動力機械與維修

(維修部分)

shipmachineserviceandfixingtechnology

緒論introduction

一、船機維修與安裝工藝學定義：

研究船舶機械(主機mainengine、輔機auxiliaryengine(machine)鍋爐

boiler＞軸系shafting、舵系ruddering和螺旋槳propeller)的損傷規律和修

復過程及安裝過程的科學叫船機維修與安裝工藝學。

二、特點：

1、涉及學科廣：

2、實踐性強：

三、內容：

1、船舶機械零件的損傷及其基本修復方法；

2、船舶機械拆驗(disassembleexamine)和主要件修理；

3、船舶主機、軸系、舵系的安裝(fix)和試車(trial(test)run)o

第一篇船機零件(part)的損傷damage(harm;injure汲其基本修復方法

第一一章船機故障breakdown(fault;trouble)與維修service

§1—1現代維修概念contemporary(modem)serviceconcept(notion;idea)及

我國的修船制度repairshipinstitutiono

一、現代維修概念

1、維修的定義：

維修又叫修理，是指保持或恢復產品的規定功能所采取的技術措施。也可解

釋為“使產品保持在或恢復到規定設計狀態所需的全部活動”。

2、維修的分類serviceclassify：

1)預防維修prevent(precaution)service：

(1)預防維修：預防發生故障和失效而有計劃的進行的維修。

(2)失效：因為某種原因使機件失去應有的功能時稱為失效。

2)故障維修faultservice：

故障維修：故障發生后進行的維修。

2、現代預防維修方式contemporarypreventserviceform：

1)事后維修方式aftertheeventserviceform：

事后維修也稱故障維修，它不控制維修時期，機件發生故障造成停機之后才

進行修理。

2）定時維修方式fixed-timeservicefonn：

定時維修又稱為時間預防維修方式，它是以時間作為維修期限。只要設備使

用到預先規定的時間，不管其技術狀態如何，都要進行規定的維修工作，這是早

期實行的一種帶強制性的預防維修方式。

3）視情維修方式seeconditionserviceform：

視情維修又稱為按需要預防維修方式，這種維修方式是根據設備實際情況來

確定維修時機。

二、修船制度therepairshipinstitution:

1、1965年以前（原六機部，現中國船舶工業總公司的）“艦船修理暫行條例:

1）類別：塢修小修中修大修

dockrepairsmallrepairmiddlerepairheavyrepair

(overhaul)

2)時間間隔：1年1年4年12年

3）費用：10-12萬25-30萬>60萬100~200

萬

4）修理天數：國內9（7）天1月內3?6月1年或1

年以上。

國外4天

5）工程量：尾軸，螺旋槳，1/3所有工程量全部修理包括改裝，

提高性能，

密封裝置，海更新設備

等。

底閥等。

每次修理后船檢部門對本船修理的時間，性能等都有記載。主要是4機1爐,

救生設備，通訊設備，滅火設備等，壞者必修。

開出修理單人員：

1）輪機部motorshipenginedepartment：大管輪chiefmateengineer；

2）駕駛部pilotdepartment：大副chiefmate（包括船體）；

3）電器部electricalequipmentdepartment：電機員electricalengineer。

2、1965年以后（交通部制定的）“修船規定”：

1）航修shippingrepair：營中發生影響船舶航行而船員難以自修的故障（必

須進廠修理）。

2）小修smallrepair：結合塢修和保持船級的“年度檢驗”的定期修理（海船

1一2年一次）。

3）檢修examineandrepair：在2—3次小修后，技術狀況變壞，結合船檢局

的“定期檢驗”進行的較為全面的檢驗和修理。

三、修船制度（長江、內河適用）

為使修船制度，修船技術政策的改革工作，繼續健康的進行，修改后的規定如

下：

1、為使改革工作做得更好，各單位在安排船舶修理計劃時，要按“確保、

維持、待報廢”的分類區別對待，對確保類船舶要認真進行技術摸底排隊，對船

體，四機一爐（油輪貨油泵）影響安全航行的問題，要分期分批的修好，通過計

劃修船，要保證技術狀況和船舶完好率。

2、維持船舶，如艙口貨駁，為滿足生產需要，又針對技術狀況較差的實際,

對駁船換板面積的比例作了修改，這是當前所造駁船接替上的過渡措施，確無修

理價值者，仍應報廢或改變用途。各管船單位要認真、慎重的進行處理，做到既

保證運力，又不造成浪費。

3、修改后的六條規定如下：

1）修船間隔期：

機動船按主機運轉一萬小時左右安排一次小修，兩次小修后，安排一次中修。

港作、交通等輔助船，運行三年不滿一萬小時，仍安排一次小修。駁船小修間隔

期一般3?4年，艙口貨駁3年。

2）機動船一般不進行更機、更爐、更殼，也不安排大修，如有特殊需要，

必須作出技術論證，報管理局或交通部批準。

3）駁船一般不安排中修，如確有必要，又有價值進行中修的，須報管理局

審批。

4）維持使用的機動船舶，不再安排中修，只安排小修或維持性修理。待報

廢的船舶，只安排維持性或單項針對性的修理，作短期的使用。

（-）修理類別及范圍

1、航修是船舶在營運中發生影響安全航行的?般修理工程和一般事故修理,

航修應利用航次在港停泊時間，由航修站，維修點協助進行，如遇站，點不能解

決的工程，船廠應協助解決。必要時隨船搶修，盡可能不影響船舶進行生產。

此外，對機、海損事故，需要進行塢修的船舶，工廠（站）應積極組織力量,

突擊搶修，以確保及時修復投入生產。

2、小修是按主機運轉小時結合“年度檢驗”進行的廠修工程。小修的目的

是消除在營運中產生的過度磨耗。經過修理，應保證船舶到下次計劃修理的安全

運轉。對船體、主、輔機、鍋爐、軸系、舵系裝置、海底閥及工程船舶專用設備

等進行的重點檢查和修理，進行原有設備的調整、研磨、更換零部件和清潔保養

等工作。

小修不得對生活設施及設備進行添置改建。

對推廣已鑒定合格的技術革新項目，可以列入年度計劃，工廠應在規定修期

內如期完成。

小修一般和塢、排修同時進行。

工程船舶、挖泥船、泥駁、石駁必要時每年可進行一次塢修檢查。

小修基本工程范圍：

1）鍋爐內部清洗、檢修附件、修換部分爐管，小牽條，鉀釘和焊補裂縫。

2）柴油主機前、后齒輪箱、離合器、減速箱、鼓風機、增壓器拆裝校正，

修換零部件。無特殊情況，主機曲軸不出艙（250hp以下的柴油機除外）。

3）輔機、電器、管系等進行一般檢查和修換部件，但不改裝移位。

4）工程船專用設備進行檢查、修換挖泥工具、泥泵、絞機與易損部件。

3、中修是按主機運轉小時結合“定期檢驗”進行的廠修工程。主要對船體、

機爐設備進行全面檢查，重點修復在小修時不能解決的較大缺陷，通過修理，技

術狀況應達到一、二類的要求。

按船舶維修技術政策規定：維持類船舶一般不得安排中修。

中修基本工程范圍：

1）“定期檢驗”規定的拆裝工程。

2）主機更換部件、輔機必要時可以整臺更機。

3）鍋爐爐膽及燃燒室局部挖補并按檢驗規程規定限期進行水壓試驗。

4）中修時一般不得對生活設施進行添裝改建，對生產上有顯著效果、工程

量不大的改進項目，經管理局批準，可以結合中修進行。

5）工程船的專用設備應進行全面檢查：允許更換部分挖泥、起重等主要部

件及專用電器設備。

（二）修理計劃及修理文件

1、修船計劃分為年度、季度、月度三種。

2、修理文件是編制修理計劃的原始資料，分為年度修船主要工程摘要單和

修理單。

凡修理的船舶，都應在修理年度前的五月一日前，將年度主要工程摘要單報

主管機務部門審核，主管機務部門于六月一日前將審核后的主要工程摘要單送承

修廠。

修理單：小修船舶應在進廠前60天、中修應在進廠前80天報主管機務部門

審核，主管機務部門于六月一日前將審核后的修理單相應在小修40天、中修60

天以前送承修廠。

（三）交修、施工、檢查和驗收

（四）修船質量的考核和保證

（五）修船期的考核和保證

（六）船員自修范圍

三、船舶維修保養體系（CWBT）

船舶維修保養體系（CWBT）是以我國傳統的船舶維修管理方式為基礎，

吸收國外先進的管理經驗形成的一種適合我國情況的現代化船舶維修管理模式。

CWBT是我國“五七”期間交通部重點科研課題，由上海遠洋運輸公司和

上海海運局共同研制，并作為“五七”期間國家重點推廣的新技術。

§1—2故障breakdown（trouble;fault;failure（失效））

一、故障的基本概念

任何產品（無論整機還是零部件），凡不能完成其規定功能或其性能指標惡化

至規定指標外的一切現象均稱作故障。對不可修復的產品則稱為失效。

二、故障的分類

1、按對船舶航行影響分類

1）不停航的局部故障：

因為故障導致設備喪失部分功能，但船舶仍可繼續航行。

如更換主機某缸的噴油泵。

2）船舶短期停航的重大故障：

由于嚴重的故障使船機設備功能部分喪失，必須停航爭取短期內船員自修采

用更換備件等措施排除故障。

這種故障均可在船舶營運條件下由船員自修解決。停航時間：貨船不應超過

6h,客船不應超過2h。如噴油設備損壞，活塞環折斷，氣缸蓋裂紋，軸系、舵

系故障等。

3）長時間停航的重大故障：

異常嚴重的故障使船機設備功能喪失，造成船舶喪失航行能力，必須進廠長

時間的修理。

如螺旋槳槳葉折斷及船體破洞，曲軸折斷，尾軸折斷等故障導致船舶喪失主

要功能，進廠修理。

2、按故障演變過程分類

1）漸進性故障：

由于零件的磨損使機械或設備的性能逐漸變壞而發生的故障。

這類故障可以測量檢查來預測和防止故障的發生。如活塞環、氣缸磨損，軸承

磨損，管系腐蝕穿孔。

2）突發性故障：

因為外界隨機因素或材料內部的潛在缺陷造成的突然發生的故障。事先無法預

知。

如螺旋槳槳葉折斷，主機突然停車等。

3）波及性故障：

因為某種故障而產生的故障，又稱二次故障。

如船擱淺一機座變形一曲軸彎曲。或連桿螺栓折斷一連桿，氣缸套，活塞甚至

機體等損壞。

3、按故障的原因分類

1）結構性故障：

因為設計不當出現的結構上的缺陷而引起的故障。

如園角太小一應力集中一疲勞斷裂；冷卻水道過窄一缸蓋產生裂紋。

2）工藝性故障：

制造、安裝及維修工藝上的問題導致的故障。

如軸系安裝不良一軸承發熱；曲軸RJ-裂紋；曲軸R處鍍上C「一裂紋。

3）磨損性故障：

正常情況下長期工作由于零件磨損產生的故障。

如磨損一間隙TT性能

4）管理性故障：

違反操作規程或管理不當造成的故障。

如起動后立即開高速，高負荷-拉缸；軸承油壓過低或中斷一軸承合金熔化。

4、按故障的嚴重性及后果分類

1）致命故障：

是指危及或導致人身傷亡，引起主要總成報廢或造成重大經濟損失的故障。

2）嚴重故障：

是指嚴重影響產品正常使用，或者規定的重要指標惡化至規定范圍以外必需

停機修理，修理費用較高，在較短的有效時間內無法排除的故障，即需要更換外

部重要零部件或拆開機體更換內部零部件的故障。

3）一般故障：

明顯影響產品正常使用，修理費用中等，在短期的有效時間內可以排除的故障,

即需要更換或修理產品外部零件的故障。

4）輕度故障：

輕度影響產品正常使用，暫時不會導致工作中斷，修理費用低廉的故障，即在

日常保養中能用隨機工具輕易排除的故障。

5、按故障的后果對機械工作能力的影響分類

1）完全性故障：

由于故障導致機器喪失主要功能，工作完全中斷。

2）局部性故障：

由于故障導致機器喪失部分功能，但還能夠繼續使用。

6、按故障發生的時期分類

1）早期故障：

2）使用期故障：

3）老化期故障：

三、故障的規律

1>浴盆曲線bathtubcurve（見圖1—1）：

按故障出現的時期分為：早期故障期；偶然故障期和耗損故障期。

1）早期故障期earlystagebreakdownstage

jan>wysEMLmixo

（1）特點：開始故障率高，隨工作時間延長而下降。

（2）原因：設計，制造，安裝問題所致。

（3）解決方法：跑合，調整間隙，使樂小而趨于穩定。

2）偶然故障期（隨機故障期）accidentalbreakdownperiod

（1）特點：故障率低而穩定，使用時間長（機械進入正常使用階段）。

（2）原因：設計，制造中潛在缺陷；操作管理不當（不能預測）。

（3）解決方法：設法延長II期，它是產品的主要使用期，也是可靠性指標的

主要評估期。

2）耗損故障期wastebreakdownperiod

（1）特點：故障率隨工作時間延長而上升，維修費用3工作效果

（2）原因：磨損間隙3疲勞、腐蝕等引起。設備中某些零件已老化，耗損

衰竭了，失效率不斷上升了。

（3）解決方法：III期到來之前進行檢修。可使故障期推遲到來。

2、其它的故障規律曲線（見圖1—2）（并非所有產品的規律）

A(?)

圖1.2故障率曲線

四、故障模式、故障機理及故障分布

1＞機械產品：磨損、腐蝕、疲勞、斷裂等均為故障模式。

2、電器產品：短路、漏電等均為故障模式。

第二章摩擦、磨損rub^wear

§2-1摩擦的基本理論

一、固體的表面特性

1、表面形貌

表面形貌也就是微觀粗糙度和宏觀粗糙度（即波紋度）。如圖2—1所示，P

?)b)

圖2-1表面形般的綱成

a）;堆表面形蛻:b）：雉表面微觀幾何特性

1-波紋度2粗縊度;3-宏觀幾何形狀偏理；1波紋度波距;粗檢度波距；”一波及度波高；

小粗糙度波高;△-形狀誤差

?①-1-3?M〃?3.皿4L*27rti如1止注出估古芋且：SM陽J11布f瓶

2、金屬的晶體結構

金屬在固態下都是晶體，即由原子有規則的排列。如圖2—2所示，P8o

圖二2g"晶體中鐵冰子排列示?圖

a）原子堆砌模型;b）由I格;e）品的

-I>-rTTZanXt.IH-,￡/.?At-z.VlYnShttJ*lClul-bl.jj54

金屬元素中，約有90%以上的金屬晶格屬于以下三種晶格形式：

體心立方晶格，如圖2—3所示。面心立方晶格，如圖2—4所示。

密排六方晶格，如圖2—5所示。

圖2.3體心立方品格

?JTXfchl：>iFEHWt1fch喙目七皿n&11-HI

圖2T面心立方品格

k化jMttinAH、〃川1aB■人皿HULJCUig

R92-5密排六方品珞

3、表面能

表面中全部分子所具有的額外勢能的總和叫做表面能。它是內能的一種形式。

4、表面膜

1）物理吸附膜：

當氣體或液體與固體表面接觸時，由于分子或原子相互吸引的作用力而產生的

吸附叫做物理吸附。這種吸附所形成的膜叫物理吸附膜。

2）化學吸附膜：

由于極性分子的有價電子與基體表面的電子發生交換而產生的化學的結合

力，使極性分子定向排列，吸附在金屬的表面上所形成的吸附膜叫做化學吸附膜。

3）化學反應膜：

由于潤滑油中的硫、磷、氯等元素與金屬表面進行化學反應，二者之間的價

電子相互交換，而形成一種新的化合物膜層叫做化學反應膜。

4）氧化膜：

表面氧化形成具有化學吸附性質的反應膜。除金以外氧對所有金屬都能形成

化學吸附反應生成氧化膜。

污柒層

限用氣體信

氧化只

□

—金屬蜃林

圖2.7金屬表層結構示意圖

二、固體表面的接觸（如圖2—8,P10）

1、名義（兒何）接觸面積An：

JV

圖2-9粗椅接觸衣面面積

它是兩接觸固體兒何界面的邊界所確定的面積。如圖2—9,PIOo

An=axb,An與所加載荷無關。

2、輪廓接觸面積Ap：

它是物理接觸表面被壓皺部分的面積。如圖2—9,Pi。中虛線范圍內面積的

綜和。Ap的大小與表面所承受的載荷有關。

3、真實接觸面積Ar：

在輪廓接觸面積內，各真實接觸部分微小面積之和叫真實接觸面積，如圖2

一9中虛線內黑點的各個面積之和，它只是名義（兒何）接觸面積的兒百分之一

到幾萬分之一。

三、摩擦理論rubtheory

1、摩擦的概念

1）定義：

當兩個相互接觸的物體，在外力作用下產生相對運動或具有相對運動趨勢時,

在表面之間將產生阻止其發生相對運動或具有相對運動趨勢的作用，這種現象稱

為摩擦。而這種阻止發生相對運動或相對運動趨勢的力稱為摩擦力。

2）摩擦的種類：

（1）按摩擦副表面的潤滑狀態分

①干摩擦dryrub：兩摩擦表面間即無潤滑油又無濕氣的摩擦。常指名義上無

潤滑的摩擦。如剎車帶與軸之間的摩擦、火車車輪與鐵軌的摩擦、紡織機械上的

摩擦。

②邊界摩擦boundary（border）yub：兩摩擦表面間存在一層極薄的潤滑油膜

（O.Wm）,其摩擦和磨損并不取決于潤滑劑的粘度，而取決于兩摩擦表面的特性

和潤滑劑的特性的摩擦。如齒輪輪齒表面間的摩擦即為邊界摩擦。

③液體摩擦liquidrub：具有體積特性的流體層隔開的兩固體相對運動時的摩

擦，既流體粘性引起的摩擦。因為摩擦發生在流體內部，所以磨損最小。如正常

運轉的曲軸與滑動軸承之間的摩擦。

④半干摩擦semi-dryrub：指同時存在著邊界摩擦和干摩擦時的摩擦。如發動

機工作時，氣缸上部和活塞環（特別是上死點時第i道活塞環附近）之間的摩擦。

⑤半液體摩擦semi-liquidrub：指同時存在著邊界摩擦和液體摩擦時的摩擦。

（2）按摩擦副的運動形式分

①滑動摩擦：當相互接觸表面相對滑動（或具有相對滑動的趨勢）時叫滑動

摩擦。

②滾動摩擦：物體在力矩作用下沿著接觸表面滾動時的摩擦。

（3）按摩擦副的材質分

①金屬材料的摩擦：摩擦副由金屬材料組成的摩擦。如鋼、鑄鐵及有色金屬

等。

②非金屬材料的摩擦：摩擦副由非金屬材料組成的摩擦。如高聚合物、與金屬

材料配對時。

（4）按摩擦副的工況條件分

①一般工況的摩擦：即常見的工況（速度、壓力、溫度）下的摩擦。

②特殊工況下的摩擦：指在高速、高溫、高壓、低溫、真空等特殊工況下的

摩擦。

2、古典摩擦定理

1）摩擦力的大小與作用于摩擦面的法向載荷成正比，即摩擦系數為常數。

2）摩擦力的大小與表觀接觸面積無關，既同一材料的物體不論其大小如何,

其摩擦系數相同。

3）靜摩擦力大于動摩擦力。亦靜摩擦系數C大于動摩擦系數fd。

4）摩擦力與滑動速度無關。

§2-2磨損原理及減少磨損的途徑

一、概述

1、磨損wear（andtear）：相互接觸的物體在相對運動時，表層材料不斷發生

損耗的過程或者產生殘余變形的現象。

2、磨損量的表示方法：

1）線磨損：它是以摩擦表面法向尺寸的減少量來計量的，用Ah表示。也可

用線磨損率KL來表示，即滑動單位路程L摩擦表面法向尺寸的減少量。

KL=△h/L

2）體積磨損：它是以單位面積上的減少量來計量的，用AV表示。也可用

體積磨損率K、，來表示，即單位面積AN內滑動單位路程L表面物質體積的減少量。

Kv=AV/ANL

3）質量磨損量：它是以單位面積內表面物質質量的損失來計量的，用AW

表示。也可用質量的磨損率Kw來表示，即單位面積AN內滑動單位路程L表面物

質質量的損失量。

Kw=AW/ANL

4）比磨損率：單位載荷P作用下，滑動單位路程L所磨去的體積或質量。

Wv=AV/PL或W\=AW/PL

二、磨損類型

1、粘著（結）磨損coherewear

1）定義：摩擦副相對運動時，由于固相焊合，接觸點表面的材料由一個表

面轉移到另一表面的現象稱粘著磨損。

2）過程：微凸體接觸一滑動一塑性變形一剪切一表面膜破壞一溫升一軟化

和熔化一粘著一繼續滑動一剪斷一金屬轉移一形成新的粘著點一……

3）粘著磨損影響因素：

（1）材料特性的影響：

a、摩擦副材料的互溶性：互溶性t,磨損t,反之相反

b>多項金屬與單項金屬：多項金屬粘著傾向I,磨損Io

c、晶體結構：六方晶體較面心立方或體心立方晶體結構的金屬，fl,磨損

IO

d、材料的硬度：硬度t,磨損I。

e、摩擦副配對：金屬一非金屬，磨損I0

f、脆性材料與塑性材料：脆性材料磨損Io

（2）壓力的影響：Wt,磨損1,Wt到臨界值后，粘著磨損tto

（3）溫度的影響：tt,粘著磨損。

a、摩擦副表面材料的性能改變：

tt,硬度I,粘著傾向t,磨損t。

ttf,相變，熔化，粘著傾向3磨損t。

b、化合物薄膜生成：11,氧化薄生成3磨損I。

C、潤滑劑性能改變：tt,油膜變稀，氧化或燃燒，油膜破壞，磨損t0

d、滑動速度：圖2-10P12V3磨損t。

v=v臨時，磨損最利害。

V>v臨時，粘著磨損I0

滑動速位V新荷W

a）b）

圖2-1。潛揭聯與滑動速發和載荷的關系

。）滑動速度—荷W

2、磨料（粒）磨損abrasivewear

1）定義：在摩擦過程中，因硬顆粒或硬的凸出物，沖刷摩擦表面而引起材

料脫落的現象稱磨料（粒）磨損。

2）過程：

（1）磨料對摩擦表面進行微量切削過程。

（2）磨料作用使摩擦表面受交變接觸應力和變形，使表面疲勞破壞。

（3）對塑性較大的材料，磨料（粒）在力的作用下，壓入表面而產生壓痕,

從表面層上擠壓出剝落物。

3）磨料（粒）磨損的影響因素

（1）材料硬度：材料硬度3磨損］。

圖廢粒怏度對金屬磨損的影響:

為

（3）磨料（粒）粒度：磨料（粒）粒度t,磨損f。

3、疲勞磨損fatigued（tired）wear

1）定義：兩接觸表面作滾動或滾動滑動復合運動摩擦時，因周期性載荷作

用下，使表面產生變形和應力，從而使材料導致裂紋和分離出微片或顆粒的磨損

稱疲勞磨損。

2）疲勞磨損的過程：

（1）裂紋起源于摩擦表面：

特點：磨屑呈片狀，斷口顏色較暗。

（2）裂紋起源于次表面：

純滾動時，最大剪切應力作用于距表面約0.768b（b為接觸半徑）的深度處。

若此處材料強度低或有缺陷，將會首先產生塑變，經過一定循環之后，產生疲勞

裂紋，裂紋沿著最大剪切應力的方向或夾雜物的分布走向發展，直致表面形成材

料脫落。

特點：裂紋擴展緩慢，斷口較亮。

（3）裂紋起源于硬化層和心部過渡區：

經表面強化處理（滲碳、淬火）的零件，其接觸疲勞裂紋起源于表面硬化層

和心部交界過渡區。

特點：裂紋發展一般先平行于表面，經過擴展一段后再垂直或傾斜于接觸表

面向外發展。先是小麻點剝落，然后很快大塊剝落，這類的剝落深度一般較大。

3）影響因素：

（1）材料因素：

a、冶金質量：質量3缺陷少，疲勞源I,疲勞磨損I0

b、組織結構狀態：未溶碳化物的尺寸大，分布不均，疲勞磨損to

c、硬度：硬度3疲勞磨損I0

（2）表面粗糙度：表面粗糙度I,抗疲勞磨損性能t,疲勞磨損I0

（3）殘余應力：表面殘余壓應力，疲勞磨損!o

表面殘余拉應力，疲勞磨損to

（4）潤滑油：粘度3疲勞磨損I。

4、腐蝕磨損corrodewear：

1）定義：在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質發生化學或電化學反應，產生

物質損失，稱腐蝕磨損。

2）腐蝕磨損類型：

（1）氧化磨損：在摩擦過程中，金屬與空氣中的氧或潤滑油中的氧起反應

生成氧化膜時的磨損。

（2）特殊介質的腐蝕磨損：在摩擦過程中，金屬與酸、堿、鹽等特殊介質

起化學腐蝕作用時的磨損。

（3）穴蝕：固體相在氣蝕狀態的液體運動下而產生的表面破壞。

3）腐蝕磨損過程：與周圍介質發生化學反應一生成腐蝕產物-摩擦脫落一

露出新鮮機體一生成腐蝕產物T摩擦脫落一……

4）影響因素：

（1）氧化膜硬度H。與機體金屬硬度Hm的比值：

a、當H0>Hm時，磨損f。

b、當H°^Hm時，載荷小時，磨損I。

載荷大時，磨損t。

c、當H。與Hm都高時，磨損I。

（2）氧化膜的性質：（指與基體結合強度）

脆性氧化膜與基體結合強度I,易磨掉。如鋁氧化膜。

韌性氧化膜與基體結合強度3不易磨掉。如鋼氧化膜。

（3）滑動速度：

滑動速度3氧化磨損I（如圖2—10中a）所示）。

（4）接觸壓力（如圖2—10中b）所示）：

當Pt,氧化磨損3

當P=P（）時，氧化磨損最大。后減小，再增加（Po為某一值）。

當P>臨界壓力后，轉為粘著磨損，且磨損急劇t。

（P<Po時,主要成分為Fe。；P>Po時,主要成分為FeO,Fe2（）3和Fes。m）

5、微動磨損smallmovewear（slightvibrationwear）：

1）定義：兩接觸表面由于受相對低振幅振蕩運動而產生的磨損稱微動磨損。

2）微動磨損的發生過程：接觸壓力一使摩擦副表面的凸起部分發生塑性變

形和粘著。小振幅振動一使粘著點剪切脫落f露出基體金屬表面一這些脫落顆粒

及新表面又與大氣中的氧反應，生成以三氧化二鐵（FC2C）3）為主的氧化物；磨屑

呈紅褐色，如有潤滑油則流出紅褐色膠體。這些氧化物不易排出，故在摩擦面起

著磨料磨損的作用。如此循環不止。若振動應力很大時，微動磨損處能形成表面

應力源，由疲勞裂紋發展引起完全的破壞（斷裂）。

3）影響因素：

a、載荷（w）的影響：

Wt,微動磨損toW超過臨界值后，微動磨損|。

b、相對濕度：濕度t,微動磨損Io

c、振幅：振幅t,微動磨損tO

d、潤滑劑：一般情況影響不大，但有潤滑劑，微動磨損Io

e、材料性能：材料的硬度3微動磨損Io

三、減少磨損的途經

1、結構設計方面

要求結構合理，保證零件的強度、剛度，防止應力集中，有良好的冷卻方式

和潤滑方式等。

2、摩擦副材料的選擇

選擇磨合性好，耐磨，fI,熱膨脹系數小，耐熱性好，高溫耐磨性好等。

配對時注意避免同種金屬配對，不選擇純金屬，而選擇合金或異種金屬配對。

3、加工、裝配工藝方面

加工、裝配工藝合理，并且要保證質量。

4、表面處理方面

1）冷作硬化工藝：冷壓光工藝等。

2）表面淬火和化學處理工藝：火焰淬火，高頻淬火，滲碳淬火，氣體軟氮

化，滲硫，滲硼等。

3）表面復蓋工藝：推焊，噴涂，噴焊，電鍍等。

5、冷卻、潤滑方面：

選擇合理的冷卻、潤滑方式和冷卻劑、潤滑劑。

6、使用管理方面：

避免違章作業，注意維護保養。如機器一起動就開高速，滿負荷運轉或在高

速，滿負荷運轉中一下就停車，油溫、水溫過高或過低也不及時處理等等。

第三章無損探傷notdamageflawdetection

§3—1磁粉探傷magneticpowder（force）flawdetection

一、磁粉探傷的原理和特點

1、原理：

將鐵磁性工件置于磁場中被磁化，如果工件的表面或近表面存在有缺陷（氣

孔、裂紋、夾雜、疏松等）時，磁力線在此處會發生偏散現象，一部分磁力線繞

過缺陷暴露在空氣中，產生漏磁現象，這種漏磁就在工件表面形成一對N,S極

的局部磁場，如果撒上磁鐵粉，局部磁場的磁極便吸附磁鐵粉而顯示缺陷的位置,

形狀和大小。如圖3-1P5

圖磁粉探傷原理圖

I-零件;2-缺陷：3出力線；

4-電阻鐵;5?汨班;6?磁飲扮

2、特點：

1）磁粉探傷只適用于鐵磁性工件（鐵、鉆、銀及其合金）；

2）磁粉探傷只能檢查出工件的表面及近表面存在的缺陷；

3）磁粉探傷只能檢查出與磁力線垂直或成一定角度的缺陷。

二、磁化方法

1、縱向磁化：

是指工件磁化后，所產生的磁力線方向與工件的軸線方向（或纖維方向）一直

的磁化方法。如圖3—2所示。

圖3.2弧向威化示意圖

1-零件;2-鐵施

2、周向磁化：

是指工件磁化后，所產生的磁力線方向是圓周方向或與工件軸線方向垂直的

磁化方法。如圖3—3所示。

圖3.3周向磁化示意圖

3、綜合磁化：

縱向磁化和周向磁化同時存在稱為綜合磁化。

綜合磁化時，周向磁化一般用交流電，縱向磁化一般用直流電。一般固定式

磁力探傷機都可以分別進行縱向磁化，周向磁化和綜合磁化。如圖3—5所示。

圖3.5好合磁化小悉圖

1?零件;2?維緣休

三、磁粉探傷的磁化電流

1、磁化電流的種類：

1）交流電：有集膚效應，可探離表面1?1.5mm；

2）直流電：無有集膚效應，可探離表面3?4mm；

為確保安全，一般用低壓（24伏）大電流。

2、磁化方式：

1）連續式：在探傷過程中，一直通以電流；

2）沖擊式：以大電流在短時間內將工件磁化，斷電后利用剩磁探傷。又稱

剩磁式。適用于剩磁性強的材料和大的工件。

3、磁化電流的大小：

周向磁化電流的選擇見表3—1,縱向磁化電流一般為周向磁化電流的

70?85虬電流大小選擇合適方能得出可靠的結果，過大或過小均不能得出正確的

結果。

周向磁化電流的選擇表3

—1

規范名適用工件通電方式電流強度（A）

稱以1柱板形

形

較嚴規高速運動、彎曲沖擊、沖擊(25-30)D20S

范交變負荷及其它高負荷零連續(10~15)D10S

件

較寬規其它零件沖擊(20-25)D15S

范連續(6-10)D7S

注：1、表中D為圓柱形零件直徑，mm；S為與電流方向垂直的板形零件寬

度，mm；

2、縱向磁化電流一般為周向磁化電流的70-85%o

四、磁粉探傷應注意的問題

1、工件的外形：

直徑均勻的長軸應分段磁化，?.?兩端比中間的磁感應大得多；外形不整齊，

不規則的工件，如曲軸，磁化時磁力線分布不均，也應分段磁化，如圖3-4所示。

圖3T曲軸總部樵化檢在小意圖

I屋一器;2M軸

2、磁粉質量：

應選擇顆粒均勻(直徑約為0.2?lum左右)，顏色明顯的黃褐色的四氧化三

鐵(Fe304),雜質少。

3、零件的裝夾：

裝夾接線牢固，用非工作面，墊以鉛塊，以免燒傷接觸表面。

4、退磁：

對不再熱處理的工件應退磁。

§3—2熒光探傷fluorescenceflawdetection(fluoresce-

ntlight)

一、熒光探傷的原理及特點

1、熒光探傷的原理：

就是利用水銀石英燈所發出的紫外線來激發發光物質，使發光物質產生一種

熒光，而借助這種熒光檢查出工件的缺陷。

法?|可僅￡%%以1%葉?誣

支’.—

//咪7

口

匕1?13-8熒光探傷法示氐圖

I1-紫外線光以;2-透過紫外線和

%中止可見光的濁光片；3-紫外

2、熒光探傷的特點：

1）適用于表面裂紋，而且只能檢查與零件表面相通的缺陷;

2）不僅適用于金屬，也適用于非金屬；

3）靈敏度高，可發現1阿大小的裂紋。

二、熒光探傷的步驟

1、被檢查零件的清洗：

清除被檢查零件表面的污垢和油跡。一般用四氯化碳水溶液清洗；

2、零件表面涂熒光液：

在零件表面涂上一層很薄的熒光液，擱置一段時間，使熒光液充分滲透到零

件表面的缺陷中；

3、去除零件表面的熒光液：

用乳化劑涂于零件表面，再用細小的流水沖洗干凈零件表面的乳化劑，并用

布擦干凈；

4、涂顯像劑：

在零件表面涂上一層顯像劑，由于顯像劑有吸附作用，它會把滲入零件缺陷

中的熒光液吸附在顯像劑表面；

5、在水銀石英燈下觀察：

打開水銀石英燈，待15min左右，等水銀石英燈點穩定后，將零件置于燈光

下，由于熒光液在紫外線的激發下會發出熒光，便可在零件表面的缺陷處出現強

烈的熒光。我們可以根據熒光的形狀、位置及大小來判斷零件的缺陷。

三、熒光物質和顯象劑的選擇

1、熒光物質的選擇：

1）發光性好；

2）滲透性強；

3）要容易被洗凈。

一般為油類（煤油，礦物油）+熒光物質組成。

表3—2為兒種常用的液體熒光劑。

液體熒光物質發光情況表3—2

熒光物質成分發光顏色發光波長最大波段(nm)

煤油淺藍色400~240

礦物油淺藍色400-240

航空油25%、石油25%、變壓器油50%淺藍色/

航空油25%、石油25%、煤油50%淺藍色約450

變壓器油或高級機油與煤油比為1:2或1:3,再加鮮明天藍色約500

上魚油5%

變壓器油或高級機油與煤油比為1:3,再加上魚玫瑰色約600

油5%、蔥油5%

2、顯像劑的選擇：

1)有良好的吸附能力：

2)容易被洗凈，對工件無腐蝕作用；

3)非熒光物質；

4)對人體無害。

一般使用氧化鎂粉(MgO),碳酸鎂粉(MgC03)粉，石英粉等。以MgO粉最為普

遍。

§3-3超聲波探傷ultrasonic(supersonic)waveflawdetection

一、超聲波探傷的原理、特點及方法

1、什么是超聲波：

人耳不能聽聞的聲波稱為超聲波。人能聽聞的聲波為20(16)?2萬Hz,高于2

萬Hz的聲波稱為超聲波，低于2萬Hz的聲波稱為次聲波。

2、超聲波產生的方法：

機械法，熱學法，電動力法，磁致伸縮法和壓電法等。

壓電效應：在某些晶體(如石英、鈦酸鋼、錯鈦酸鉛等)的電軸方向加上交

變電壓，在交變電壓的作用下，晶體會發生拉仰和壓縮變形，即發生機械振動而

產生超聲波；當晶體在外來機械力的作用下而發生拉伸和壓縮變形時，晶體表面

產生異號電荷，在電軸方向形成交變電壓，這種現象叫壓電效應。由此可見壓電

效應是可逆的。由于這種壓電效應造成了機械能和電能的相互轉換，為超生波探

傷提供了可能。

3、超聲波探傷的原理：

超聲波通過兩種介質的接觸面時，要發生折射和反射現象，我們利用這種現象

來發現工件的內部的缺陷。如圖3—9所示。

匕圖3-9超聲波探明m地圖

H1始波T;2-缺陷波F；3-底波8；4熒光

冊5超聲波;&帙陷;7-零杵身探頭

4、超聲波探傷的特點：

1）可檢查金屬和非金屬材料；

2）可探零件的內部缺陷

注：a、儀器的盲區：在使用某一種超聲波探傷儀探傷時，臨近探傷我面的」

段距離內如有缺陷，其反射波和始波無法分辯出來，因此無法判斷其有無缺陷，

故此距離稱為該儀器的盲區。

但是，使用產生表面波的探頭，可以探測零件表面的缺陷，克服了縱、橫波

探傷所難以發現表面缺陷的缺點。表面波探傷時只能發現沿工表面一個波長深度

范圍內的表面缺陷。

b、儀器的分辯率：在使用某?種超聲波探傷儀探傷時，對零件內部相鄰近兩

個缺陷的區分能力稱為該儀器的分辯率。

3）速度快，穿透力強（5?5000mm）,靈敏度高，效果好。

4）設備輕巧，操作方便，成本低，對人體無害。

5、超聲波探傷的方法：

穿透法，共振法及脈沖反射法。常用脈沖反射法。現代超聲波探已逐步向顯

像法及自動化方向發展。

二、超聲波探傷結果的分析判斷

1、缺陷性質的分析判斷：

所謂缺陷性質即工件的缺陷是屬于裂紋、夾渣、氣泡還是疏松等等。

1）據缺陷反射波型式判斷：

a，，八,?,u

由于工件內部的各種缺陷其形成原因、性質、形狀、大小等不同，超聲波反

射的波幅高度、波的形狀、波的分布及反射波的次數等也不同。因此可以根據熒

光屏上的波形來判斷。有裂紋波、氣孔波、夾渣缺陷波、白點缺陷波等等。如圖

3—10所示。

2）根據被探工件材料的性質及加工工藝判斷：

如鑄件：氣孔、砂眼、夾渣、疏松等較多。

鍛件：裂紋、夾渣、折疊｛隔層｝、白點等。

焊接件：未焊透、夾渣、氣孔、裂紋、白點等。

3）根據缺陷存在的位置判斷：

如裂紋大部分發生在工件的表面和應力集中的位置；疏松、縮孔多在鑄件的

澆冒口處等。總之要綜合上面的幾種情況才能正確確定缺陷的性質，光靠熒光屏

上的波形的區別不是太明顯的，也容易導致錯誤。

2、缺陷位置的判斷

1）幾何刻度法：

ljW3-11電子刻度缺陷

,定位爾森困

2）電子刻度法：如圖3—11所示。

3、缺陷大小的判斷

1）試塊比較法：

2）半波高度法：如圖3—12所示。

圖3?12半波而度法判斷缺陷大小

3）脈沖消失法（全波消失法）：如圖3—13所示。

L=d/2+x

x=atg0

M=Q—2L=Q—2（d〃+atgO）

式中：M—實際缺陷的尺寸，mm；

Q—兩探頭中心尺寸，mm；

L—晶片半徑的尺寸與x之和，mm；

a—缺陷埋藏深度，mm；

。一半擴散角，°o

三、頻率選擇

1、在同一材料中，頻率越高，超聲波衰減越大，.?.工件厚度越大，選擇頻

率越低。厚度越小，頻率越高；

2、同一頻率，材料晶粒越粗，超聲波衰減越大，同時易產生晶粒反射波。

，對晶粒粗和組織不致密的材.料，選擇頻率應低。反之，選擇頻率應高。如鑄鐵,

fI；鋼，fto

3、頻率高，波長短，發現小缺陷的能力強即探傷靈敏度高，...需要探測的

缺陷越小，選擇頻率應高越。反之相反。

綜上所述，選擇頻率的原則為：既要考慮穿透能力，又要考慮發現缺陷的能力,

還要考慮工件所需發現缺陷的大小。，在超聲波衰減不大的情況下，頻率盡可能

選擇高些。不同類型的工件選擇的頻率不同。一般選擇如下：

鑄鐵件：0.5?1兆赫(MC,百萬兆赫)鋼件：2?5兆赫

鋁及其合金：3?10兆赫銅合金：1?3兆赫

非金屬：20千赫?1兆赫

§3-4其它各種無損探傷方法

一、射線探傷ray(radioactivity)flawdetection

1、原理：

射線探傷是利用各種物質對射線的吸收或射線對各種物質的衰減作用不同的

原理來實現的。如圖3—14所示。

圖3.14射線探傷庫理示意圖

WI.射緩源；2?限止射線回柒體的光閩；

攵3-射找束;4■零件;5?軟片;&落在軟片-

■各處的射線強度

U

?—?**?4?A-.Bd-h

2、射線探傷的特點：

適用于內部探傷，能檢查金屬和非金屬，靈敏度高；缺陷位置，形狀，大小

均可在軟片上直接看出；穿透力強(可穿透300mm鋼材)。但操作復雜，對人體

有害。

二、聽響法hear(listen)sound(noise)method

1、原理：

是根據敲擊工件發出的聲音輕脆或沙啞來判斷工件有無缺陷的。

2、特點：

方法簡單，可靠性取決于檢查者的實踐經驗；適用于小而薄的工件，如軸瓦

等。但難以確定缺陷的類型、性質、位置、大小。

三、滲油探傷和顏色探傷seepoilflawdetectionandcolorflawdetection

1、滲油探傷seep（ooze）oil（sat;grease）flawdetection

工件表面涂煤油一擦干表面一涂上一層白粉一適當加熱f滲進裂紋中的煤油

被吸附在白粉上一顯現出缺陷。

特點：適用于金屬或非金屬的與表面相通的表面裂紋；操作方便；方法簡單;

不要任何設備。但靈敏度低。

2、顏色探傷color（putcoloron）flawdetection

顏色探傷是在滲油探傷的基礎上發展起來的。

1）特點：簡單、迅速、可靠、靈敏度高、可探寬度為1um以上的裂紋。

2）藥品：

（1）洗滌劑、（2）紅色滲透劑、（3）顯像劑。

3）操作工藝：

清洗：噴洗滌劑洗凈工件表面f擦干凈。

著色：噴紅色滲透劑，等15mm左右一噴洗滌劑，洗凈工件表面的紅色滲透

劑一擦干凈。

顯像：噴顯像劑一顯現出裂紋。

4）注意事項：有毒，易燃，應于通風良好的地方操作，不可近火，保存于

40℃以下的地方。

四、各種探傷方法的綜合應用

所謂各種探傷方法的綜合應用就是合理地利用各種探傷方法的特點，相互配

合，取長補短，達到較好地對工件質量進行全面檢查的目的。

第四章機械加工修復法machiningrepair（restore;renovate）method

§4—1修理尺寸法和尺寸選配法repairsizemethodandsizeselectmatch

method

一、修理尺寸法repairsizemethod

所謂修理尺寸法是將零件的損傷工作表面進行機械加工，消除損傷缺陷，使

零件的原始尺寸改變為另一尺寸——修理尺寸。以恢復它們的正確幾何形狀。

要求與被修理零件相配合的零件，亦必需具有響應的修理尺寸，使得它們之間的

配合性質符合規定。

修理尺寸的確定方法：

1、從最小加工余量出發：

修理尺寸等于實際測得的尺寸減去（或加上）為消除損傷缺陷所需要的最小加

工余量。

1）軸：d軸=（1原—61-6z

式中：d軸一軸修理后的直徑，mm；

d原一軸磨損后，修理前測得的最小直徑，mm；

61、82.分別為軸的單邊加工余量，mm；一般MW62mm。

2）孔：D、孔=D原+8i+62

式中：D孔一孔修理后的