金属扣合修复技术_一_第一讲金属扣合及强固扣合法

金属扣合修复技术 (一)ù 梅启炎 　梁久壁 第一讲　金属扣合及强固扣合法 　　一、概述 金属扣合法是金属机件的一种特殊联接修理方法 ,它利用扣 合件 (例如波形键、缀缝栓) 材料的塑性变形来实现紧密扣合作 用 ,以达到修复机件裂纹和断裂目的。此种工艺方法可用于铸铁 件、钢件、有色金属机件的修复 ;尤其适用于大型机件的修复。 金属扣合法的整个修复工艺过程完全在常温下进行 ,因此 , 不考虑修复件的热变形带来影响。主要特点有 :11 波形槽是分 散排列 ,波形键和缀缝栓在扣合过程中都是分层装入 ,逐片铆 击 ,使修复部位的实际受力状态和理论计算比较接近 ,从而 ,避 免了应力集中 ;21 金属扣合修理方法简单 ,修理周期短。一般 大型机件可在现场进行 ;31 金属扣合法通常为手工作业 ,铆击 时采用风动工具 ,对于防火、防爆要求的区域也可进行安全作 业 ;41 扣合结束后将机件有关表面打磨清理 ,采用泥子填平、喷 漆 ,一般看不见修理痕迹 ,也不破坏设备的外观 ;51 金属扣合法 修理时只要在修前仔细地将断裂部位进行复位 ,并正确掌握铆 击等工艺方法 ,一般能恢复原有精度。 金属扣合有强固扣合、强密扣合、加强扣合、热扣合等方法。 修理时 ,应针对损坏机件的不同情况、技术要求和具体条件 ,选 用其中一种或几种联合使用 ,以期达到修复的最佳效果。 二、强固扣合法 强固扣合法适用于修复壁厚为 8～25mm 的一般强度要求 的薄壁机件。扣合前 ,先在垂直于机件的裂纹面上按一定形状 和尺寸 ,借助模板或手工加工成波形槽 ,然后 ,将相应的波形键 逐片镶入 ,并在常温下铆击 ,使波形键产生塑性变形而充满波形 槽腔 ,使波形键的凸缘与机件相互扣合 ,使开裂两边重新牢固地 联接成一个整体 ,如图 1 所示。 图 1 　强固扣合法 11 波形键规格及其选择 生产实践中 ,可参照表 1 选择 波形键的规格。选用时根据机件受 力大小和壁厚分别确定波形键的规 格及凸缘个数。凸缘个数一般分别 选用 5、7、9、11、13 个。凸缘越多 , 则波形槽各槽断面上应力越小 ,并 使最大应力远离裂缝处。但凸缘过多 ,将增大加工难度 ,一般波 形键的凸缘个数不超过 13 个。对波形键材料的要求为 ①韧性 好 ,经热处理后较软 ,铆击时易产生塑性变形而便于铆紧 ; ②冷 作硬化倾向大且不发脆 ,铆击后具有较高的强度 ; ③对于修复受 热机件所用波形键的材料 ,其膨胀系数要略低于或等于机件的 膨胀系数 ; ④一般用于钢铁机件扣合的波形键材料常采用 表 1 　波形键规格和尺寸 mm 波形键 规　格 公　　称　　尺　　寸 d b l t L 3 3 2 3. 1 2. 5～3. 5 4 4 2. 5 4. 1 3. 5～5. 0 6 6 4 6. 2 5. 0～7. 0 8 8 5 8. 2 6. 0～8. 0 12 12 8 12. 2 6. 0～8. 0 见注 　　　注 : d = (1. 4～1. 6) b l = (2～2. 2) b t ≥b L = ( n - 1) l + d n —凸缘个数 1Cr18Ni9 或 1Cr18Ni9Ti 的奥氏体镍铬钢。其膨胀系数见表 2。 用 1Cr18Ni9 或 1Cr18Ni9Ti 制造的波形键在 1010～1150 ℃中保 温 20～30min ,然后 ,空气冷却或水冷却 ,要求硬度在 140HB 左右。 21 波形槽个数的选择、布置和加工 图 2 　波形槽尺寸与布置方式 (1)波形槽个数及深度的 确定 波形键是件 ,在具体 修复中应视修复件的壁厚和原 有强度来设定波形键的排数及 波形键的凸缘个数 ,从波形键 的系列规格和标准尺寸中选用 合适的波形键 ,然后根据波形 键规格所对应模板加工波形 槽 ,其深度 T 可视壁厚 H 来决 定。一般按 T = (0. 7～0. 8) H 选用 ,如图 2 所示。 (2)波形槽在机体上的布 置方式 ①对于修复承受载荷不大 的普通铸铁机件时 ,为了使最 大应力分布在最大范围内 ,在 布置个数较多 (例如 5 个及其 以上)的波形槽时 ,可采用一长 一短或错落有致的排列方式 , 　　瑒瑠　　　设备管理与维修 　2003 №6 　 讲 　　座 ù ︵英 ︶ 约 翰 ·克 罗 克 确 定 终 生 维 修 策 略 应 用 仿 真 方 法 　　摘要 　当高价值的资产 (简称 HVA) 进入服务状态 ,很 容易受到许多应力和环境条件 的影响 ,其中有些是原设计考 虑到的 ,也有些是原设计没有 考虑到的。因此 ,这类 HVA 在 使用中的可靠性与其固有的可 靠性会有很大差异。如果不对 我们所研究的系统进行监控 , 就很难预测该系统何时需要维 护 ,需要什么样的维护。同时 不和不所监控的数 据 ,几乎就没有可能进行改进 设计 ,使未来的系统更有效地 运行。 通过对系统的了解 ,尤其 是了解零件的使用、维护和保 障 ,才能制定提高系统利用率、 降低使用成本的策略。本文以 一个简单系统为例 ,展示我们 如何通过认识一些零部件存在 的和役龄相关的故障机理 ,来 提高系统的利用率和减少非计 划维修的次数。 一、前言 无论是购买陆地、海洋还是空中的运输工具 ,多数是把货物 (人工、自动装载或其它) 从一个地点运到另一个地点的机械设 备。此外 ,通常还要求和希望运输工具能把货物完好无损地准 时运到。 　　为了要准时运到 ,通常要估计路程时间并考虑各种可能的 延迟因素。一般来说这是指例行检查、补充给养 ,多半不包括任 何维修所需的时间。如果运输工具发生停机故障 ,通常要发讯 求救 ,被迫中途停运 ,寻找替代运输工具 ,否则会严重延迟。通 常 ,发生这种故障的运输工具或者就地维修 ,或者运到一个合适 的维修场所进行修理。往往有这样的情况 ,不是故障无法排除 , 就是不可能修复。 按照波音 777 前首席机械师杰克·赫斯伯格的说法 ,“维护 是为了利用设备而进行的故障管理”。正如前英国国防部可靠 性工程师和帝国勋章获得者兰·诺莱斯指出的 :“设备的维修要 根据故障的危害程度”,意思是我们要在适当的时间进行适当的 维修 ,既不太多 ,又不太少。根据规定 ,车辆每六个月要进行维 修 ,即使没有开动的车辆到时也要维修 ,这比等到引擎抱死再加 油 ,或者撞在别的车辆后面 ,或者磨光的轮胎在更换前就飞出路 面才进行维修要明智。 二、极限寿命 一个常用的维修方式是在预定时间进行维修。举一个典型的 例子 ,比如说按规定轿车的轮毂如果磨合后行驶6万英里就要更 换 ,但这个极限寿命只是个参考———可以延长这个时间 ,但必须 估计到这么延长会增加轮毂损坏的风险并不可避免地导致引擎 严重损毁。对飞机引擎而言 ,常把一些零件称为“硬寿命”。那么 , 操作者对这些零件必须在它们寿命期限到达时或到达之前进行 更换 ,超过这个期限 ,对飞机和乘客的安全来说 ,风险太大。 无论是飞机引擎还是其它 ,对多数零件而言 ,预防性维修的 唯一形式最好就是检查是否有故障、何时可能暴露出来。在很多 情况下 ,仅在其他零件失效 ,需要拆下那个单元修复或者更换损 坏部分时 ,才使某零件的问题暴露出来。 如果一个零件出现可检测的劣化迹象 ,在故障发生前有足 够时间可观察到劣化 ,并且观察到的概率还很高 ,那么对这些零 件进行定期检测是合理的。最明显的例子是家庭轿车的车体或 轮胎 ,它们的磨损或耗损的速度较慢 ,而且也易检测。然而轮毂 一般是不暴露在外边 ,难以接近 ,因此检查起来就不那么容 表 2 　1Cr18Ni9 线胀系数 ×10 - 6 范围 温度 牌 号 20～100 ℃ 20～200 ℃ 20～300 ℃ 20～400 ℃ 20～500 ℃ 1Cr18Ni9 16 16. 8 17. 5 18. 1 18. 5 如图 2d、e 所示。波形槽应尽可能与裂纹走向相垂直 ,槽间的距 离 W 可根据经验法或计算法来确定。 ②对于修复承受弯曲载荷的普通铸铁机件时 ,因机件的外 层承受最大拉应力 ,往里则逐渐减少 ,故将波形槽设计成阶梯 式 ,如图 2c 所示。这样 ,能避免或减小机件内壁强度因开槽而 受到削弱的影响。 31 波形槽间距 W 的确定 (1)经验法 :对于修复承受载荷不大的普通铸铁机件时 ,各 波形槽之间的距离可选用波形键宽 b 的 5～6 倍 ,如图 2a 所示 , 即 : W = (5～6) b。 (2)计算法 :对于修复承受载荷较大的高强度铸铁机件时 , 可采用同一截面上波形键和机件原有承载能力相等的条件计算 波形槽间距的尺寸 ,即 : 　　σG〔HW - b ( H - S)〕=σR b ( H - S) 由上式变换为 : 　　W = b ( H - S)H ( σR σG + 1) 式中 　S ———波形槽槽底壁厚 ,mm H ———机件壁厚 ,mm b ———波形键宽度 ,mm σR ———波形键材料经铆击后的抗拉强度极限 ,如选用 1Cr18Ni9 材料时 ,可按 900NΠmm2 计算 σG ———机件的抗拉强度极限 ,NΠmm2 (待续) W03. 06 - 30 作者通联 :上海闵行特种修理技术研究所 　200240 〔编辑 　利 　文〕 国外设备工程 设备管理与维修 　2003 №6 　　瑒瑡