金属扣合法的使用及维护技巧

金属扣合法是利用扣合件的塑性变形或热胀冷缩的性质将损坏的零件连接起来,达到修复零件裂纹或断裂的目的。 这种方法主要适用于大型铸件裂纹或折断部位的修复,还可用于修复不易焊修的钢件、有色金属件。 按照金属扣合的性质及特点,金属扣合法主要有以下四种方法:

(1）强固扣合法

强固扣合法是先在垂直于零件裂纹或折断面的方向上,加工出一定形状和尺寸的波形槽,然后将形状与波形槽相吻合的键镶入槽中,在常温下铆击键部,使键产生塑性变形而充满槽腔,利用波形键的凸缘与波形槽的凹部相互扣合,使损坏的零件重新连接成一体,如图6.5所示。 强固扣合法用于修复壁厚为8 ～40 mm 的一般强度要求的薄壁机件。

图6.5　强固扣合

1—波形键;2—波形槽;3—裂纹

图6.6　波形键

1)波形键的设计和制作

波形键的形状如图6.6 所示。 它的主要尺寸有凸缘直径d、颈部宽度b、间距L 和厚度δ。通常以尺寸b 作为基本尺寸来确定其他尺寸。 一般取b=3 ～6 mm,其他尺寸按下列经验公式计算,即

波形键的凸缘数目根据受力情况确定,通常选用的是5、7、9 个。

一般波形键材料常采用1Cr18Ni9 或1Cr18Ni9Ti 奥氏体镍铬钢,对于高温工作的波形键,对采用热膨胀系数与机件相同或相近的Ni36 或Ni42 等高镍合金钢制造。

波形键的制造可在锻压机床上用模具冷挤压成形,然后机械加工上下两平面和修整凸缘圆弧,最后进行热处理。

2)波形槽设计和制作

波形槽尺寸除槽深T 大于波形键厚度δ 外,其余尺寸与波形键尺寸相同,而且它们之间配合的间隙可达0.1 ～0.2 mm。 槽深T 可根据机件壁厚H 而定,一般取T=(0. 7 ～0. 8)H。

波形槽可以布置成一前一后或一长一短的方式,如图6.7 所示。 波形槽的间距W 可按下式计算,即

式中　σP——波形键铆击后的抗拉强度,Pa;

σG——工件的抗拉强度,Pa。

图6.7　波形槽的尺寸与布置方式

小型波形槽可以使用铣床、钻床加工成形,大型机件波形槽可以使用手电钻或钻模在现场加工成形。 现场加工的简要过程如下:

①划线。

②借助于钻模加工波形槽各凸缘孔及凸缘间孔,锻孔至深度T。(www.xing528.com)

③钳工修整宽度b 和两平面,保证槽与键之间的配合间隙。

3)波形键的扣合与铆击

先使用压缩空气将波形槽清理干净,再将波形键镶入槽中,然后用铆钉枪铆击波形键。铆时由两端向中间轮换对称铆击,最后铆击裂纹上凸缘时不宜过紧,以免撑开裂纹。 操作时先用圆弧冲头垂直冲击中心部,再用平底冲头铆击边缘,直至铆紧为止。 注意,铆时正确掌握铆紧程度,一般控制每层波形键铆低0.5 mm 左右为宜。

(2）强密扣合法

修复有裂纹的高压密封机件应使用强密扣合法。 它是在强固扣合法的基础上,再在裂纹或折断面的结合线上拧入涂有胶黏剂的螺钉,形成缀缝栓,达到密封的效果,如图6.8 所示。

缀缝螺钉的直径一般取3 mm,螺钉间距尽可能小。 螺钉材料与波形键材料相同,也可用低碳钢或纯铜等软质材料。 胶黏剂一般为环氧树脂或氧化铜-磷酸无机胶。

(3）优级扣合法

修复承受高载荷的厚壁机件(例如水压机横梁产钢机轧辊支架等),为了保证修复质量,应使用优级扣合法。 它是在使用波形键、缀缝栓的基础上,再镶入加强件,使载荷分布到更多面积上,满足机件承受高载荷的要求,如图6.9 所示。

图6.8　强密扣合

图6.9　优级扣合法

1—加强件;2—缀缝栓;3—波形键

加强件的镶法是:在垂直于裂纹或断裂面的修复区域加工出形状、尺寸和加强件一样的空穴,再将加强件镶入其中,然后在结合处加工缀缝栓。

加强件的形状除了砖形之外,还可以设计成其他形状,如图6.10 所示。 图6.10(a)为楔形加强件,用于修复钢件,便于拉紧。 图6.10(b)为矩形加强件,用于承受冲击载荷处,靠近裂纹处不加缀缝栓固定,以保持一定的弹性。 图6.10(c)为“X”形加强件,它有利于扣合时拉紧裂纹。 图6.10(d)为“十”字形加强件,用于承受多方向载荷。

(4）热扣合法

修复大型飞轮、齿轮和重型设备机身的裂纹及折断面,可使用热扣合法。 它是利用加热的扣合件在冷却过程中产生收缩而将开裂的机件扣紧。 根据零件损坏的具体情况,热扣合件可设计成不同的形状,如图6.11 所示。 图6.11(a)为圆环状热扣合件,适用于轮廓部分有损坏的零件。 图6.11(b)为“工”字形热扣合件,适用于机件壁部的裂纹或断裂。 热扣合件加热温度和过盈量由力学计算得到。

由上述可知,金属扣合法的优点是:保证修复的机件具有足够的强度和良好的密封性,可以现场施工;施工中零件不会产生热变形和热应力。 其缺点:波形键与波形槽制造较麻烦,壁厚小于8 mm 的薄壁机件不宜采用。

图6.10　加强件

1—加强件;2—裂纹;3—缀缝栓

图6.11　热扣合件

1—机件;2—裂纹;3—扣合件