著降低,对原有难镀材质成功进行了施镀。其特点为:

1)广泛与常温冷态重熔技术复合应用,可修复各类零件的磨损、划伤;零件在修复过程中,始终处于常温状态,无内应力、无变形。

2)修复量控制精确,可进行复杂曲面的随形修复。

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图3-91 电刷镀基本原理示意

1—溶液 2—工件 3—注液管

4—阳极及包套 5—镀笔 6—电源

3)可有效提高修复位置的材料的力学性能并降低表面粗糙度值,硬度为52~28HRC,耐磨性为45钢调质处理的2~3倍,防腐性是不锈钢的1~1.5倍,表面粗糙度能在到978-7-111-39174-6-Chapter03-132.jpg

4)可在零件的任意磨损位置局部施镀修复,未磨损区域不会出现多余的尺寸变化。

5)不解体修复各类精密复杂零部件。(www.daowen.com)

5.胶粘修复技术

胶粘修复技术也简称胶粘技术,是胶接与表面粘涂技术的简称。该技术是用胶粘剂将各种材质、形状、大小、薄厚相同或不同的物件连接成为一个连续牢固整体的方法。

(1)工作原理 胶粘技术是一种新型化学连接技术,了解胶粘的本质与胶粘的基本原理,可指导胶粘剂的正确选用和胶粘工艺的合理实施。到目前为止,虽然胶粘理论的研究已取得很大进展,但要彻底认识胶粘的本质仍需进行较深入的研究。

(2)被粘物表面特征 对于胶粘剂粘涂的零件,胶粘作用仅发生在表面及其薄层,因此零件表面性质和表面特性对胶粘强度有很大的影响。无论选用什么种类的胶粘剂,了解表面特性及采取必要的处理方法都是十分重要的。

1)固体表面特性。任何固体表面层的性质与其内部(基体)都是完全不同的,其差别甚为显著。固体的表面层由吸附的气体、水膜、氧化物、油脂、尘埃等组成,因而是很不洁净的。

2)固体表面的粗糙性。任何固体表面,其宏观可能是光滑的,而微观上则是粗糙的,凸凹不平的,两固体表面的接触,其接触面积仅为几何面积的1%。

3)固体表面的高能性。固体表面能量高于内部的能量。

4)固体表面的吸附性。由于固体表面的能量高,常吸附一些杂物,即使是新制备的表面也很难保持绝对的清洁,即充分显示了固体表面的吸附性。

5)固体表面的多孔性。固体表面布满了很多孔隙,很多材料其基体就是多孔的,一般表面因粗糙、氧化、腐蚀等会形成多孔的表面。

(3)胶粘作用的形成

1)浸润。当一滴液体与固体表面接触后,接触面自动增大的过程,即浸润,是液体与固体表面相互作用的结果。

2)化学键理论。该理论认为胶粘剂与被粘物在界面上产生化学反应,形成化学键结合把两者牢固地连接起来。由于化学键力要比分子间力大1~2个数量级,所以能获得高强度的牢固粘接。

3)扩散理论。认为胶粘剂与被粘物分子间互相扩散,使两者之间的界面逐渐消失,并相互“交织”而牢固地黏合。

4)静电理论。认为在胶粘剂与被粘物接触的界面上产生双电层,由于静电的相互吸引而产生黏接力。

以上所述胶粘理论,虽不够完善,存在着局限性,但对于认识与分析胶粘剂可提供一定的帮助。

(4)胶粘技术的特点 胶粘与其他连接方式,如铆接、焊接、螺纹联接、键接等比较,具有许多新特点。

1)胶粘可以连接各种不同类的材料。金属与金属、金属与非金属都可以相互胶接;各种材料的表面缺陷均可进行表面粘涂。

2)胶粘时零件不产生热应力与热变形。胶接与表面粘涂时,通常都在较低的温度下进行,因此,对薄壁零件、受热敏感的零件以及不允许焊接的零件,采用胶粘技术是非常有利的。

3)胶粘可提高抗疲劳寿命。对于结构粘接承受载荷时,由于应力分布在整个胶合面上,这就避免了高度的应力集中,特别是薄板的连接,如采用铆接或点焊,由于应力集中在铆钉或焊点上,容易产生疲劳破坏。因此目前在飞机制造中,某些结构,如蜂窝结构等均把铆接改为胶接,其疲劳寿命可提高3~10倍。所以,现代的飞机制造业、宇航器等胶接已逐步地代替了铆接。

4)胶粘比铆、焊及螺纹连接可减轻结构的质量。在飞机及宇航器的制造中,胶接代替铆接后,质量可减轻20%~30%;大型天文望远镜采用胶粘结构其质量也可减轻20%左右。

5)胶粘比焊接、铆接的强度要低,特别是冲击强度和剥离强度较低。表面粘涂与基体的结合强度:抗拉强度一般为30~50MPa,与热喷涂层的结合强度大体相同。

6)工艺简单,不需要专门和复杂的设备,可现场施工,生产效率高,加工成本低、经济效益显著。

7)胶粘与表面粘涂其使用温度。有机胶粘剂一般在150℃左右,少数可达250℃以上,无机胶粘剂可达600~1700℃,但胶层较脆。

(5)胶粘技术的发展 胶粘技术的发展经历了较长的历史,最早使用的胶粘剂,主要是天然高分子材料,如淀粉、骨胶、皮胶、松香、树胶等。由于它们的胶粘强度不高,且耐水、耐高温、耐老化、耐介质性能亦差,因而在使用上受到了很大的限制。到20世纪30年代,随着现代化工的发展促进了合成高分子材料、合成胶粘剂的产生和发展,使得胶粘技术得到迅速的发展与提高。

近30年来,国内外胶粘剂与胶粘技术的发展十分迅速,胶粘剂的品种不断更新,胶粘剂的产量逐年增加,而且性能也有显著的提高。因而在机械、航空航天、石油、化工、船舶、电子、电器、建筑农机等行业应用广泛,已经与人们的生产、生活密切相关,在技术发达的国家,例如美国,胶粘剂每年销售额都在100亿美元以上。

我国的胶粘剂行业,近几十年也在持续快速发展,应用领域不断扩大。一些传统的产品制造工艺与设备的维修工艺将会由于胶粘剂的发展与胶粘剂的应用而得到更新,一些传统的维修观念也将会得到改变。随着不同性能和功能的新型胶粘剂(如高强度、阻燃、高黏合性、耐高温、耐高电压、高耐磨性、快速固化和低应力等)相继研制成功以及胶粘工艺的不断改进,使胶粘技术得到更迅猛发展,已经成为机械制造及特种修复技术中不可缺少的新技术。高分子化合物及胶粘剂的发展简史见表3-26。

表3-26 高分子化合物及胶粘剂的发展简史

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(续)

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(6)胶粘技术在设备修复中的应用 由于胶粘技术的优良特点,随着胶粘剂及胶粘技术的发展,胶粘技术的应用越来越广泛,几乎遍及所有的制造领域,另外在建筑工程、包装、光学工业、娱乐设施等领域也已在应用,在此仅对胶粘技术在机械制造及再制造中的应用进行介绍。

胶粘技术在机械制造及再制造,尤其在机械零部件再制造中的应用十分广泛。胶粘技术可用于结构连接、固定、密封、堵漏、绝缘、导电,还可用于机械零件的耐磨、减摩、耐腐蚀修复与保护涂层;也能用于修补零件上的各种缺陷,如裂纹、划伤、尺寸超差、铸造缺陷等。其施工工艺简便、可靠,对所修零件无热影响区和变形,可现场作业,从而减少生产中的停机时间,是一种快速和廉价的修复技术。

1)零件断裂的胶粘。各种机械设备的零件由于在使用中承受的载荷超过设计指标或因制造及使用不当,产生断裂或裂纹是经常发生的,传统的工艺方法是采用焊接,而焊接给零件会带来热应力与热变形,特别是薄壁件更有甚之。对一些易于发生爆炸危险的设备,如储油罐、煤矿等井下设备,绝对不能用焊接法进行修复,而采用胶粘法与表面粘涂法则显得十分安全、可靠、方便。

2)零件磨损及加工尺寸超差的修复。机械零件在使用中会产生磨损,如液压缸、导轨面、箱体轴承座孔、轴类零件配合面的磨损,各种轴孔零件加工时的尺寸超差等。传统的修复工艺有堆焊法、热喷涂等。这些方法除了必备专用设备外,其各种工艺都有一定优点和局限性,如采用堆焊和热喷涂工艺,除了工件表面会达到很高的温度外,在有些情况下,根本无法堆焊与喷涂。采用表面粘涂技术恢复磨损表面的尺寸,简单易行,既无热影响,胶层厚度又不受限制,既经济又效果好。因而对磨损表面可用奥可AK02-1耐摩擦磨损修补胶或AK02-3自润滑减摩修补胶。

3)零件划伤的修补。各种液压设备的液压缸及柱塞,机床导轨在使用中经常会遇到的划伤,都可以采用表面粘涂的方法进行修补。目前对各种液压设备,水压设备及机床导轨划伤的修复,尤其是对进口设备的修复,对划伤表面的修补,其效果十分明显,已经取得了很大的技术经济效益。

4)铸造缺陷的修补。铸造缺陷,如气孔、砂眼、缩松,一直是铸造行业引起铸件报废而带来很大损失的一个大问题。一般在铸件中发现气孔与砂眼大多采用回炉处理,但若采用表面粘涂技术修补铸造缺陷,既简便易行,又省工、省时节约资金,其效果良好,而且修补部位可与各种铸件保持基本一致的颜色与强度。目前在液压泵水泵、发动机缸体、变速箱体、机床床身等铸造行业,广泛使用奥可AK01系列铸造缺陷修补胶粘剂对气孔、砂眼进行填补,取得了非常明显的经济效益。

5)化工设备及零件的密封与堵漏。在化工企业,滴、冒、渗、漏是经常遇到的现象,过去很难用有效的方法解决。而用表面粘涂的方法进行堵补十分方便可靠,不仅可以停车堵补、密封,而且可以带压堵补。在不影响生产的条件下,带温、带压修复渗漏部位可迅速达到密封的效果。对化工企业进行带压堵补可使企业挽回巨大的经济损失,其经济效益十分显著,特别对石油、化工、制药、橡胶、造纸等行业设备的维修具有独特的优越性。

6)设备及零件防腐。各种设备及零件的腐蚀是导致其失效与发生意外事故的主要原因之一,有时会给企业带来重大的损失,特别是石油、化工行业对设备与零件的防腐及保护十分重要。目前广泛采用有机或无机防腐涂层是行之有效的防腐措施之一,对表面进行防腐粘涂已广泛应用于化工、石油、制药等行业易受腐蚀部位的修复和预涂保护层。例如石油、化工的管道、储罐,船舶壳体及螺旋桨,水库闸门等均可采用涂防护层的方法予以保护。

(7)胶粘剂的组成 在胶粘技术中,胶粘剂的性能及胶粘剂的选用是决定修复质量好坏的关键因素之一,而胶粘剂的性能则决定于胶粘剂的组成。

目前在工业企业广泛应用的胶粘剂,为了获得优良的综合性能或特殊的性能要求,一般都是采用多种组分优化配成,通常胶粘剂的组成主要是由粘料(基料)、固化剂、促进剂、偶联剂、增韧剂、填料等组成。

1)粘料。粘料也称基料,是决定胶粘剂性能的基本成分,目前广泛应用的粘料主要是合成高分子化合物,它包括热固性树脂、热塑性树脂、合成橡胶、热塑性弹性体等。

①热固性树脂。热固性树脂是低分子量的液体或固体树脂,固化后具有很高强度、耐热性、耐介质性和耐老化性能,适宜于配制工业用胶粘剂。常用的有环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂等,表3-27为环氧树脂的牌号与规格。

表3-27 环氧树脂的牌号与规格

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②热塑性树脂。热塑性树脂为大分子线型结构,加热时变软或熔化,在某些溶剂中会产生溶解,耐热性差、耐介质性差,适宜于配制非结构性胶粘剂。常用的有聚氯乙烯、聚苯乙烯、ARS、聚甲基丙烯酸甲酯等。

③合成橡胶。合成橡胶是一种新型的弹性体材料,有固体与液体两类。经硫化具有优良的弹性和耐冲击振动的性能。可用来配制橡胶型胶粘剂,亦可与热固性树脂配制非结构性胶粘剂。用来配制合成橡胶胶粘剂的有氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚硫橡胶等。

此外,用于配制瞬间胶粘剂和厌氧胶粘剂的粘料还有α-氰基丙烯酸酯和双甲基丙烯酸酯、第二代丙烯酸酯等。

④无机化合物。磷酸盐、硅酸盐、氧化镁、氧化锌等可配制成无机耐高温胶粘剂。

2)固化剂。固化剂能与粘料发生化学反应,使胶粘剂产生固化,将线型结构转变为交联或体型结构,它对胶粘剂的性能,特别是胶粘强度有着重要的作用。对许多粘料,固化剂是不可缺少的,如环氧树脂胶粘剂,固化剂是环氧树脂胶粘剂不可缺少的组分。

固化剂种类繁多,性能各异,各有特色,按照习惯可分为胶类、酸酐类、聚合物、催化型、潜伏型等固化剂;按照固化温度分为低温、室温、中温、高温固化剂。

固化剂的用量也很重要,加量过少,固化不完全,胶粘剂的性能不佳;用量过多,胶层脆性增大,残留固化剂会损害胶粘剂的性能。

3)促进剂。促进剂是一种促进化学反应,缩短固化时间,降低固化温度的物质。胶粘剂的配制是否加入促进剂,取决于胶粘剂配制时所选择的粘料类型。例如,以低分子聚酰胺为固化剂的环氧胶,为提高固化速度需加入促进剂;用改性胺作固化剂的环氧胶,为提高固化速度也需加入促进剂。常用的促进剂有叔胺DMP-30等。

4)偶联剂。偶联剂是一种分子两端含有既能与无机物又能与有机物反应的性质不同的基团化合物,并以化学键的形式将被粘物和胶粘剂紧密地连接在一起。偶联剂在胶粘剂中实质上起着桥梁作用,胶粘剂中加入偶联剂改变了界面的性质,能显著地增大粘接力和提高胶粘强度及耐热性、耐水性、耐湿热老化性能等。

5)增韧剂。增韧剂是为改善环氧胶的脆性、增加其韧性而不改变其他物理性能,也不影响固化速度而加入的有机物或聚合物。增韧剂可以减少胶粘剂固化时的收缩性,提高胶层的剥离强度和耐冲击强度。增韧剂按其固化反应可分为活性增韧剂与惰性增韧剂两类。

6)填料。在胶粘剂中加入填料的目的是为改善胶粘剂的物理和力学性能、工艺性、耐久性、强度等。在胶粘剂中加入一定量的填料可减少线膨胀系数、降低收缩率,增加导热性、导电性、耐磨性、硬度,提高抗拉与抗剪强度,提高耐腐蚀性等。一般可根据使用要求而加入相应的填料,同时由于某些填料的价格低于合成树脂,从而可有效地降低胶粘剂的成本。

但应当注意的是,加入填料之后,会降低剥离强度,因此按照不同的情况加入填料要适当,太少不起作用,过多会损害胶粘剂的性能。填料一般为粉粒状,为便于混合均匀又不至沉降,粒度一般在200目以上为宜。常用填料见表3-28。

表3-28 常用的填料

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6.激光熔焊技术

激光熔焊技术是在世界科技水平高速发展的环境下逐步发展起来的一项先进的特殊技术。它的基本原理是把波长一定的连续脉冲光束,通过放大、反射、聚焦,使光束的束宽、束形、束能、峰值功率及重复频率等参数达到特定的技术要求后辐射到工作表面,形成特殊的熔池。一般由以下五部分组成:提供特殊光束的激光发生器、用于传送光束的光束传输系统、工件自动装卡移动系统、整机计算机控制系统、显微检测监控系统。该技术具有熔点小、熔速快、精度高、变形小等突出特点,工业上主要应用于精密件的焊补、焊接及特殊加工或表面强化,可以有效地解决常规熔焊方法解决不了的难题。

7.离子束强化技术

离子束技术是国际上近期发展起来的一种特殊的材料表面改性技术,其基本原理是由离子源获得高能离子束流,通过磁化、纯化、加速,再经过多维旋转扫描器后注入材料表面,注入的离子与原材料的原子之间发生辐射扩散效应以及晶格置换错位现象,出现成核化合物,生成弥散硬化相,使其表层显微组织结构发生突变,从而获得所需要的性能。该技术所运用到的主要设备称为离子注入机,分“磁过滤真空弧等离子注入机”及“金属蒸气真空弧等离子注入机”,根据被注入零件的体积决定设备的容积及离子源设计,离子源的材质一般根据工件材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性及减摩性等特殊要求而选择难溶金属、过渡金属或稀土金属。该技术主要应用于零件表面的强化,特别是精密零件的强化,英国及欧洲等国已广泛应用于医学、化工、机械制造业等,而美国则首先将此技术成功地用于火箭、卫星、飞机、舰艇及其他武器装备的改进提高,取得了显著的成效,该技术在我国的应用正由尖端向民用转化。

8.摩擦旋转电火花涂覆技术

摩擦旋转电火花涂覆技术是现阶段国际上最先进的过渡金属(硬质合金、金属陶瓷等)熔融涂层技术,其主要原理是过渡金属焊材与制件在接触的瞬间,产生高频率、高脉冲的大电流,击穿中间的气体介质,产生高热电火花离子团,焊材原子被瞬间离子化并形成高能离子流,撞击工件表面。在镶嵌力、扩散力、化合键力、原子引力等微观力的综合作用下,形成牢固、致密的过渡金属层,过渡金属焊材一般选择WC、TiC、Cr3 C2等。该技术的优点是可以极大地提高工件表面的硬度、耐磨性、热硬性及耐腐蚀性等特性,不受质量、体积、形状的局限,工件不变形。适用于高精密零件及模具的表面强化。

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