《再制造机械产品修复层质量检测方法》国家标准（GB/T 40728-2021）解读

2023-12-03周新远于鹤龙宋占永尹艳丽迟永波

中国标准化 2023年3期

周新远于鹤龙宋占永尹艳丽迟永波

摘要：再制造修复层是通过外加输入能量并添加不同于再制造毛坯基体的异质修复材料而形成的，修复层的质量直接影响再制造产品的质量。本文围绕修复层表面缺陷评价和性能检测方法开展研究，建立修复层质量评价体系，阐述了《再制造机械产品修复层质量检测方法》国家标准的编制原则、编制过程和主要内容，为机械产品再制造修复层质量检验工作提供方法支持，对于规范机械产品再制造生产和提高再制造机械产品质量具有重要意义。

关键词：再制造，修复层，检测，方法

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.03.031

Analysis of GB/T 40728-2021， Remanufacturing – Quality inspection methods for repaired layers of mechanical products

ZHOU Xin-yuan1，2 YU He-long1 SONG Zhan-yong1 YIN Yan-li1 CHI Yong-bo2

（1. National Key Laboratory for Remanufacturing， Army Academy of Armored Forces； 2. National Demonstration Center for Experimental Equipment Surface Engineering Education ，Army Academy of Armored Forces ； 3. Shanghai Xinfumei Gearbox Technical Service Co.， Ltd.）

Abstract： Remanufactured repair layer is formed by applying input energy and adding heterogeneous repair materials different from the remanufactured blank matrix. The quality of the repair layer directly affects the quality of remanufactured products. This paper focuses on the surface defect evaluation and performance testing methods of the repair layer， establishes the quality evaluation system of the repair layer， expounds the drafting principles， drafting process and main content of the national standard， GB/T 40728-2021， Remanufacturing – Testing methods for repair layers of mechanical products， provides a method for the quality inspection of the remanufactured repair layer of mechanical products. It is of great signifi cance for regulating the remanufacturing production of mechanical products and improving the quality of remanufactured mechanical products.

Keywords： remanufacturing， repair layer， testing， method

1 引言

再制造是將废旧产品恢复到其质量特性不低于原有新品的先进制造和绿色制造过程，作为装备制造业的新业态和新模式，已成为机电产品资源化循环利用的最佳途径[1]。再制造的重要特征是产品质量和性能不低于新品[2]。欧美国家的再制造模式以“换件修理”和“尺寸修理”为主，再制造产品质量标准主要基于产品的制造标准。而我国的再制造则是在表面工程技术不断创新的基础上发展而来，形成了以“尺寸恢复”和“性能提升”为特色的再制造技术模式，再制造机械产品的质量和性能在很大程度上取决于再制造毛坯修复层的质量和性能[3]。

再制造机械产品修复层，主要是通过采用先进的表面工程技术在再制造毛坯局部损伤部位制备的一层耐磨、耐蚀、抗疲劳的涂覆层[4]。修复层质量检验是机械产品再制造过程的重要环节，是实现再制造产品质量控制的重要手段[5-7]。但关于修复层质量检验，现有的制造业标准与国外再制造标准无法直接借鉴或嫁接应用，急需开展相关标准的研制工作，为再制造机械产品表面质量和性能检验，实现再制造产品质量控制提供依据，填补行业空白，促进产业健康发展。

因此，为进一步规范机械产品再制造生产，提高再制造机械产品质量，依据各类机械零部件的材质及修复方式，制定《再制造机械产品修复层检测方法》国家标准。

2 《再制造机械产品修复层质量检测方法》国家标准的编制

2.1 编制原则

中国自主创新的再制造模式是利用各种表面修复技术对再制造毛坯进行尺寸恢复和性能提升，因此再制造毛坯表面修复层的质量，直接影响和决定再制造后产品的质量和性能能否达到或超过原型新品，而表面修复层质量检测的内容、方法和评价依据是检验和保证修复层质量的重要手段[8-10]。本标准列入2019年国家标准制修订项目计划，标准项目计划号为20190811-T-469，标准由全国绿色制造技术标准化技术委员会归口。标准的编制遵循了以下原则。

（1）全面、准确、协调一致

标准规定了机械产品及其零部件的再制造过程中各类修复层检测与质量评价的内容、要求、依据和常用方法等内容，既包含对机械零件表面损伤进行的表面修复，涉及到对气相沉积修复层、电沉积修复层、热喷涂修复层、焊接修复层等薄的表面修复层的质量检测，同时又包含对机械零件体积损伤进行的体积修复，涉及到对基于激光、电弧、等离子等高能束能场厚修复成形层的质量检测，标准内容中同时体现表面损伤修复层和体积损伤修复层，更能反映当前再制造修复层质量检测的实际，较为全面。标准在编制过程中与《再制造术语》《再制造机械产品表面修复技术规范》等已发布标准中的定义及概念保持一致，避免由于一词多意或一意多词而带来的混淆。

（2）易于接受和理解

该标准一方面规定了再制造修复层质量检测的总体要求，便于标准的理解应用和实际验证，另一方面对不同形式和要求的再制造修复层质量检测进行了定义和分类，将常用的表面修复层检测方法列表参考或作为附录，便于理解使用。

2.2 编制过程

全国绿色制造技术标准化技术委员会再制造分技术委员会于2018年5月成立标准起草工作组，起草工作组首先进行了再制造质量检测、表面涂覆层质量评价、材料表面性能表征等相关标准的收集和整理工作，同时对国内外有关材料质量与性能的表征分析方法相关的科研成果及文献资料进行了大量的研究，明确了标准内容主要定位于再制造产品修复层的质量检测技术要求和方法，应区分已发布的各类单一表面涂覆层的性能测试与评价方法。在此基础上，于2018年12月形成了标准草案初稿。

2019年3月28日，国家标准化管理委员会正式下达本标准项目计划，计划号为20190811-T-469。2019年9月，起草组在北京召开标准工作会议，对标准进行讨论，重点对标准的范围、术语和定义、主要内容进行了修改讨论，经修改后形成标准征求意见稿。

2020年5月，标准工作组先后赴上海、广东、安徽等地再制造企业进行调研并结合标准文本内容征求意见，截至2020年12月，收到42条意见或建议，工作组根据委员及专家意见对标准进行了修改和完善，形成本标准送审稿。2021年3月，起草工作组根据标准审查意见再次对标准进行了修改完善，形成标准报批稿。

2.3 主要内容

该标准规定了再制造修复层质量检测的一般要求，外观质量检测、内部质量检测和性能检测内容与要求等内容。主要技术内容包括修复层的尺寸、光泽度与表面粗糙度、表面状态和表面缺陷、内部缺陷、显微组织与化学成分、物相构成与晶体结构，硬度、结合强度、拉伸性能、冲击强度、弹性模量等力学性能，以及摩擦学性能、耐腐蚀性能、滚动接触疲劳性能等检测内容及方法要求。

目前国内外关于修复层质量检测方面的标准研究主要聚焦在两种情况：一是针对具体的表面工程技术（修复层制备技术），提出了为保证该类修复层质量而必须采取的最基本检测内容，主要是最影响修复层质量的关键指标或性能参数的检测，检测内容聚焦在确保最基本的表面涂覆层（覆盖层）质量方面，缺少全面的涂层检测；二是针对具体表面涂覆层某一质量因素或性能的检测標准，检测内容单一；三是检测方法的标准，主要规定了某类检测方法的适用范围、检测内容、仪器设备、方法步骤、指标依据等内容，没有与修复层检测内容建立对应关联。本标准是在以上三方面标准综合集成基础上，围绕再制造修复层质量要求以及检测特点，提出了针对机械产品再制造修复层质量检测的总体要求，将修复层质量检测内容划分为外观质量检测、内容质量检测和性能检测，并规定了相应的检测内容与方法。本标准与现有标准相比，范围和目的不同，现有标准面向特定的检测方法、检测内容或检测对象；本标准面向的是所有再制造表面修复层，以及涉及的检测内容与检测方法，适用性更广。

（1）明确界定了再制造机械产品修复层的定义和内涵

再制造机械产品修复层是指采用各类修复技术对机械产品再制造毛坯的表面损伤和体积损伤进行修复，得到的各种涂层、镀层、熔覆层或堆焊层等。再制造修复过程中既包含对机械零件表面损伤进行的表面修复，同时又包含对机械零件体积损伤进行的体积修复，标准名称如果聚焦在“表面修复层”质量检测方面既不全面，也容易引起歧义，在标准内容中同时体现表面损伤修复层和体积损伤修复层，更能反映当前再制造修复层质量检测的实际，也将扩大标准的适用范围。

（2）提出了再制造产品修复层检测的一般要求

修复层质量检测内容包括外观质量、内部质量和性能检测。在检测过程中，应综合考虑修复层的制备与处理工艺、材料体系、性能要求、毛坯状态、再制造产品服役工况和工作环境、再制造企业相关技术文件要求以及用户需求等因素，确定修复层质量检测的准则、内容、规范、方式和方法。再制造机械产品修复层的质量对再制造零件的服役寿命具有重要影响。再制造机械产品修复层是通过外加输入能量并且添加不同于再制造毛坯基体的异质覆层材料而形成的。其缺陷类型主要有裂纹、气孔、夹渣、厚度不均、结合不良等。此外，修复层的结合强度、残余应力等力学性能状态也直接影响其服役寿命。因此对涂覆层的损伤评价与寿命评估主要针对涂层缺陷、结合强度及残余应力进行测量，对应缺陷的评价方法有渗透、磁粉、涡流、超声等常规评价方法。

（3）规定了再制造修复层外观检测的范围和具体内容

该部分主要从尺寸检测、表面光泽度与表面粗糙度检测、表面缺陷与表面状态检测等三方面提出了相应的规范要求。再制造修复层尺寸检测包括修复层厚度检测、修复层与基体变形量检测、形位公差检测等内容。在检测过程中应根据检测部位的形状、修复层与基体材质、修复层制备工艺、技术文件的规定等要求，选择适用的修复层厚度检测方法。应根据再制造后零件的功能要求及修复层制备工艺以及技术文件的规定，对机械加工后的修复层及零件进行形位公差测量。

修复层的表面光泽度检测可采用目测评定法、样板对照法或光泽度仪测量法进行，检测时应考虑以下因素：

a）修复层光泽度目测评定的判定依据与不同等级光泽度样板要求，见表1和表2；

b）光泽度仪测量法适用于对光泽度测试精度要求高的修复层检测。

进行修复层表面粗糙度检测时，表面特征、表面结构的几何特征、术语和符号等内容应符合GB/T 1031的规定，特征变量和测量方法的选择应协商一致。常用的表面粗糙度检测方法包括样块比较法、显微镜比较法、电动轮廓仪比较法、光切显微镜测量法、干涉显微镜测量法等。

表面缺陷与表面状态检测包括对修复层表面进行目测或采用放大镜的宏观检测，以及使用光学显微镜或电子显微镜的微观检测。无论是机械嵌合类型的再制造修复层，还是冶金结合类型的再制造修复层，裂纹和气孔都是最主要的涂层缺陷。除此之外，修复层的缺陷还包括麻点、针孔、气泡、脱落、开裂等，该部分列出了修复层典型表面缺陷的特征及产生原因。根据检测对象的要求，目前均是采用常规的无损评价方法进行检测，如渗透法、磁粉法、超声法、电磁法等。评价准则与制造领域的涂覆层相同。

（4）规范了修复层内部缺陷的检测内容，明确了具体的检测手段，给出了典型无损检测技术检测修复层内部缺陷的适用范围及标准依据。

该章节主要从内部缺陷检测、显微组织与物相结构检测、元素与成分分析等三个方面给出了相应的方法。修复层熔覆过程是一个快速成型的过程，即在极短的时间内发生快速熔化与快速凝固的过程，因此在涂层内部极易产生裂纹、气孔、夹杂等不良缺陷，严重影响再制造零部件的质量和性能[11-13]。

修复层内部缺陷检测内容包括裂纹、气孔、夹杂、未熔、孔隙率以及其他影响修复层内部质量的缺陷检测，宜采用超声、涡流、磁记忆、X射线数字成像（工业CT）等无损检测技术进行。其中超声技术主要适用于修复层内部裂纹、未焊透及未熔合缺陷的檢测，不适用于气孔、夹杂和近表面缺陷的检测。涡流检测技术主要适用于修复层近表面内部缺陷检测。磁记忆检测技术主要适用于铁磁性修复层的内部缺陷检测。X射线数字成像检测技术主要适用于体积损伤修复层内部裂纹和缺陷的定量检测。对于一些高端大型再制造零部件，由于体积庞大、结构特殊、工艺复杂，常规的无损检测手段均无法准确获取产品内部的结构和缺陷信息，工业CT成像技术是大型再制造零部件不可替代的缺陷检测手段。

对于一些喷涂修复层、电沉积修复层、化学沉积修复层和其他对孔隙率有特殊要求的修复层宜进行孔隙率检测，应综合考虑修复层的制备工艺、材质及孔隙类型等因素选择适用的检测方法。结合不同孔径范围，提出了相应的检测方法，如当孔径范围为0.4 nm至2 nm时，应按照GB/T 21650.3的规定进行孔隙率的气体吸附分析微孔法检测。

修复层显微组织与物相结构检测包括试样准备、试样磨抛、显微组织显示与检测等步骤，检测方法包括光学显微镜检测、扫描电子显微镜检测和透射电子显微镜检测等。修复层物相与晶体结构分析的内容包括物相鉴定、物相分布观察、物相含量测算和晶体结构分析。

修复层元素组成及含量检测应根据元素类型、检测区域大小与检测精度要求，采用能谱分析法、波谱分析法和光谱分析法等不同方式进行检测。其中X射线能谱分析法主要应用于修复层微区元素定性和半定量的点分析、线分析和面分析，元素分析范围为4 Be～92 U，可直接对修复层样品表面或截面进行分析，分析深度范围为微米级。波谱分析法主要应用于修复层微区元素定性和定量的点分析、线分析和面分析，也可获得元素价态的信息，元素分析范围为4 Be～92 U，可直接对修复层样品表面或截面进行分析，分析深度范围为微米级。

（5）提出了修复层硬度、结合强度、拉伸性能、冲击强度、弹性模量等力学性能，以及摩擦学性能、耐腐蚀性能、滚动接触疲劳性能等检测内容及方法要求。

硬度检测分为宏观硬度检测、显微硬度检测和仪器化纳米压痕硬度检测，应根据修复层的厚度、材质和使用要求选择不同的检测方法和检测条件，不同测试方法获得的修复层硬度值宜按照GB/ T 33362和GB/T 17394.4进行换算。在检测喷涂修复层和焊接修复层的硬度，或需要考核修复层与基体的综合宏观硬度时，宜选用洛氏硬度或维氏硬度等宏观硬度检测方法，在经过机加工或抛光处理的修复层表面进行。在检测电镀、电刷镀、化学镀、气相沉积等沉积修复层的硬度，或需要测定修复层的显微硬度时，应按照GB/T 9790的规定，采用维氏显微硬度或努氏显微硬度测试方法。

再制造修复层的结合强度是评价再制造成形质量的一个重要指标。目前修复层结合强度测试方法的原理主要是通过给涂层/基体施加一定的外载荷，使涂层产生剥离和破坏，来测定结合强度的大小。胶接拉伸法是国内外通用的检测涂层结合强度的定量方法，此外还有划痕法、剪切法、弯曲法、热震法等。这些测试方法需要制作专门的试样在特定试验机上进行测量，测试过程会对试样造成一定程度的破坏。对于喷涂修复层和表面沉积修复层，以及其他对结合强度有特殊要求的修复层，均应进行结合强度检测。

摩擦学性能测试主要包括滚动摩擦磨损测试、滑动摩擦磨损测试和微动摩擦磨损测试。应根据修复层服役工况与失效模式选择相应的测试方法。以试样腐蚀前后的重量差来表征修复层的腐蚀速度时，宜按照GB/T 19292.4的规定，根据下列原则选择增重法或失重法进行耐蚀性评价：a）当腐蚀产物结构致密、不易脱落时，宜选用增重法，即在腐蚀试验后连同全部腐蚀产物一起称重；b）当腐蚀产物疏松、容易脱落且易于清除时，宜选用失重法，即清除全部腐蚀产物后进行称重。

3 结语

修复层质量检验是机械产品再制造过程的重要环节，是实现再制造产品质量控制的重要手段。本标准针对表面修复层的质量评价与质量控制，规定了面向机械产品再制造的修复层检测的内容和要求，提出了机械产品再制造过程中修复层检测的原则和依据，列出了常用的检测评价方法，填补了国内在面向再制造的修复层检测标准空白，为实现机械产品再制造修复层质量检测提供了支撑，对于规范机械产品再制造生产、提高再制造机械产品质量具有重要的指导意义。

参考文献

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