1、广州航海高等专科学校毕业设计（论文）题目：机电设备的先进修复技术与应用介绍系别：船舶工程学院专业：机电设备维修与管理班级：机电 091姓名：胡虎弟学号：2009203126指导教师：李昕日期：2012-5-20广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 2 页 共 19 页毕业设计（论文）任务书编号： GMC-2-017-02设计（论文）题目机电设备的先进修复技术与应用介绍 完成时间2012 年 2 月 20 日至 5 月 20日设计者（作者） 胡虎弟 指导教师 李昕毕业设计（论文）任务（主要包括设计或论文要点、字数、图纸数、 设计或论文要求）：统一要求：1、论文应结合所学知识，内容应具有先进性和
2、创造性，主体突出，立论有据，层次分明，条理清晰。2、论文字数一般不少于 4000 字，不多于 8000 字(含图)，采用打字稿（A4 纸） ，标点符号正确，文字符合“简化字总表” 。3、附图（表）应简明、清晰，图中法定计量单位用符号标出。4、按规范列出主要参考资料。5、要求同类题目，每位学生研究侧重点不同。 6、按时完成设计任务，按时回校答辩（5 月 15 日前交论文，5 月 26 日答辩） 。具体要求：简述机电设备修复技术的发展概况及发展趋势，详细介绍机电设备的先进修复技术及其应用。可附图说明，并对研究工作进行归纳和总结，提出进一步研究的见解和建议。指导教师填写签名：2012 年 1 月 1
3、2 日二级学院系主任/教研室主任意见：是二级学院系主任/教研室主任签名：年 月 日备注：注：一式三份，设计者（作者） 、指导教师、教研室各一份广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 3 页 共 19 页毕业设计（论文）指导意见表编号：GMC-2-017-08设计(论文)题目 机电设备的先进修复技术与应用介绍完成日期 2012.5.20设计者(作者 )胡虎弟指导教师李昕第一次指导意见学生签名：年 月 日第二次指导意见学生签名：年 月 日第三次指导意见学生签名：年 月 日注：此表最终与毕业设计说明书或毕业设计（论文）一起装订成册。广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 4 页 共 19 页答辩委员
4、会（小组）成员姓名 职务 工作单位 备注答辩现场主要提问及回答情况记录：答辩委员会代表（签字）：年 月 日毕业设计（论文）（设计）成绩评分表广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 5 页 共 19 页专业： 机电设备维修与管理 班级： 机电 091 姓名： 胡虎弟 编号：GMC-2-017-07项目 评价内容 满分 得分1、选题的合理性，对专业教学要求的符合性 102、出勤情况、表现和态度 83、调研及相关资料的收集和综合能力 64、按期完成论文进度的情况 65、论文达到规定基本要求的情况 10指导成绩（40%）指导教师签名： 年 月 日6、论点的正确性和创新性 107、论据的充分性（资料的综
5、合分析及应用能力） 108、论文的逻辑性和条理性 89、理论联系实际的情况 610、文字表达的规范性 6评阅成绩（40%）评阅教师签名： 年 月 日11、观点和思路的陈述情况 812、回答问题的正确性 12答辩成绩（20%）答辩组成员签名： 年 月 日毕业设计（论文）成绩： 统计人签名： 年 月 日答辩现场主要提问及回答情况记录记录人签名：年 月 日注：百分制与五级分制对应关系：不及格 60；60及格70；70中等80；80良好90；优秀90。摘要广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 6 页 共 19 页本文介绍了热喷涂、焊接、电镀的定义、特点及原理，然后着重介绍了这三种技术的新技术原理及其
6、应用；热喷涂方面的新技术有冷喷涂技术和热喷涂- 激光复合技术，而焊接和电镀就只介绍了激光焊接技术和脉冲电镀技术。本文介绍的几种常见的机械修复技术的新技术，目的是让更多的人了解修复技术在工业中的重要性，从而推动更多的人从事机械修复技术的研发与应用。关键词：机械修复技术 热喷涂 焊接 激光 脉冲电镀目录广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 7 页 共 19 页绪论 .81. 热喷涂修复法 91.1.热喷涂的定义和分类 91.2.热喷涂技术的特点 101.3.先进热喷涂修复技术及其应用 102. 焊接修复法 122.1 焊接技术的定义与分类 122.2 焊接技术优点 132.3 新的焊接技术 激光
7、焊接技术的研究与应用 133 电镀修复法 .143.1 电镀修复技术的定义 143.2 电镀的基本原理 153.3 先进的电镀技术及其应用 脉冲电镀 .15结论 .17致谢 .18参考文献 .19绪论机 电 设 备 在 使 用 过 程 中 ， 由 于 其 零 件 会 逐 渐 产 生 磨 损 、 变 形 、 断 裂 、 损 坏广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 8 页 共 19 页等 失 效 形 式 ， 故 设 备 的 精 度 、 性 能 和 生 产 率 就 要 下 降 ， 这 会 导 致 设 备 发 生 故 障 、事 故 甚 至 报 废 ， 因 而 需 要 及 时 进 行 维 护 和 修
8、理 。 在 修 复 性 维 修 中 ， 一 切 措 施 都是 为 了 以 最 短 的 时 间 、 最 少 的 费 用 来 有 效 地 消 除 故 障 ， 以 提 高 设 备 的 有 效 利 用率 。热 喷 涂 修 复 、 焊 接 、 电 镀 修 复 技 术 是 机 械 修 复 技 术 中 的 三 种 重 要 技 术 。 本文 着 重 对 这 三 种 修 复 技 术 的 新 方 法 进 行 了 介 绍 ， 使 人 们 可 以 认 识 到 这 些 新 的 修复 技 术 ， 并 在 此 基 础 上 不 断 发 展 和 进 步 。1. 热喷涂修复法1.1.热喷涂的定义、分类热喷涂是指采用氧乙炔火焰、电
9、弧、等离子弧、爆炸波等提供不同热源的喷广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 9 页 共 19 页涂装置，产生高温高压焰流或超音速焰流，将要制成涂层的材料如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料，瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的零部件表面形成涂层的一种表面加工方法。我们把特殊的工作表面叫 “涂层” ，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂” ，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。热喷涂技术按所用热源不同，可分为氧乙炔火焰喷涂与喷焊、电弧喷涂、等离子喷涂与喷焊、激 光 喷 涂 、 爆炸喷涂和高频感应喷涂等多种方法。1.2.热喷涂技术的特点1. 适用材
10、料广，喷涂材料广。喷涂和基体的材料可以是金属、合金，也可以是非金属。2. 涂层的厚度不受严格控制，可以从几十微米到几十毫米。而且涂层组织多孔，易存油，润滑性和耐磨性都较好。3. 喷涂时工件表面温度低，不会引起零件变形和金相组织改变。4. 可赋予零件以某些特殊的表面性能，达到节约贵重金属、提高产品质量、满足多种工程技术和高新技术的需要。5. 设备不复杂，工艺简单，可在现场作业。6. 对失效的零件修复的成本低、周期短、生产效率高。1.3.先进热喷涂修复技术及其应用1.冷喷涂技术冷喷原理是在不使喷涂材料熔融的前提下加热到约 100 800 的温度, 并通过高速气流喷涂粒子以超过临界速度的状态撞击基体
11、表面时产生的塑性变形而形成涂层的。冷喷过程中, 氮气、氦气或它们的混合物通过拉瓦尔喷嘴被加速到超音速, 喷涂材料以粉末形式注入气流并喷向基体, 喷涂粒子超过一定速度( 即该材料的临界速度)就可在冲击过程中产生结合牢固的致密性涂层。冷喷工艺需要更高的气压( 1.5 3.5MPa), 粒子速度可达 1 000 m /s 以上。冷喷涂具有以下特点：喷涂加热温度较低, 颗粒基本上没有氧化、烧损和晶粒长大现象, 适用于纳米晶、非广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 10 页 共 19 页晶等对温度敏感材料和 Cu, Ti 和 Ta 等对氧化敏感材料；涂层对基体的热影响小, 使涂层与基体之间的热应力减小
12、, 涂层之间的残余应力小且主要为压应力, 有利于获得较厚的涂层；涂层致密, 沉积率高。在冷喷设备方面, CGT 公司早期开发的 Kinetic-3 000 型计算机控制冷喷涂系统, 已在国际上得到认可。2006 年 CGT 公司又推出了改进的 Kinetic - 4 000型冷喷涂系统, 该系统一方面可以实现送粉气体的预热, 提高粒子的温度与变形能力, 从而进一步提高涂层质量, 提高生产效率; 另一方面可实现难冷喷涂材料(如金属陶瓷) 的涂层制备。此外, 美国 inovati 公司也推出了动能金属化系统( KM CDS 系列), 也可以达到较好的效果。目前有关冷喷涂方面的研究颇多。研究表明,冷
13、喷涂可以实现包括金属Al，Zn, Cu, Ni，Ca, Ti，Ag, Co, Fe, Nb 合金 M Cr Al Y 合金, 高熔点 Mo, Ta 以及高硬度的金属陶瓷 Cr5C2- 25Ni Cr, WC -21Co 等涂层的制备, 可沉积涂层的材料包括大部分金属涂层、金属陶瓷涂层、有机涂层、可以实现用异种材料制备的复合涂层或合金涂层以及纳米材料涂层等, 并且可以在金属、陶瓷或玻璃等基体表面上形成涂层。利用冷喷涂技术制备的高纯铜涂层已被用于一级火箭发动机集束管, 锌铝涂层已被应用于汽车底盘的防腐蚀。此外, 冷喷涂技术还应用于生产汽车和飞机用的新型韧性涂层, 在梯度涂层中连接异种金属, 制造小
14、型涂层复合件以及进行低温涂覆等; 还可将冷喷涂的涂层用于汽车尾气排气管的防护, 解决了原来采用热喷涂技术所引起排气管的疲劳断裂问题, 提高了其使用寿命;也可将冷喷涂的高性能导电涂层用于电子工业。俄罗斯的冷喷涂已经在电器、机械制造和汽车行业应用, 并在西伯利亚钢铁厂建立了钢管内表面防腐涂层( Al,Zn)的自动生产线, 可以处理管径在 65 mm 以上, 长度在 6 000mm 以内的钢管。但是, 由于冷喷工艺特点, 对粉末粒径( 比一般热喷涂粉末粒径小) 要求比较高, 而且涂层的生产效率比较低, 且因喷距短( 一般为 30-50 mm) , 对形状复杂的部件制备性能优良的涂层仍较困难, 所以目
15、前冷喷的应用还受到限制。2. 热喷涂- 激光复合技术热喷涂的工艺特点决定了涂层中存在孔隙、甚至未熔颗粒和裂纹等缺陷, 此外涂层与基体的结合机理主要为机械咬合, 涂层的结合强度较低。为解决上述问题,近年来研究者采用激光技术对基体表面进行处理和对涂层进行后处理, 可以广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 11 页 共 19 页获得致密和结合强度较高的涂层。并且有时为获得涂层表面特殊的精细结构, 需要对涂层表面进行激光处理。基于激光技术的发展, 目前热喷涂研究者将激光技术应用于热喷涂的前处理中, 国际上称之为 PROTAL 工艺, 如图 1.1 所示。在沉积涂层之前, 采用激光对基体表面进行表面处
16、理, 可以提高粒子在表面的润湿效果, 从而获得较高结合强度的涂层。广州有色金属研究院在热喷涂涂层激光后处理方面开展了相关工作。重点以铜合金作为基体, 研究了热喷涂态涂层经激光处理后的基本结构和性能。图 1.2 为 Cr Zr Cu 合金基体上采用低压等离子喷涂获得厚度为 2 mm 的 W 涂层表面部分经激光重熔的结果。图中可知 , 喷涂态 W 涂层的孔隙率大约为 5% 左右, 而涂层上表面经激光处理可以获得几乎无孔隙的 W 涂层。广州有色金属研究院在热喷涂 Ti Ni 涂层的激光合金化方面也开展了相关的研究工作, 。在涂层的精细加工方面, 目前应用最为成功的是对等离子喷涂 Cr2O3 涂层进行
17、激光雕刻, 获得所需要的网纹结构, 作为印刷网纹辊。这项复合技术由于网孔均匀、线数高的网数和使用寿命长而替代电镀硬铬网纹辊。图 1.1 PROTAL 工艺示意图图 1.2 涂层部分经激光处理后剖面形貌广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 12 页 共 19 页2. 焊接修复法2.1 焊接技术的定义与分类焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。金 属 的 焊 接 ， 按 其 工 艺 过 程 的 特 点 分 有 熔 焊 、 压 焊 和 钎 焊 三 大 类 。 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件
18、接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 2.2 焊接技术的优点节省了金属材料，减轻结构重量，且经济效益好。 （焊接结构比铆接结构重量可减轻 15%20%，比铸件轻 30%40
19、%，比锻件轻 30%） 。简化了加工与装配的工序，生产周期短，生产效率高。结构强度高，接头密封性好，为结构设计提高较大的灵活性。焊接过程易实现机械化和自动化。2.3 新的焊接技术 激光焊接技术的研究与应用1.激光焊接技术的研究哈尔滨焊接研究所在 20 世纪 90 年代中期，引进了德国公司的固体激光器，重点开展了基于神经网络的激光焊接参数对焊缝形状(主要是焊缝熔深)的预测研广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 13 页 共 19 页究，该方面的研究既可以根据不同的激光焊接参数预测焊缝熔深，同时又可以根据不同的熔深给出有效的激光焊接参数，这对试验研究和生产具有重要的指导意义。为了监测激光深熔焊接
20、过程中的小孔稳定性，哈尔滨焊接研究所率先在国内开展了激光焊接过程同轴视觉传感技术的研究。激光焊接过程同轴视觉传感系统不仅可以实现小孔状态的监测和研究，还可以基于对小孔形态的监测实现焊缝熔深的检测和工件焊透与否的检测。焊缝熔深的检测值和实验值比较表明，工件未焊透时焊缝熔深的检测误差一般不超过 12；而在工件焊透后焊缝熔深的检测值则明显大于工件厚度。因此，基于工件焊透后焊缝熔深的检测值和工件厚度的比较可以检测工件焊透的情况。图 2.1 为采用碳钢材料，激光功率 1200W，焊接速度 18mmin，激光焦距位于工件表面上时采集到的小孔同轴视觉图像。图 2.1 小孔同轴视觉图像 2激光焊接技术的应用激
21、光焊接技术应用在民用制造领域主要是车辆制造业，主要应用的产品有汽车变速箱组合齿轮焊接、变速箱齿轮与轴的焊接、轿车用汽车转向器助力油缸的焊接以及高级轿车车灯支架的焊接等。其中轿车用汽车转向器助力油缸的焊缝形式为马鞍形焊缝；高级轿车车灯支架的焊缝形式为空间三维曲线焊缝。3 电镀修复法3.1 电镀修复技术的定义电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 14 页 共 19 页浓度不变。电镀的目的是在基
22、材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。3.2 电镀的基本原理电镀是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程.电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶液中作为阴极，金属板作为阳极，接直流电源后，在零件上沉积出所需的镀层。如图 3.1 所示：图 3.13.3 先进的电镀技术及其应用 脉冲电镀1.脉冲电镀脉冲电镀是一项新的电镀技术。它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程中的影响。在直流电镀时，镀液中被镀出的金属离子在阴极表面附近溶液中逐渐被消耗造成
23、了该处被镀金属离子与溶液中该离子的浓度出现差别。这种差别随着使用的电流密度增高而加大。当阴极附近液层中的该离子的浓度降到 0 时，就达到了所谓的极限电流密度，传质过程完全受扩散控制。在脉冲电镀时，由于有关断时间的存在，被消耗的金属离子利用这段时间扩散、补充到阴极附近，当下一个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度得以恢复故可以使用较高的电流密度。因此，脉冲电镀时的传质过程与直流电镀时的传质过程的差异，造成了峰值电流可以高于平均电流，促使晶种形成的速度远远高于晶体长大的速度，使镀层结晶细化，排列紧密。孔隙广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 15 页 共 19 页减小，电阻率低。此外，直流电镀
24、时的连续阴极极化电位下的各种物质，在阴极表面的吸脱附过程与脉冲条件下的间断高阴极极化电位下的吸脱附过程的机理有很大差异造成了同样的溶液配方及添加剂在电源波形不同时表现的作用差别也很大。2.脉冲电源脉冲电源分为数字脉冲电源和模拟脉冲电源。所谓数字脉冲电源，是采用微处理器及数字电路对脉冲电源中的直流截波进行控制，并实现数字显示与数字调节的电源。它是当今最为先进的电镀电源由于与计算机技术相结合，使其控制更加方便和灵活。目前是电镀电源发展的方向。数字脉冲电镀实质上是一种通、断直流电镀。所不同的是数字脉冲电镀有三个独立的参数(脉冲平均电流密度 I、导通时间及关断时间)可调；而一般直流电镀只有一个参数(电
25、流或电压)可调。因此，采用数字脉冲电镀就为槽外控制镀层提供了有力的手段。大量的实践证实，数字脉冲电镀是一项既能提高镀层质量，又能提高沉积速率的经济效益很高的电镀新技术。3.镀层含量与脉冲频率的关系频率越低，峰值电流越大，即在脉冲宽度的时间内就会使靠近阴极处的金属离子急剧减少。由于在较短的时间内，基质金属的沉积速度较快，输送到阴极并嵌入镀层中的速度赶不上基质金属的沉积速度。因此，为了提高镀层质量和效率，可以根据不同的镀层金属溶液，对脉冲电源的频率和脉宽进行适当调整。实现对峰值电流的改变。4.脉冲电镀的应用脉冲电镀自大容量智能化脉冲电源开发成功并批量生产以来不仅在电子电镀领域而且在装饰性电镀领域得
26、到了广泛应用。脉冲电镀技术应用于铬的质量分数为 18 、镍的质量分数为 8 的 Cr-NiFe 三元合金镀层，使它具有更高的硬度和更好的耐蚀性；脉冲电镀也用于Ni、PYFE 复合镀层，采用调制脉冲电流得到的复合膜耐磨性和硬度比其他方法得到的复合膜性能更好；脉冲的电镀对于硅太阳能电池电极镀银也有作用，发现用双脉冲电镀的方法可以使得电极线的中心镀层厚度垂直增长，这对提高太阳能的利用率很有好处；脉冲电镀的镀层也应用在干摩擦抗腐蚀液中，它的耐磨损性广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 16 页 共 19 页比其他方法有较大提高，尤其梯形波脉冲镀层的耐磨性能最好，镀态和经过热处理的镀层晶粒均为纳米晶。
27、脉冲电镀另一个重要的应用是用来印制电路板，脉冲电镀工艺方法解决了深孔或深盲孔电镀铜问题，推动电路板制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速的发展。结论针对当前机械修复技术的发展, 本文重点介绍了冷喷涂技术、热喷涂- 激光复合技术、激光焊接技术和脉冲电镀技术。这对人们了解当今机械修复技术及其新技术发展会有一定帮助。同时也希望将这些知识更好地应用到实际产品的制造修复中，从而解决机械产品修复的技术难题。目前这些技术工艺已较为成熟，通广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 17 页 共 19 页过不断的改进，相信能使机械修复更加有效，更加符合人们的需要。致谢通过这一阶段时间的努力，我的毕业论文机电
28、设备的先进修复技术与应用介绍终于完成了，这也意味着我三年的大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 18 页 共 19 页在本论文的写作过程中，我的导师李昕老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的生活的开始。我将铭记我曾是广州航海高等专科学校的一名学子，在今后的工作中把大学的优良传统发扬光大。同时再一次感谢各位老师的指导。参考文献1. 吴先文. 机电设备维修技术 机械工业出版社 2009.1 2. 周克崧.新型热喷涂及其复合技术的进展 广州有色金属研究院 2009.10广州航海高等专科学校毕业设计（论文）第 19 页 共 19 页3. 王旭友.激光及激光+电弧复合热源焊接技术的研究与应用 哈尔滨焊接研究所 2007.044. 唐永刚. 焊接方法与设备 清华大学出版社 20055. 王叶萍. 焊接加工工艺的设计要点 新技术新工艺 20056.黄子勋. 电镀理论 中国农业机械出版社 1982.107.百度文库、百度百科
