冷焊技术在发动机再制造中的应用试验研究

摘要

再制造是一种能保护生态环境且经济和社会效益显著的绿色制造技术，由于再制造过程只是对原有零部件的修复，成本是新产品的50％，而且可节能60％，节约材料70％以上。再制造已成为国家节约能源、缓解资源及环境危机、促进循环经济的重要组成部分。
　　 冷焊技术是修复发动机零部件磨损、划痕以及磕碰损伤的关键技术，具有经济、便捷、精密、热影响区小等优点，已成为发动机再制造中非常重要的修复工艺。如何在保证修复效率的前提下，减少修复缺陷，保持良好的修复结合力，减小热影响区和残余应力，以及获得较好的硬度特性，是目前制约行业应用的瓶颈问题。本课题围绕冷焊修复技术在发动机再制造中的瓶颈问题，对发动机再制造冷焊修复技术的作用机理以及发动机的损伤形式、修复区域的显微硬度、微观组织、结合强度、残余应力和铣削加工等关键技术进行了系统研究。
　　 本文用亚激光瞬间熔冷焊技术对发动机缸体材料HT250表面缺陷进行修复，制备了镍基修复层，并对修复层的组织性能及铣削加工进行了综合研究。①通过研究修复层和基体的内部组织以及结合界面的元素扩散，揭示了冷焊修复机理及其适用性。基体和修复层界面结合良好，基体区域片状石墨分布较均匀，修复层组织致密，熔合界面有明显的元素扩散，表明修复层与基体间是微区冶金结合，冷焊技术可用于零件表面损伤修复。②研究了冷焊区域显微硬度的特点，修复层硬度低于基体硬度，便于其后续加工处理，热影响区的宽度窄小，热影响区内硬度分布存在一定跳动，符合微区脉冲焊接的特点。③测试了修复层与基体的结合强度及基体表面残余应力，揭示了结合强度、残余应力与不同冷焊工艺参数间的关系。研究表明，冷焊修复技术能提高修复对象的抗拉强度，但修复后试样的抗拉强度仍低于原材料的抗拉强度;冷焊表面残余应力范围很小，靠近焊缝处为拉应力，远离焊缝处为压应力，横向残余应力是主要残余应力;通过改变冷焊时间与能量参数，可以得到较高的结合强度和较小的残余应力峰值。④针对冷焊修复层高低不平以及微观组织中存在硬质相的特点，设计正交铣削试验，探索在镍基冷焊修复层铣削加工中，不同铣削参数对铣削力、表面质量以及切削效率的影响，并进行工艺参数优化。修复层铣削加工中每齿进给量对铣削力的影响程度较大，切削速度对表面粗糙度的影响程度较大;降低每齿进给量和增大切削速度，可以提高表面加工质量;增大切削速度和提高每齿进给量，可以获得较高的切削效率。
　　 本课题通过以上相关系统研究可以提供冷焊技术在发动机再制造中的应用机理、质量保证技术和应用规范，为冷焊修复技术在发动机再制造领域的广泛应用提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景概述

1．2 国内外研究现状和发展趋势

1．2．1 再制造模式的发展

1．2．2 再制造修复技术研究现状

1．3 课题提出及主要研究内容

1．3．1 课题提出

1．3．2 主要研究内容

第2章 发动机损伤形式及冷焊技术

2．1 发动机损伤形式及产生原因

2．1．1 发动机损伤形式

2．1．2 发动机损伤原因分析

2．2 冷焊修复技术

2．2．1 冷焊机理分析

2．2．2 冷焊机选用

2．2．3 冷焊工艺规范

2．3 本章小结

第3章 显微硬度及微观组织研究

3．1 试样制备

3．2 显微硬度测试

3．2．1 试验方案

3．2．2 硬度测试结果及分析

3．3 微观组织研究

3．3．1 试验方案

3．3．2 观察结果及分析

3．4 本章小结

第4章 结合强度及残余应力研究

4．1 结合强度研究

4．1．1 试验方案及试样制备

4．1．2 测试结果与分析

4．2 残余应力研究

4．2．1 试验方案及试样制备

4．2．2 测试结果与分析

4．3 本章小结

第5章 冷焊区域铣削加工研究

5．1 试验条件与方法

5．2 试验结果与分析

5．2．1 铣削力试验结果与分析

5．2．2 表面粗糙度试验结果与分析

5．2．3 切削效率分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 企业应用

6．3 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

致谢

学位论文评阅及答辩情况表