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1、设备维修工程学 零件失效与维护修复技术部分,欢 迎 学 习 WELCOME TO STUD,Science Of Plant Mainentence Engineering,第三部分 机械零件失效理论,一、机械零件失效分析概述 （一）机械零件失效含义 1.机件结束使用寿命的方式：失效、过时、一次性使用 2.失效基本定义：各种机械设备中的零件或构件（简称机件）失去期望的规定性能的状态即称为失效。,第三部分 机械零件失效理论,3.失效的现象与危害 1944、10，美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气储气库，圆形储罐1/2 高度处破裂起火，20分钟左右连锁倒塌爆炸，死128人，损失680万美元。 197
2、2、10，齐齐哈尔开往富拉尔基的公交车，在嫩江大桥越过小坑震 动，突然前车轴折断，客车坠入江中，28人死。 1979、5，我国一水电厂2#机组突然剧烈震动和声响，停机发现转轮 10个叶片全部脱落，叶片和轴碎成500多块，修复花费110万元，停机3年 多，少发电1.2亿度。 1984、12、3，印度博帕尔市的美国联合碳化物公司一工厂，管道泄 露，大量毒气排除，死375人，2000人重伤，50万居民中20人受毒气侵害， 2万人要治疗。最后要求赔偿150亿。 核电站泄露、化工原料泄露、气矿井喷等，危害极大,第三部分 机械零件失效理论,（二）失效分析概念 1.定义： 是指分析研究机件断裂、腐蚀、磨损及
3、变形等失效现象的特征及 规律并从中找出产生失效的主要原因的一门新的学科或失效分析技术。 2.目的与意义： *通过分析能找到原因及影响因素，拟定改进措施，防止重复发生； *为改进设计、制造、选材、装配、运行等提供依据，改善机件性 能与质量、安全可靠性等； *为安全分析、控制运行及安全运行提供资料和依据； *为新品开发、采用新技术、新工艺提供数据与依据； *为修复提供参考或选择修复工艺提供依据； *为公证、仲裁提供客观依据或证明。,第三部分 机械零件失效理论,3.失效分析的作用 使机械装备工程系统构成良性循环,产品设计,选材,冷、热加工,试验、检验,终端产品,运行,失效,失效分析,改进,反馈,修复
4、换件,第三部分 机械零件失效理论,（三）失效模式分析与统计分析 1.失效模式 是指导致机件失效的物理和或化学变化过程。 有内在（材料、性质）与外在因素（应力、环境、温度等）。 基本失效的形式：变形（弹性、塑性）、断裂、材质变化。,第三部分 机械零件失效理论,失效诱发因素,应力因素,大小,状态,方式,拉压剪单双三,各种受力形式组合,环境因素,温度,介质,常高低变冲,中腐氢液固真,各种环境条件组合,时间因素,各种诱发因素组合,第三部分 机械零件失效理论,2、失效分析模式 弹性变形、塑性变形、过载压痕损伤、 塑性断 裂、脆性断裂、疲劳、腐蚀、 磨损、蠕变、剥离、辐射损伤等 3.失效的统计分析 用统计
5、分析方法分析估计规定时间内某种已经 发生的失效是否再次出现失效的分析方法。 统计分析实际工作中十分重要的内容。,第三部分 机械零件失效理论,（四）、失效分析的基本程序 1.明确要求： *分析对象 *具体目的（质量反馈、劣质件鉴别、仲裁、修理） 2.调查研究 *查看（失效现场、文字资料、制造工艺、操作试验档案） *查询（运转状况、制造质量、人们意见、关联未失效件） 3.分析失效模式及一次失效件的确定 *分析破坏顺序 *失效源区 4.确定失效原因，采取措施 *针对不同失效模式确定不同措施，综合考虑各种可能原因,第三部分 机械零件失效理论,例如：机件失效模式为塑性断裂的可能原因有： *材料选择不当，
6、屈服强度偏低或设计安全系数太小 *热处理工艺不当或漏检； *出现异常情况或操作不当，设备超负荷运转等。 又例：疲劳断裂失效模式，可能原因： *选材不当，疲劳强度低； *设计不合理，应力集中严重； *工艺缺陷，机件表面有软点（如低强度焊逢、焊接热影 响区域、退火区域等） *材质欠佳，有气孔、夹杂等冶金缺陷； *表面加工粗糙度偏高，刀痕较深； *设备产生异常振动等。,第三部分 机械零件失效理论,二、失效分析的常用技术 1.分析样品的选取 (1)参体拼接、拍照，编号记录 （2）分析破坏的顺序 （3）选样 2.失效机件的感官检查及记录 （1）肉眼检查 （2）断口拍照与记录,第三部分 机械零件失效理论,
7、3.无损检验 （1）磁粉检验法：利用磁场找出铁磁性材料中 表面以及表面下的不连续性缺陷的位置、轮廓、形 状等。 （2）液体渗透检验法（着色法） （3）涡流检验法（电磁检验法）：通过检测仪 表上的指针偏转或波动显示缺陷或裂纹 （4）超声波检验法 （5）射线照相法：X射线法 （6）实用应力法：X射线衍射法、粘贴电阻应 变片法、光弹性涂层法,第三部分 机械零件失效理论,4.力学性能实验 （1）硬度试验 （2）拉伸实验 （3）冲击实验 5.断口的选择、保存和清理 注意保护断口（用布或棉花包扎保护），清洗时注意 清除灰尘、腐蚀物或污染物且不能歪曲断口形貌特征， 一般情况下尽量避免用水清洗，但遇到海水或灭
8、水剂断口 时，先用水清洗，然后用丙酮或酒精清洗，最后烘干保存 6.二次裂纹（新断口）的剖露,第三部分 机械零件失效理论,7.断口的宏观检验与分析 用肉眼、放大镜或体视显微镜观察。 包括：断口颜色、断口 花样、断口粗糙度、 断口的边沿情况、断口冶金缺陷 8.断口表面微观检验与分析 （1） 光学显微镜法：直接观察法、 复型金相法、 次生裂 纹观察（二次裂纹观察） （2）电子光学显微镜观察：投射电子显微镜、扫描电子显 微镜 （3）断裂途径与显微组织关系的观察 （4）断口产物的分析 （5）破损机制或类型的鉴别：通过微区元素分布相对浓度的大小来推 断元素的扩散状况、相以及异物的组成，确定断裂路径、局部开
9、 裂方向等。,第三部分 机械零件失效理论,9.化学元素分析 10.断裂力学应用 11.模拟实验 12.综合分析，完成失效分析报告，得出失效原因，提出改进措施 （1）失效机件的描述 （2）失效时的运行条件 （3）失效前的运行情况 （4）机件制造及处理过程 （5）失效机件材质冶金质量的评定 （6）各种物理、化学、力学试验 （7）失效的主要原因及影响因素 （8）预防措施及改进建议等,第三部分 机械零件失效理论,三、零件的磨损失效 参考教材（李新和 主编） P25-32 四、零件的断裂失效 参考教材（李新和 主编） P32-39,第三部分 机械零件失效理论,五、零件的腐蚀失效 参考教材（李新和 主编）
10、 P39-46 六、零件的畸变失效 参考教材（李新和 主编） P46-48,第四部分 机械维护与修复技术,本部分主要介绍内容 设备润滑与维护保养 机械修复法 维修焊接基础基本知识 维修热喷涂技术知识 电刷镀技术知识 粘接技术知识,第四部分 机械维护与修复技术,A、机械维护 一、润滑基础知识 参考教材（李新和 主编） P50-57,第四部分 机械维护与修复技术,二、润滑材料 参考教材（李新和 主编） P57-60,第四部分 机械维护与修复技术,三、润滑油、脂的选用 参考教材（李新和 主编） P60-61,第四部分 机械维护与修复技术,四、润滑方法与装置 参考教材（李新和 主编） P62-64,第
11、四部分 机械维护与修复技术,五、设备的保养 参考教材（李新和 主编） P64-65,第四部分 机械维护与修复技术,B、机械修复技术部分 机械修复是研究零件破坏形式、修复方法及修 后性能的综合学科。修复零件可以省时省费提精度 性能延寿命。 一、机械修复法 参考教材（李新和 主编） P107-111,第四部分 机械维护与修复技术,二、焊接技术 1.概述 （1）焊接技术研究基本主题：焊接材料、维修技术（实施方法） （2）基本焊接技术： 手工电弧堆焊、振动电弧堆焊、高频感应焊接、 火焰堆焊（O2C2H2）,第四部分 机械维护与修复技术,（3）维修焊接技术基础 *维修焊接的能源（热源）： 焊接电弧、等离
12、子弧、 O2C2H2 *修复层与基体金属的结合问题： 晶内结合、晶间结合、物理化学结合 *修复层形成过程中的物理化学反应 *焊接热源对焊接基体的影响： 金相组织、零件应力与变形 *零件修复后的使用性能情况： 修复层的抗磨损、抗腐蚀性能、 抗疲劳性能,第四部分 机械维护与修复技术,2.维修焊接方法基本介绍 （1）手工电弧焊接及堆焊方法 基本原理：利用在一定条件下，电荷通过两极间 气体空间导电现象，形成连续燃烧的电弧。 条件：两极间气体能连续产生带电粒子； 两极间加上足够高的电压，带电粒子在电 场作用下做定向运动。,第四部分 机械维护与修复技术,或,焊条,熔敷层,熔渣,手工电弧焊接示意图,阴极,阳
13、极,焊件,弧柱,第四部分 机械维护与修复技术,焊接时，焊接两极间的电场强度可达106V/cm空载时为5070V。 （2）手工焊接的设备： 电源（电弧焊机）、焊钳、辅助工具、量具 焊机有交流与直流两种。交流焊机电磁惯性小，动态特性要好些。 交流焊机实质上是一台弧焊变压（降压）器，结构简单、使用维修方 便、效率高、节能、节省材料等 手工焊机应当具有一定条件： *一定空载电压（保证可靠引燃与稳定燃烧） *电流电压特征应具有“下降外特性） *适当短路电流承载能力 *应方便调节焊接电流 *具有良好动态特性（电流、电压随负载变化保证引弧容易、电弧稳 定、飞溅小、焊缝成型好）,第四部分 机械维护与修复技术,
14、常见支流焊机型号：AX320、AX4300、AX 500、AP10009（多焊位） 硅整流焊机型号：ZXG300、ZXG400 比起一般直流焊机，硅整流直流焊机制造更简 单、节省材料、使用寿命长、噪音小、效率高 （3.）手工弧焊机的选择：,第四部分 机械维护与修复技术,（4）手工弧焊焊条： 焊缝是由焊条金属和被焊金属一起熔化冷却后形成 的 。焊条不但 影响电弧的稳定性，并且直接影响焊缝金属的化学成分和力学性能。 *焊条的组成焊条芯、药皮 焊条芯是金属丝，作用为充当电极，传递电流，与被焊接金属 之间形成电弧，同时参与形成焊缝，手工焊接时焊缝金属的 50%70%都是焊条芯形成的。焊条芯一般是结构钢
15、类的材质。 *焊条芯牌号为“H+ 数字”，焊条直径一般为1.66，长度一般 250450。 *焊条药皮一般包括矿物类物质、铁合金与金属粉、化工物质（水 玻璃、钛白粉、碳酸钾、碳酸钠等 ）、有机物（淀粉、糊精、木 屑等）；药皮作用为机械保护作用、冶金处理作用（脱氧、去有害 杂质、添加有益元素）、改善焊条焊接时的工艺性能、改善焊条制造工 艺性能。 焊条有酸性、碱性焊条之分。TiO、TiCaO、TiTe、FeO型属于酸性焊条，低HK、低HNa性焊条属于碱性焊条。,第四部分 机械维护与修复技术,*焊条分类与牌号 有十大类：J（结构钢焊条）、R（耐热钢焊条） 、W （低温钢焊条）、AG（不锈钢焊条）、
16、D（堆焊焊条）、Z（铸铁焊条）、Ni（镍及镍合金焊条）、T （铜及铜合金焊条）、L（铝及铝合金焊条）、TS（特殊 用途焊条） 焊条牌号编号随大类不同，具体数字代表的含义有所不 同。 常见牌号：J425X 42焊缝金属抗拉强度不低于420MPa 5纤维素型药皮、交直流 X立向下专用焊条 J507CuP 50焊缝金属抗拉强度不低于490MPa 7低氢纳型药皮、直流 CuP焊接铜磷钢，抗大气和耐海水腐蚀的特殊 用途,第四部分 机械维护与修复技术,*焊条直径的选择： 一般考虑以下几个因素：焊件厚度、焊缝空间 位置、堆焊层的厚度 *焊接电流的选择： 计算法确定焊接电流，经验公式：焊条直径*焊条直径系数。 焊条直径 （mm） 1.6 22.5 3.2 46 系数K （A ） 1
