1.概述
零部件再制造后的產(chǎn)品性能和質(zhì)量達(dá)到新品甚至超過(guò)新品，而成本一般只是新品的50％，節(jié)能60％，節(jié)材70％。此外，再制造是規(guī)模化的生產(chǎn)模式，它有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和產(chǎn)品的在線(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控，有利于降低成本，減少資源和能源消耗，減輕環(huán)境污染，能以最小的投資獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此零部件再制造必然會(huì)成為一個(gè)新的趨勢(shì)和產(chǎn)業(yè)。本文根據(jù)再制造零件的結(jié)構(gòu)和損傷性質(zhì)，恢復(fù)零件的尺寸和性能。制定合理的修復(fù)工藝方案，運(yùn)用先進(jìn)的清洗、修復(fù)、表面工程處理技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行修復(fù)，測(cè)試修復(fù)后“新品”的物理性能，并對(duì)其進(jìn)行金相組織分析，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)得出其質(zhì)量性能指標(biāo)，并在北京奧宇可鑫再制造技術(shù)研究院進(jìn)行了修復(fù)驗(yàn)證。
2.試驗(yàn)過(guò)程
機(jī)床導(dǎo)軌常采用HT250，QT300以及45鋼，其耐磨性好、摩擦系數(shù)小、尺寸性能穩(wěn)定。其常見(jiàn)磨損形式為粘著磨損型（大型機(jī)床的導(dǎo)軌缺油引起的大面積研傷），磨粒磨損型（機(jī)床的導(dǎo)軌受到工件或工具等物品高應(yīng)力的磕碰后，導(dǎo)軌的表面將出現(xiàn)凹坑，而凹坑的周?chē)瑫r(shí)會(huì)出現(xiàn)凸起或毛刺。如不及時(shí)修理，當(dāng)滑板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)，導(dǎo)軌上的凸起或毛刺，勢(shì)必將滑板研傷；切屑或型砂在垂直的壓力下，壓潰導(dǎo)軌或滑板表面，移動(dòng)時(shí)便將導(dǎo)軌或滑板研傷）和腐蝕磨損型（含腐蝕性成分的滴水潤(rùn)滑液晶劑、切削液等潤(rùn)滑和冷卻的導(dǎo)軌面會(huì)出現(xiàn)腐蝕磨損）。
預(yù)處理：
（1）機(jī)床導(dǎo)軌表面處理①清理導(dǎo)軌表面：去除導(dǎo)軌表面的灰塵、油污、銹蝕、殘?jiān)?。②除油處理：使用有機(jī)溶劑丙酮除去導(dǎo)軌表面油垢。③去除氧化膜、疲勞層：用角向磨光機(jī)打磨去導(dǎo)軌表面氧化層和疲勞層。④整形處理：尖角要打平，與基準(zhǔn)面過(guò)渡區(qū)要過(guò)渡平整，把磨損面整理成適于修復(fù)的形狀，筆尖放不下的溝槽可做適當(dāng)拓寬處理。
（2）常溫冷焊重熔設(shè)備的準(zhǔn)備、檢查①主機(jī)：確保通電良好，檢查保險(xiǎn)等。②正負(fù)極線(xiàn)的連接：確保正負(fù)極接線(xiàn)牢固，內(nèi)部銅導(dǎo)線(xiàn)無(wú)折斷；因其影響能量輸出，且導(dǎo)線(xiàn)、手柄易發(fā)熱。參數(shù)設(shè)置：輸入電壓：220V；功率消耗：≤600W；焊點(diǎn)電壓：3V；焊點(diǎn)電流：3000A；焊點(diǎn)溫度：800~2200℃；焊點(diǎn)直徑：約Ф1.2mm。③焊筆的準(zhǔn)備：尖干凈光滑，且有一定坡度。
（3）各種研磨、輔助工具的準(zhǔn)備①研磨工具的準(zhǔn)備：包括角向磨光機(jī)、電磨頭、筆式磨頭、油石、砂帶、金剛石銼等。②輔助工具的準(zhǔn)備：包括卡盤(pán)、支架、保護(hù)設(shè)施等。
（4）材料準(zhǔn)備焊補(bǔ)基體材料可以是鑄鐵及球墨鑄鐵、鑄鋼、合金鋼等。電極材料為直徑Ф4~Ф6mm的鉻鋯銅合金。本文選用HT250，QT300，45鋼。
（5）補(bǔ)材的準(zhǔn)備常用的有低碳鋼、高碳鋼、不銹鋼等，為了深入研究不同補(bǔ)片對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌修復(fù)產(chǎn)生的效果，本論文選用了低碳鋼、高碳鋼補(bǔ)片進(jìn)行修復(fù)。
修復(fù)工藝過(guò)程：①將正、負(fù)極線(xiàn)連接好，與主機(jī)連接牢固，負(fù)極接在導(dǎo)軌的非使用面上，且結(jié)合處干凈，無(wú)雜質(zhì)或銹蝕，如結(jié)合處有雜質(zhì)等，需先使用角向磨光機(jī)打磨出新鮮機(jī)體。②初步判斷基體材質(zhì)為黑色金屬，分別選擇低碳鋼、高碳鋼來(lái)修復(fù)該導(dǎo)軌。③將電極緊壓于補(bǔ)材上，再踩動(dòng)腳踏開(kāi)關(guān)。④焊筆與焊補(bǔ)面的夾角以45°至60°為宜，特殊情況再做改變。⑤在導(dǎo)軌損傷面上先焊幾點(diǎn)將補(bǔ)材固定住，再做連續(xù)焊補(bǔ)。⑥焊筆在補(bǔ)材上做滾動(dòng)焊補(bǔ)，焊點(diǎn)之間不準(zhǔn)隔開(kāi)或重疊，要做到點(diǎn)點(diǎn)相接，相互壓疊1/3~1/2，本著點(diǎn)動(dòng)成線(xiàn)、線(xiàn)動(dòng)成面、面動(dòng)成體的原理，耐心細(xì)致地點(diǎn)、線(xiàn)、面焊補(bǔ)。⑦一般焊筆尖接觸面積為1.0~1.2mm左右，焊頭太小，焊補(bǔ)效率低，焊頭太大，焊補(bǔ)強(qiáng)度低。因此在長(zhǎng)期焊補(bǔ)過(guò)程中需要隨時(shí)修磨焊筆頭。⑧出現(xiàn)閃點(diǎn)、打火現(xiàn)象，要及時(shí)補(bǔ)焊；打火后要及時(shí)補(bǔ)焊，因?yàn)榇蚧鸷髸?huì)留下凹坑，影響尺寸恢復(fù)，尤其是最后一層補(bǔ)片的焊補(bǔ)，出現(xiàn)打火現(xiàn)象要及時(shí)補(bǔ)焊，電極也要重新打磨光滑。⑨運(yùn)動(dòng)速度要適宜，太慢影響效率，太快閃點(diǎn)太多，影響焊補(bǔ)效果，要配合好頻率進(jìn)行焊補(bǔ)。修復(fù)示意如圖1所示。
圖2 修復(fù)前后對(duì)比
焊后處理：主要指研磨，找尺寸。
首先，面的研磨：平面研磨：粗磨可用角向磨光機(jī)打磨或?qū)⒂褪牌窖心?，，待接近?biāo)準(zhǔn)尺寸需要精磨時(shí)，用平尺或平板磨具墊砂帶研磨。其次，邊、棱的研磨：由焊補(bǔ)面向基準(zhǔn)面方向用力研磨，反之則不用力，研磨時(shí)配合相應(yīng)的測(cè)量工具研磨至需要尺寸。
使用冷焊技術(shù)恢復(fù)零件尺寸的案例還有汽輪機(jī)主軸軸頭劃傷（見(jiàn)圖3），空壓機(jī)螺旋轉(zhuǎn)子軸軸頭磨損（見(jiàn)圖4），小機(jī)上蓋氣蝕（見(jiàn)圖5），瑞士磨齒機(jī)導(dǎo)軌磨損修復(fù)（見(jiàn)圖6）。
圖3
圖4
圖5
圖6
3.試驗(yàn)分析
（1）補(bǔ)材結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定影響修復(fù)層與基體結(jié)合強(qiáng)度的因素是多種多樣的，如基體與補(bǔ)材的基本性質(zhì)、修復(fù)工藝以及修復(fù)后的加工工藝等。對(duì)焊補(bǔ)層采用銼削法，將試樣固定，在試件邊緣處，用銼刀由基體銼向表面修復(fù)層，銼刀與修復(fù)層面成約45°。銼削時(shí)，修復(fù)層表面發(fā)生磨損，但不應(yīng)產(chǎn)生成生揭起脫落。否則，結(jié)合力差。由于冷焊層補(bǔ)材與基體是冶金結(jié)合，檢測(cè)結(jié)果表明，銼削后，冷焊層在銼削過(guò)程中不會(huì)剝脫或者被揭起，滿(mǎn)足結(jié)合強(qiáng)度定性測(cè)量的要求。
（2）硬度檢測(cè)結(jié)果如表1~表3所示
采用洛氏硬度計(jì)對(duì)冷焊層和基體的硬度進(jìn)行檢測(cè)，表明冷焊修復(fù)層的硬度稍微高于基體的硬度，且修復(fù)層表面各點(diǎn)的硬度比較均勻，沒(méi)有出現(xiàn)硬點(diǎn)和局部硬化的情況，滿(mǎn)足零件尺寸恢復(fù)的硬度要求。
（3）金相分析總體來(lái)看，焊補(bǔ)處未見(jiàn)明顯分界線(xiàn)，無(wú)硬點(diǎn)、硬化現(xiàn)象，過(guò)渡區(qū)域微小，焊補(bǔ)點(diǎn)附近未見(jiàn)滲碳體的析出，焊補(bǔ)處金屬組織致密，補(bǔ)焊層與基體間的結(jié)合良好，有元素?cái)U(kuò)散現(xiàn)象，為冶金結(jié)合，其基體材料出現(xiàn)局部熔化特征。采用低碳鋼進(jìn)行修復(fù)后的焊補(bǔ)點(diǎn)比母材更致密，低碳鋼修復(fù)后出現(xiàn)少量的滲碳體，如圖8~圖11所示。
圖8
圖9
圖10
圖11
由于使用常溫冷焊重熔技術(shù)的過(guò)程中機(jī)體與補(bǔ)材熔化的時(shí)間和凝固的時(shí)間非常短，為奧氏體充分過(guò)冷轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的冷卻提供了條件，焊縫金屬的熱有95%用于熔化機(jī)體與補(bǔ)材，剩余熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)進(jìn)入周?chē)覆膹亩玫娇焖倮鋮s。于是在低碳鋼焊縫金屬中形成魏氏組織。高碳鋼補(bǔ)材全部為片狀的馬氏體組織。馬氏體顯著的特點(diǎn)為高硬度，高強(qiáng)度。因此用高碳鋼修復(fù)能夠提高表面的硬度，進(jìn)而改善耐磨性。
（4）外觀檢查用冷焊修復(fù)，放電時(shí)間與下一次放電間隔時(shí)間相比極短，由于等離子電弧產(chǎn)生的閃溫作用，焊補(bǔ)點(diǎn)處的補(bǔ)材與基材同時(shí)熔化。斷電后，電極繼續(xù)保持壓力，使熔核凝固并過(guò)渡到與基材金屬的接觸部位，兩種熔化后的液態(tài)金屬重新固化，因此焊層的熔接強(qiáng)度高。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，試樣熱影響區(qū)域小，不產(chǎn)生熱裂紋和殘余應(yīng)力，修復(fù)后表面幾乎不留痕跡，不會(huì)產(chǎn)生局部退火軟化現(xiàn)象。
4.結(jié)語(yǔ)
（1）修復(fù)后基體與補(bǔ)材之間為冶金結(jié)合，結(jié)合牢固、致密。修復(fù)后不需要重新熱處理，可直接用于銑、銼、磨等精加工而不會(huì)脫落。選擇不同材質(zhì)的補(bǔ)材進(jìn)行同材、異材焊補(bǔ)，以適應(yīng)不同性能的要求。修復(fù)后對(duì)其進(jìn)行了觀察和分析，改善了機(jī)體的性能。
（2）不僅零件尺寸恢復(fù)質(zhì)量達(dá)到要求，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。后期還要進(jìn)行零件表面質(zhì)量、尺寸精度、材質(zhì)質(zhì)量、使用要求性能(耐壓性、耐磨性、耐蝕性、耐氧化性、耐疲勞性)等檢驗(yàn)。使得零件尺寸恢復(fù)達(dá)到專(zhuān)業(yè)化、批量化、規(guī)范化的再制造標(biāo)準(zhǔn)要求。
作者簡(jiǎn)介：林宋等，北方工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院；彭興禮，北京奧宇可鑫表面技術(shù)有限公司。
