大型轴类零件修复技术的应用

在机械设备的零部件中，轴类零件是重要的零部件之一，其主要作用是支撑旋转部件。但在实际使用中，由于冲击、摩擦、振动、润滑、环境等因素，经常发生故障，影响机械设备的正常运行，给用户带来严重的经济损失。采用科学合理的技术手段修复失效的轴类零件，以恢复其使用性能。与制造新轴相比，修复旧轴成本低，周期短，可带来良好的经济效益和社会效益。

1失效轴类零件的修复技术

轴类零件的失效主要是磨损、弯曲和断裂等。根据轴类零件的失效情况，选择合适的修复方法，以获得最佳的修复效果，使修复后的轴具有更好的耐磨性、更高的表面硬度和强度、抗冲击性能。

1.1弯曲矫直修理

由于交变应力、冲击等载荷的作用，轴类零件在使用中经常发生弯曲失效。弯曲轴可以通过校直修复技术恢复其功能，校直修复技术包括冷校直和热校直。

校直前，将故障轴放在校平托辊上，用百分表找出弯曲点，根据轴的弯曲程度进行冷校直或热校直。弯曲度较小的轴采用冷校直，弯曲度较大的轴采用热校直。轴的冷矫直如图1所示。冷校直法是在室温下将轴的最大弯曲突起向施力的反方向转动，利用螺旋千斤顶、压力机等对最大弯曲突起逐渐施加压力。使得弯曲突起逐渐恢复或被适当地挤压一点。在这种状态保持一段时间后，压力被撤回并检查。这个过程需要重复，直到满足设计要求。热校直是将轴放在水平支点上，在轴的最大弯曲点加热到合适的温度，然后使弯曲突起朝上，在轴的最大弯曲点用千斤顶或压力机压住轴，然后反复检查，直到符合要求。

图1轴的冷矫直

1.2滚花修复

滚花的原理如图2所示。滚花常用于修复配合要求不高、磨损轻微或公差较小的轴类零件。先将磨损轻微或超差较小的轴类零件夹在车床卡盘上，调整主轴转速，选择合适的进给量，用滚花刀对要修复的轴颈进行滚花，将花轴颈滚花至(0.3 ~ 0.5) t/mm  (t为滚花刀节距)。最后，将零件移至外部研磨机，研磨至所需尺寸。

图2滚花原理

1.3镶嵌修复

在结构和强度允许的情况下，套筒修复是将故障轴的故障部分加工到合适的尺寸，然后选择与本体性能相同或更高的材料，按原尺寸加工一个钢套筒，通过热装安装到位。这种方法不影响轴的使用强度，但会产生应力集中。集中点出现在轴套处的轴肩上。受力过大就会断裂，所以轴套不能太厚，但也不能太薄，否则容易因振动而松动。

为了避免将轴颈拧得太薄，从而降低轴的强度，将失效的轴稍加校正，以满足设计精度和粗糙度。然后根据加工后的实际尺寸，嵌入相应厚度的轴套，并进行强度校核计算。匹配公差应满足使用要求。

1.4胶粘涂层(耐磨涂层)技术

粘贴技术是指在失效零件表面涂覆修复剂，使零件具有特殊功能(如耐磨、耐腐蚀、绝缘、导电、保温、防辐射)的一种新技术。作为零件修复技术，涂层可分为涂层后处理法和涂层成型法。

涂层后加工工艺：首先将轴的失效表面加工成螺纹形状；清理破损表面；在失效部位涂耐磨修补剂(比轴原尺寸大1 ~ 2mm养护一定时间(8 ~ 12小时)后，修补、车削、po

粘接成型法的工艺流程：首先将轴的失效面加工成螺纹状；清洗失效零件；(3)制作与失效零件相匹配模具，在模具的内表面涂上脱模剂；在失效部位粘贴耐磨修补剂(尺寸比轴原尺寸大1 ~ 2mm将模具安装在涂有修补剂的部位，拧紧，并清除溢出的多余材料；固化一定时间(8 ~ 12h)后，取出模具，打磨抛光至符合要求。

涂层修补成型性好，与金属附着力强，有足够的硬度和强度，施工工艺简单，修补方便；为了在零件表面获得导电、耐磨、绝缘、耐腐蚀等特殊性能，可以根据实际需要选择不同的涂层材料，胶层厚度可以达到毫米级甚至厘米级，这是电刷镀、电镀、热喷涂所不能达到的。缺点是冲击强度不高，不适合冲击大的场合；耐磨性不高，不适合在高温下使用。

1.5喷涂修复

喷涂又称热喷涂，是利用热源将喷涂材料加热到熔融状态，然后用喷枪高速喷涂到轴的失效部位，形成金属修复层。喷涂原理如图3所示。

图3喷涂原理

喷涂修复工艺：对失效表面进行清洗，在失效表面喷涂修复层，最后进行机加工，达到使用要求。具有喷涂操作灵活方便的特点。喷涂法对工件的尺寸和形状没有限制，涂层厚度一般为0 ~ 10 mm。当喷涂部位的温升较低时(70~80)，通过立即处理可迅速完成修复。采用粉末冶金作为喷涂材料形成修复层，硬度高，耐磨性好，也适用于其他表面的防护处理，如耐腐蚀、耐磨、抗氧化、耐热等。

1.6焊接修复(堆焊)修复

焊补原理是利用电弧放电产生的热量作为热源，加热熔化被覆盖的焊条和焊件，使之相互熔化，形成牢固连接的一种焊接工艺。

工艺：焊补前，对焊接部位进行清理和打磨。焊接部位越干净，电弧越稳定，焊补质量越高。根据轴的材料选择焊条；必须采用环焊方式，避免堆焊时受热不均匀，造成零件不同程度的弯曲变形。进行焊补时，电流选择要适中，使焊补层超出图纸尺寸1 ~ 2mm焊接后，零件应自然冷却至常温，然后加工至图纸要求。焊接修复适用于有裂纹、断裂、有缺陷和其他故障的轴。缺点是焊接容易产生变形和应力，不适合修复轴径较小、破损面积较大的轴。堆焊后可适当进行热处理，降低表面硬度。

1.7喷焊修复

喷焊如图4所示。喷焊是在热喷涂技术的基础上发展起来的。热喷涂层再次重熔后，与基体表面材料熔化，进而形成更加紧密的冶金结合层。喷焊是热喷涂和堆焊的复合技术，克服了热喷涂层结合强度和硬度低的缺点。同时，由于使用了高合金粉末，喷焊层具有堆焊所不具备的一系列性能。它吸收了热喷涂和堆焊的优点，克服了它们的缺点，已广泛应用于制造和设备修复领域。

图4喷焊

喷焊工艺：为了保证喷焊的顺利实施和喷焊的质量，必须对喷焊表面进行彻底清洗，去除表面氧化物、油污等污垢；(2)喷焊表面清理干净后，立即预热(温度300 ~ 400)，除去表面水分，以提高喷层与基体表面的结合强度；(3)预热符合要求后，通电

喷焊的特点：由于喷焊层与基体之间形成了良好的冶金结合层，具有结合强度高、抗冲击性能好、耐磨(喷焊硬度HRC65)、耐腐蚀、耐热、抗氧化、外观镜面(磨削后表面粗糙度可达Ra0.4 m)，因此喷焊不仅可用于修复失效零件，还可用于装饰新零件，强化其表面性能，使新零件获得更好的性能。

1.8冷熔焊修复

冷焊，又称保护熔丝的焊接修复和类激光焊接，是一种表面缺陷的修复技术。利用电容器的脉冲电能，瞬间释放高温热量(1600)，将特定的金属焊接材料与工件基材熔合。冷焊修复如图5所示。冷焊由冷焊设备完成，包括脉冲电源、钎焊手柄和焊接材料。冷焊是一种新兴的焊接修复技术，已广泛应用于设备维修领域，具有广阔的发展前景。

图5冷熔焊修补

冷焊工艺流程：为了顺利实施冷焊，保证焊补质量，必须对焊接表面进行彻底清理，去除表面氧化物和油污，同时对焊接表面的凹坑、凸起、裂纹等缺陷进行修整，去除毛刺并清理干净，以获得正确的几何形状和粗糙度；焊接表面清理干净后，用干净的布将表面擦干，使补焊后的焊补层与基体表面具有较高的结合强度；预热符合要求后，选择合适的焊皮和最佳焊接参数进行焊接；焊接后进行焊缝层处理和打磨，满足使用要求。

冷焊属于冶金结合，特点是结合牢固，致密，不易脱落。工件温升低，属于常温焊接修复。该基材不产生热变形，具有低应力、裂纹、孔隙、硬化和硬点。修复后的表面光滑平整，补焊精度高。不用加工就能满足使用要求。

1.9激光焊接修复

激光焊接的原理如图6所示。激光焊接作为近年来发展迅速的表面工程新技术，是一种高效精密的表面修复技术，它以激光束为能源，经光学元件引导，再经反射式聚焦元件聚焦投射到待焊表面，热量通过热传导向内部扩散，使母材表面与堆焊材料形成熔化冶金结合。为了消除或减少激光焊接的缺陷，近年来发展了许多新的复合焊接技术，如激光与电弧焊接、激光与等离子体、激光与感应热源、双激光束焊接、多激光束焊接等。特别是激光电弧焊，它克服了激光焊和电弧焊的缺点，吸收了它们的优点。

图6激光焊接原理

激光焊接工艺流程：首先对工件表面进行清洗，去除表面氧化物、油污等杂质，将激光照射在焊丝和工件表面，将光能转化为热能，工件表面的热量将继续通过热传导传递到材料深处，待焊工件将经历快速加热和冷却，从而使焊件与焊接材料熔合。

激光焊接不仅可以修复失效部分的尺寸，还可以强化失效部分，从而延长轴的使用寿命。焊接后工件温升很小，修复后的基体无变形、退火、残余应力、金属组织状态。它具有修复精度高、结合强度高、耐磨损的优点。同时，激光焊接采用数控技术，效率高。缺点是焊接位置必须非常精确，并且在激光束的聚焦范围内，导致能量转换效率低，维修成本高。

2修理技术的比较

结合上述失效轴类零件修复技术的特点，笔者对目前企业使用的各种修复方法进行了比较，如表1所示。

轴类零件的修复是针对现场损坏的旋转零件。在失效分析、寿命评估和经济效益分析的基础上，根据实际情况对损坏的轴零件进行改造和修复，使失效轴恢复原来的性能，甚至超过制造的新轴。轴类零件的失效修复是以废轴为毛坯，省去了重新投入生产的新毛坯。修复周期短，成本低，大大节约了用户的成本，符合国家发展循环经济和环保经济的要求，具有巨大的经济效益和社会效益。

来源：矿机之家

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