设备再制造工程综述（续二）
赵维印
设备管理与维修
四、设备再制造工程的实施与新技术应用再使设备再制造实现预期目标，主要的任务是使再制造产品的质量达到不低于新品的性能水平，这就必须严格执行再制造的工作程序和采用可靠的修复技术。
1.实施再制造的主要工作程序
（1）确定废旧设备的可再制造。再制造的对象是可被再利用的失效零件，而不是所有零件。应当承认再制造与设备修理一样，不是万能的，更不能不讲代价。所以，对废旧设备要应用识别技术和寿命预测方法进行检查与甄别，确定其有无再制造价值。
一般来讲，以下3 类设备应予以淘汰：①经技术鉴定，设备主要组成零部件已严重损坏，已无修理价值；
②原设备性能相当落后，很难改造提高适应现在工作需要；③现有技术尚无法保证再制造后能安全使用。
（2）解体与清洗。这是确定废旧设备哪些零件可以再利用的第一步，而且解体与清洗经常是交叉进行的。
（3）零件分类。对清洗干净的零件，可以经过目视检查和仪器测定分为 3 类，即：①没有损坏，可以继续使用；②有损坏，可以修复；③损坏严重，无法修复。
对于有损坏但能修复的零件，即列为再制造对象，还要根据材料、失效形式（磨损、变形、裂纹、腐蚀）、失效程度等进一步分类，以便安排后序工作。
（4）选择不同的修复技术，编制工作计划与施工工艺。这是再制造的关键环节，一定要认真、仔细地分析、确定。尤其是在施工时要严格按照工艺要求进行操作。例如，对待修复零件的表面处理，不论是进行电刷镀或热喷涂，均要求进行细致的洗涤或打磨，彻底去除油污和锈痕，露出金属光泽。这对保证刷镀层或喷涂层的结合强度，至关重要。
（5）进行再制造产品的质量检验。再制造产品的质量是再制造产业的生命。假若产品的质量达不到技术标准，前面所讲的再制造的意义、管理与技术，均没有任何意义。
要做好再制造产品质量检验工作，应具备以下4 个条件：
①要有严格的符合实际需要的质量标准。质量标准可以是国家级的，也可以是行业的。在这些标准不完备时，企业可以执行经行业主管部门审核、批准的企业标准；
②要有精确、实用的检测手段。再制造产品的检测仪器，原则上应等同于同类产品制造企业的水平；
③要有认真负责、熟悉操作和执行标准的检测人员；
④政府有关部门要加强对再制造产品质量的检查、监督以及处理手段。
（6）规范再制造产品的标识。按照国际惯例，再制造产品在包装和使用说明书等文件上，应注明为再制造产品，便于用户比较选购。
（7）合理定价，并公示售后服务承诺。
2.再制造工程主要识别与修复技术
（1）旧零件剩余寿命识别技术。长时期以来对旧设备零件进行寿命评估或预测所采用的两种方法（即依靠力学理论与疲劳试验手段的方法和利用有限元模拟计算的方法），均存在试验过程周期长、支出费用高昂等问题，而且预测精度也不稳定。
所以，对再制造工作的指导均显不足。近年来，科学工作者采用无损检测技术预评零件剩余寿命取得突破。实践证明这是一种对多种零件失效诊断准确性较高的方法，且不损伤检测对象，有利于继续进行再制造。常用的无损检测方法有磁粉探伤、涡流探伤和超声波探伤。此外，一种高科技理论与方法被应用于机器零件损伤的检测，即“金属磁记忆检测技术”。
1997 年，俄罗斯学者在第 50 届国际焊接技术年会上提出的“金属磁记忆检测技术”，是一种无损检测的新成果。1999 年这项技术被引进中国，并获得迅速推广与应用。
金属磁记忆检测技术是基于磁机械效应，利用铁磁性零件在使用过程中产生的弱磁信号，来发现应力集中区域。在地球磁场的环境中，铁磁性材料在受到外部载荷作用时，在应力集中区出现残余磁感应和自磁化增长，形成磁畴的固定结点，并以偏磁场的形式出现在零件的表面，且在工作载荷消失后仍然存留。
利用专用的灵敏度高的测试仪器，可以测得金属受到交变压力产生疲劳裂纹而发生的金属磁记忆信号的变化，从而判断其疲劳裂纹产生、发展的程度。
采用这种方法测定金属材料在工作状态下应力集中现象和损伤程度，已取得明显效果。例如：波兰学者利用该技术评价重要机器齿轮的蠕变损伤，并依此制定相应技术标准；中国工程师应用此技术检测大量再制造无坯件（汽车发动机缸体、曲轴、连杆等），有效地指导了汽车再制造企业的工作。
（2）失效零件修复技术。近年来，设备失效零件修复应用材料与技术研发进展迅速，有些传统修理技术也有新突破，这对设备再制造产业的发展是有力的支撑。
①焊接技术主要包括：普通焊接、堆焊、常温补焊、激光熔敷等。其特点及用途如下。普通焊接。传统的电弧焊接和氧—乙炔气焊接，以及高效焊接技术，适用于修复没有配合尺寸要求的零件断裂或磨损。堆焊。对于磨损量较大的零件，可以用堆焊补偿，然后再按尺寸要求进行切削加工或普通打磨。例如，对钢铁厂轧钢机轧辊或驱动滚道辊的磨损，或者对建筑施工机械工作部位磨损，均可用堆焊方法修复。
宽带堆焊的焊接宽度可达到300mm。常温补焊。用一般焊接方法修复零件的磨损或划伤，可能造成零件焊接受热而变形。有关单位研制了一种特殊输出电源（3V，3000A）。补焊时，利用补偿材料与零件之间较大的电阻值，使补焊点的温度瞬间达到1800～2200℃，完成补焊材料的熔化
和与机件磨损部位的熔接，而不使热量传导给零件产生变形。激光熔敷。它与常温补焊的工作原理相同，只不过采用的熔合热源不同。采用激光束辐射同样可以瞬间熔合补焊材料与零件，达到修复损伤的效果。
激光熔敷技术的特点是：激光束的能量密度高，加工时耗能少，不变形；熔敷层稀释率低，可精确控制其成分与性能；熔敷层组织致密，强度高；可以准确定位熔敷的部位与尺寸；激光束温度高，能迅速熔化熔点高的耐热材料。
其实激光在再制造领域还有其他多种用途。例如：激光表面相变硬化、表面冲击强化、化学气相沉积等，此外还有激光加工成形技术。
②电刷镀技术又称无槽电镀技术，是一种修复零件局部磨损、研伤的传统技术，已有 30 余年应用历史。
普通电刷镀。用于修复零件磨损，最大镀层可达 1mm，其结合强度可达 300MPa。修复后部分零件刷镀层脱落，其原因多为零件表面清洗处理不干净或刷镀工艺掌握不好。纳米颗粒复合电刷镀技术。在普通刷镀溶液中掺入不溶性固体纳米级颗粒以及表面活性剂和分散剂，形成混合镀液。在刷镀过程中，纳米颗粒材料借助界面效应和弥散强化作用，使得镀层获得更大的结合强度。
此外，还可以在镀液中加入特殊纳米颗粒，提高沉积层的表面硬度，增加零件的耐磨性。例如，采用纳米刷镀方法对进口飞机发动机的压气机叶片进行再制造，不仅性能满足要求，而且成本仅为原产品价格的1/10。实践证明，纳米复合电刷镀层的硬度、耐磨性、抗接触疲劳强度和耐高温性等性能，均优于普通电刷镀层。
例如，纳米氧化铝Ni/Ni+nano-Al2O3复合镀层使用温度可以达400℃，其显微硬度可保持600HV。
③热喷涂技术主要包括：普通热喷涂、高速热喷涂和等离子热喷涂。普通热喷涂。用高压气流将电弧或火焰熔化的材料（可以是粉状或丝状），高速喷射到磨损或腐蚀零件表面，形成涂层，起到修补作用。同时，可以喷涂与零件材质不同的金属（如铜、铝等）或非金属（如塑料等）材料，从而改善零件表面性能（如防腐）。普通热喷涂的喷射速度v＝45～120m/s。为了保证涂层的结合强度，零件表面应做清洁处理并预热。
高速热喷涂。一般高速热喷涂的喷射气流速度v≥600m/s。这种喷涂可以提高涂层强度和金属组织致密性。20 世纪中期，美国 TAFA 公司研制出超音速热喷涂，其喷射速度 v＝1400～1770m/s，最大功率 P=270kW，最大喷射气体流量 Q＝21m3/h。喷涂效果更为提高。等离子热喷涂。这种喷涂采用等离子弧（即压缩电弧）作热源，其特点为射流物温度高（H＝15000～33000℃）、电离度高，可控性好。一般等离子热喷涂喷射速度 v＝180～480m/s；超音速等离子热喷涂 v＝3000m/s。此外，还有纳米等离子喷涂技术。我国在热喷涂技术方面也居世界前列。2004 年 2 月，以徐滨士为首的装备再制造技术国防科技重点实验室的研究成果《高效能超音速等离子喷涂技术的研究和应用》，获得 2003 年度国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖。
此外，还有冷喷涂技术。它可以防止喷涂过程中喷涂材料被氧化或分解，获得成分更纯的喷涂层。
④粘涂技术。应用高分子聚合物或无机化合物与特殊添加剂（固化剂）混合成复合材料，涂敷在磨损、研伤或腐蚀的零件表面，达到修复或改善表面性能的作用。
复合材料中的胶粘剂有不同的温度适用范围：有机胶粘剂的工作温度≤450℃；无机胶粘剂可耐温度是 1000℃。常用的粘涂材料———金属修补剂固化后可以进行机械加工。其抗压强度为 80～120MPa，耐磨性为金属材料的 2～8 倍。粘涂的主要用途是：修复磨损、改善润滑状况、防腐蚀、密封堵漏、修补罐体搪磁层脱落和修补铸件缺陷。例如，徐工集团加工厂用于压制工程机械金属构件的 500t 油压机，由于常年使用，其油缸（内部尺寸：Φ500mm×1300mm）筒壁已严重磨损和划伤，造成油液内泄漏，被迫减压使用，影响企业正常生产。后来采用 TG301减摩修补剂对油缸内壁进行粘涂修复，效果良好。
不仅节省大量设备更新费用，还很快恢复运行。同时改善了油缸与活塞的润滑条件。预计修复的缸体比原来铸钢缸体的使用寿命还会更长。
⑤粘接技术。同样是高分子聚合物配制的粘接剂，其性能更好，用量也少。粘接用途主要有：修复零件的断裂或磨损、管路及容器的带压堵漏（工作压力为14MPa，工作温度为 300℃）、可用于汽车和飞机轮胎的再制造、可以替代焊接和铆接用于各种金属或非金属材料零件、构件的联接。据悉，“空中客车”A-380型飞机和波音787型飞机，为了减轻飞机自重，除采用碳纤维构件外，还在装配时使用粘接方法节省了几万只紧固件。
可粘接玻璃纤维（光缆）及外科手术中粘接血管等。此外，还有一种号称“工业创口贴”的粘接贴片用于管路修理工作。用常温光固化胶粘剂制成的贴片，可以快速修复管路的破裂损伤。其固化时间≤300min，使用温度为-50～100℃，贴片的剪切强度为16～25MPa。粘涂与粘接应用的材料一般称为树脂胶。目前，全世界大约有25 万种不同性能和不同用途的胶粘剂，分别用于制造、修补、密封、建筑、包装等领域。德国的粘接技术和产品产量均居世界第一，全国有粘合剂生产厂商100 余家，产品占欧洲市场的70%，占全世界的 10%；其次美国的产品也有独到之处。目前，在中国设备工程领域应用较多的是德国的美特铁粘接剂和美国的贝尔佐纳粘接剂与乐泰胶粘剂。
⑥高温熔合技术。一些机器零件在长时间受到交变外力的作用，会引发金属材料疲劳。严重疲劳将使零件表层或深层产生裂纹，最终导致零件断裂。在零件产生初始裂纹时，可以将零件加热到一定温度，使材质实现再结晶，从而消除裂纹。
另外，还有一种方法是使形成裂纹的零件在对外强电场的作用下，使裂纹自愈合，恢复零件使用功能。
⑦润滑纳米添加剂自修复技术。相互接触并相对运动的零件，由于摩擦而产生磨损。为了减少乃至消除这种磨损，在润滑油液中加入含有复合纳米级颗粒的添加剂。通过零件在运动时产生的摩擦化学作用，在零件表面形成具有减摩和自修复功能的固态修复膜，实现零件磨损—修复的动态平衡，同时可以节省驱动功率的消耗。例如，在青岛巴士公司 3 辆公交汽车上进行的自修复添加剂 M6 的试验表明，行驶 1.5 万 km，机件运转正常，节约燃油3%～6%，降低尾气排放 30%～50%。
总之，设备维修技术的不断研发与应用，为再制造应用领域的扩展与延伸，提供了可靠的支持。同时，由于各种新技术的采用，使得中国的再制造工作有了新突破。例如，在汽车发动机领域，目前国外再制造企业的旧件平均利用率仅为 72.3%，有的零件不能修复只能更换；而中国企业的旧件平均利用率已达到 90%。综上所述，10 余年来中国的设备再制造有了迅猛的发展：已由学术界的研究与论述，由少数企业艰难试点，至今已成为具有广泛发展前景的新兴产业，其覆盖面已扩展到机械、冶金、发电、航空、军工等许多行业，成为国民经济发展的新增长点，受到国家的高度关注与大力支持。
《中华人民共和国国民经济和社会发展第 12 个五年规划纲要》中提出：“按照减量化、再利用、资源化的原则，减量化优先，以提高资源产出效率为目标，推进生产、流通、消费各环节循环经济发展，加快构建覆盖全社会的资源循环利用体系。“”加快完善再制造旧件回收体系，推进再制造产业发展。”
相信在政府的大力支持下，在科研成果的支撑下，在各行业企业的积极实践中，中国设备再制造工程一定会得到大发展，在国民经济发展中作出新贡献。
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