在组成机械设备的零件中，轴类零件是重要的元件之一，其主要作用是支承旋转零件。但在实际使用过程中，由于受冲击、摩擦、振动、润滑、环境等因素影响，时常发生失效现象，从而影响机械设备的正常运转，给使用者带来严重的经济损失。采用科学合理技术手段对失效轴类零件进行修复，使其恢复使用性能。相对于加工制造新轴，对旧轴进行修复，费用低、周期短，能带来很好的经济、社会效益[1]。

关于丽水市地质灾害综合治理工作的实践与思考（徐晖等） ........................................................................12-20

1 失效轴类零件的修复技术

轴类零件失效主要是磨损、弯曲和断裂等，根据轴类零件的失效情况，选择合适的修复方法，以获得最佳的修复效果，使修复轴具有较好的耐磨性，较高的表面硬度和强度，以及耐冲击性能等。

1.1 弯曲矫直修复

由于受交变应力、冲击等载荷的作用，轴类零件在使用过程中经常发生弯曲失效。弯曲轴可采取矫直修复技术恢复其功能，弯曲矫直有冷矫直和热矫直。

矫直前将失效轴放于调平的托辊上，用百分表找出弯曲点，根据轴的弯曲程度采取冷矫直或热矫直，弯曲较小的轴采取冷矫直，弯曲较大的轴采取热矫直。轴冷矫直如图1所示。冷矫直法是在常温下，将轴弯曲的最大突出部位朝向施力的反方向，采用螺旋千斤顶、压力机等对最大弯曲突出部位逐渐施加压力，使弯曲突出部位逐步恢复或适当压过一点，此状态保持一段时间后，再撤消压力，进行检查，此过程需反复进行，直至达到设计要求。热矫直是将轴置于水平支点上，在轴最大弯曲处，加热到适当温度，然后使弯曲突出处向上，在轴的最大弯曲处用千斤顶或压力机将轴顶压，然后检查，反复多次，直至满足要求为止。

  

图1 轴冷矫直Fig. 1 Cold straightening of shaft

 

1. 千斤顶 2. 托辊 3. 弯曲轴

1.2 滚花修复

滚花原理如图2所示。滚花经常用于修复配合要求不高，且又有轻微磨损或超差较少的轴类零件。先将轻微磨损或超差较少的轴类零件装卡固定于车床卡盘上，调整主轴转速，选择适当的进刀量，用滚花刀对需要修复的轴颈进行滚花，滚花轴颈涨量为 (0．3～0．5) t/mm[2] (t 为滚花刀节距)，最后将零件移到外圆磨床上，磨削加工到要求尺寸。

阿强天不怕地不怕，可就是怕狗怕得厉害，他说：“还是你自己牵出来吧。”不一会儿，狗就被牵了出来，男子再三表示歉意后牵着狼狗下了楼。阿强这才嘘了口气，他在门外找了半天，还是没有找到信封。他回到屋里，忽然见到桌上又是一张白纸条，上面写着：“阿强先生，这次我又偷了你的电视遥控器，三个回合我都赢了，看来你这个防盗大王也不过如此。江城神偷。”

  

图2 滚花原理Fig. 2 Principle of knurling

1.3 镶套修复

镶套修复是在结构和强度允许的情况下，将失效轴的失效部位加工到适当尺寸，然后选用与本体相同或高于本体性能的材料，按照原始尺寸加工一件钢套，用热装的方法安装到位。此种方法不影响轴的使用强度，但是会出现应力集中，集中点出现在镶套处轴肩，应力过大会发生断裂，所以轴套不宜太厚，但也不能太薄，否则受振动易松动。

工艺过程：焊补前要将施焊部位清理干净、修磨平滑，施焊部位越干净，电弧愈易稳定，焊补质量越高；根据轴所用材料选择焊条；必须采用圈焊方法，以免堆焊过程中受热不均匀而使零件出现不同程度的弯曲变形；实施焊补时电流选择要适中，使焊补层超出图纸尺寸 1～2 mm；焊补完成后，应将零件自然冷却到常温，然后再加工至图纸要求。焊补修复适用于裂纹、断裂、有缺陷等失效轴，缺点是焊接容易产生变形和应力，不适用于轴径较小和损伤面积较大的轴修复；堆焊后可恰当进行热处理降低表面硬度。

1.4 粘涂 (耐磨涂层) 技术

粘涂后加工法工艺过程：① 先将轴的失效表面加工成螺纹状；② 清洗失效表面；③ 失效部位粘涂耐磨修补剂 (尺寸大于轴原始尺寸 1～2 mm)；④ 固化一定时间 (8～12 h) 后，修、车、抛光修磨至满足要求。

在小学数学二年级上册中有这样一道题“妈妈带100元去商店买下列用品，图中有暖瓶、烧水壶、水杯，分别是28元、43元、24元，问妈妈带的钱够吗？”下边又画了几个学生讨论这道题，这些讨论的内容就是计算的思路和方法。有个小女孩说：“买暖瓶后剩余72元，买烧水壶后剩29元，所以买水杯够了”。这是利用连续减法的思路来运算的。还有一个男孩说：“买烧水壶和暖瓶共用去71元，还剩29元，所以买水杯够了。”这又是利用加减混合运算的方法来解决问题的。虽然是一道简单的题目，但却能引发学生举一反三，多方位思考。学生从不同层面计算题目才能更深刻地掌握计算。

粘涂技术是指将修补剂涂覆于失效零件表面，并使零件表面具有特殊功能 (如耐磨损、耐腐蚀、绝缘、导电、保温、防辐射) 的一项新技术。粘涂作为零件修复技术，可分为粘涂后加工法和粘涂成型法。

2级：使用6/0～7/0无创线连续或间断缝合（针距1～3 mm，边距1 mm）并将可吸收止血纱或明胶海绵覆盖在缝合口之上。注意纵形缝合且进针要浅，为避免伤及脊髓和马尾神经，缝合应从创口两端开始并提起缝合。

粘涂修复具有成型性好，与金属附着力强，有足够的硬度和强度，而且施工工艺简单，修补方便；为了使零件表面获得特殊性能，如导电、耐磨、绝缘、耐腐等，可根据实际需要选取不同的涂覆材料，粘涂层厚度可以用毫米甚至厘米来衡量，用电刷镀、电镀、热喷涂等工艺方法是无法达到的等优点[3]。缺点是抗冲击强度不高，不适应大冲击场合；耐磨性不高，不适用于高温下使用。

1.5 喷涂修复

喷涂修复工艺流程：失效表面清洁处理，对失效表面喷涂修复层，最后进行机械加工，以达到使用要求。喷涂具有操作灵活、方便的特点，喷涂方法对工件的尺寸与形状没有限制，涂覆层一般厚度为 0～10 mm。喷涂时零件温升低 (70 ～ 80 ℃)，即时加工就可以很快完成修复。用粉末冶金作喷涂材料形成修复层，硬度高、耐磨性好，还适用于其他防腐、抗磨、抗氧化及耐热等表面的防护处理。

  

图3 喷涂原理Fig. 3 Principle of spraying

喷涂又称热喷涂，是利用热源将喷涂材料加热到熔融状态，用喷枪高速喷射到轴的失效部位形成金属修复层，喷涂原理如图3所示。

1.6 焊补 (堆焊) 修复

焊补原理是利用电弧放电时所产生的热量作为热源，加热、熔化焊条和焊件，并使之相互熔化，形成牢固连接的焊接过程[4]。

为避免轴颈车削太细，从而降低轴的强度，将失效轴轻微修正后，以满足设计精度和粗糙度，而后根据加工后的实际尺寸，镶嵌相应厚度的轴套，并进行强度校核计算，配合公差要满足使用要求。

粘涂成型法工艺流程：① 先将轴的失效表面加工成螺纹状；② 清洗失效部位；③ 制作一个与失效部位配合模具，模具内表面涂脱模剂；④ 失效部位粘涂耐磨修补剂 (尺寸大于轴原始尺寸 1～2 mm)；⑤将模具装于涂有修补剂部位，把紧，去除溢出的多余材料；⑥ 固化一定时间 (8～12 h) 后，拆下模具，抛光修磨直至满足要求。

1.7 喷焊修复

喷焊如图4所示。喷焊是在热喷涂技术基础上发展起来的，将热喷涂层再进行一次重熔处理，与基体表层材料达到熔融状态后，再进一步形成更紧密的冶金结合层。喷焊是热喷涂和堆焊复合工艺技术，它克服了热喷涂层结合强度低、硬度低等缺点，同时由于使用了高合金粉末使喷焊层具有一系列堆焊所不具备的性能，它吸收了热喷涂、堆焊的优点[5]，克服了它们的缺点，已广泛应用于制造业和设备修复领域。

  

图4 喷焊Fig. 4 Spray welding

 

1. 喷焊层 2. 重熔区 3. 保护气体 4. 高温热源5. 预涂层 6. 工件

2.2两组患者的生活质量各项评分情况微信群健康教育组患者的生活质量各项评分等情况显著优于常规健康教育组,具有统计学意义(p<0.05)。具体情况见表二。

A Star Selection Model Based on Improved Discrete Particle Swarm Optimization

喷焊的特点：由于喷焊层与基体之间形成良好的冶金结合层，其结合强度高，抗冲击性能较好，耐磨 (喷焊硬度 HRC≤65)、耐腐蚀、耐热，抗氧化，外观呈镜面 (经磨削加工后表面粗糙度可达 Ra 0．4 µm)，所以喷焊不仅可以用来修复失效零件，还可用于新零件的装饰和表面性能的强化，使新零件获得更好的性能、更长的寿命。

喷焊工艺流程：① 为使喷焊工作顺利实施并保证喷焊质量，必须对喷焊表面彻底清理，去除表面氧化物、油污及其他污物；② 喷焊表面清理好后立即预热 (温度 300～400 ℃)，去除表面潮气，以提高喷层与基体表面结合强度；③ 预热达到要求后，即可喷粉，边喷边熔；④ 喷焊后缓慢冷却，以防工件变形和焊层开裂；⑤ 喷焊层处理和磨削加工，以满足使用要求。

1.8 冷熔焊修复

冷熔焊也称保护熔丝焊补、仿激光焊，是对表面缺陷的一种修复技术，利用电容器的脉冲电能，瞬间释放出高温热量 (1 600 ℃)，将特定的金属焊材与工件母材熔合在一起。冷熔焊修复如图5所示。冷熔焊借助冷熔焊设备完成，包括脉冲电源、铜焊把、焊材组成。冷熔焊是新发展的一种焊接修补新技术，已广泛应用于设备维修领域，具有广阔的发展前景。

  

图5 冷熔焊修复Fig. 5 Cold fusion welding

 

1. 金属冷熔焊修复机 2. 金属铜焊把 3. 焊皮 4. 工件

冷熔焊工艺流程：为使冷熔焊工作顺利实施并保证焊补质量，必须对施焊表面彻底清理，去除表面氧化物、油污，同时对施焊表面凹坑、凸起、裂纹等缺陷进行修整，去除毛刺清理干净，取得正确的几何形状和粗糙度；施焊表面清理好后，用干净布将表面擦拭干燥，使焊补层与基体表面补焊后具有很高的结合强度[6]；预热达到要求后，选择合适焊皮、最佳焊接参数进行施焊；焊后进行焊层处理和磨削加工，以满足使用要求。

冷熔焊属冶金结合，具有结合牢固、致密、不易脱落的特点；工件温升小，属于常温焊补，母材不产生热变形，应力小，不会出现裂纹，无气孔，无硬化，无硬点，修复后表面平整光洁，补焊精度高，不加工也能满足使用要求。

2017年1月，工业和信息化部、商务部、科技部三部委《关于加快推进再生资源产业发展的指导意见》提出，推动再生资源绿色化、协同化、高值化、专业化、集群化发展，到2020年建成再生资源产业体系，建立标准规范，培育一批具有市场竞争力的示范企业。

1.9 激光焊修复

激光焊原理如图6所示。激光焊作为近年来发展迅速的一种新型表面工程技术，通过热传导实施焊接，即以激光束为能源，激光束通过光学元件导引，随后再以反射聚焦元件将光束聚焦后投射在被焊接表面，热量通过热传导向内部扩散，使基材表面和堆焊材料之间形成熔化冶金结合的一种高效精密表面修复技术[8]。为了消除或减少激光焊接的缺陷，近年来发展起来了许多复合焊接新技术，如激光与电弧、激光与等离子、激光与感应热源、双激光束焊接、多激光束焊接等，尤其是激光-电弧焊接，克服了激光焊、电弧焊缺点，吸收了它们的优点。

  

图6 激光焊原理Fig. 6 Principle of laser welding

激光焊工艺流程：首先对工件表面进行清理，去除表面氧化物、油污等杂物，将激光照射在焊丝及工件表面，将光能转化为热能加热融化，工件表层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，被焊工件经受快速加热和冷却作用，将焊件与焊材熔合在一起。

激光焊不但能修复失效部位尺寸，还可对失效部位进行强化，从而延长轴件的使用寿命。焊接后工件温升很小，修复后基体不变形、不退火，没有残余应力，不改变其金属组织状态，修复精度高，结合强度高，耐磨，同时激光焊采取数控技术，且有效率高等优点[9]。缺点是焊接位置须非常精确，必须在激光束的聚焦范围之内，能量转换效率低，修复费用昂贵。

 

表1 9 种修复技术对比Tab. 1 Comparison of 9 repair technologies

  

修复技术弯曲矫直优点工艺简单，生产现场即可实施滚花快速简便镶套轴的有效直径减小，最大转矩减小粘涂适用对象用于半精坯轴矫正适用于固定配合、磨损量小于 0．25 mm 的中小型轴多用于静配合、传递转矩小、磨损量大于 2 mm、表面有缺陷的轴广泛用在耐磨损、耐腐蚀修复和预保护涂层及修补零件上的裂纹、划伤、尺寸超差、铸造缺陷、磨损工艺简单耐磨性高，收缩率小，成型性好，附着力强，硬度和强度高，修复时间短，不会产生内应力温升低，硬度、耐磨性高，具有一定的防腐、抗磨、抗氧化及耐热性喷涂用于需要表面防护的轴焊补线膨胀系数较大，抗冲击强度不高，不耐高温镀层本身的抗拉、抗剪切和抗冲击强度都低，结合强度不高，重载性能较差，材料利用率低，经济性差影响轴的组织结构缺点冷矫有硬化和内应力产生，热矫有组织和性能变化涨量有限喷焊不适用于轴径较小和损伤面积较大的轴修复，堆焊后需要恰当的热处理以降低表面硬度应用于失效零件的修复及新零件表面性能的强化加工成本较高冷熔焊方便快捷、方法简单结合强度高、抗冲击性能较好，耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化结合牢固、致密，不易脱落和变形，应力小，无裂纹和气孔，无硬化，无硬点，精度高具有强化作用，残余应力小，结合强度高，不易脱落、起皮韧性和抗裂性差，易产生裂缝，易变形适用于精加工后轴的修复激光焊焊接位置须非常精确，必须在激光束的聚焦范围之内，能量转换效率低适用于磨损轴的修复，可以对具有针孔、裂纹、缺损、变形、砂眼的轴进行沉积、封孔、补平等

2 修复技术对比

结合以上失效轴类零件修复技术的特点，笔者对目前企业在用的各种修复方法进行比较，如表1所列。

3 结语

轴类零件的修复是针对现场损坏的旋转零件，在失效分析、寿命评估和经济效益分析的基础上，根据实际情况对损坏后失效的轴类零件进行改造修复，使失效的轴恢复原来的性能，甚至超过加工制造的新轴。轴类零件失效修复是以废旧的轴为坯料，节省了重新投产新毛坯，不但修复周期短，而且费用低，大大节约了使用者成本，符合国家发展循环经济、环保经济要求，具有很大的经济和社会效益。

参 考 文 献

[1]刘俊英，张国胜，蒋伯平．工程机械轴类零件的再造概述 [J]．工程机械，2008，39(1)：58-60．

[2]边美华，符娅波．磨损轴件修复技术的研究 [J]．电焊机，2008，38(10)：40-43．

[3]柳丽娟．轴类零件使用耐磨涂层的修复方法 [J]．现代制造技术与装备，2009(6)：43，47．

[4]王志腾，柴保明，李文选，等．热喷涂法与堆焊法在轴类零件修复中的应用与对比分析 [J]．装备维修技术，2010(4)：12-13，18．

[5]王正剑，石余祥．浅谈热喷焊技术的应用 [J]．林业机械与木工设备，2009，37(5)：50-51．

[6]赵继文，陶大勇，于 泳．冷熔焊补修复技术与应用 [J]．设备管理与维修，2013(12)：36-37．

[7]孟 影．轴类零件的修复方法与技术应用分析 [J]．硅谷，2015(1)：138，158．

[8]施全友，林广旭，马凤苹．矿用设备轴类零件修复的常用方法 [J]．煤矿机械，2012，33(4)：188-189． □