工程机械的损伤形式与再制造技术研究

［摘 要］文章围绕工程机械再制造技术进行了深入分析，介绍了工程机械损伤的分类与常见形式，以及再制造技术在表面工程、无损检测、纳米修复等方面的应用。对再制造技术的具体操作进行了分析，并阐述了再制造技术对延长工程机械设备使用寿命、资源节约和环境保护的重要意义。

［关键词］工程机械；再制造技术；表面工程；无损检测；材料强化

［中图分类号］TU607 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）03–0115–03

1 工程机械损伤形式

1.1 机械损伤的分类

机械损伤主要指由于各种原因导致的机械设备结构的损坏或性能的降低。根据其形成原因和表现形式，机械损伤主要分为以下两类。

（1）物理损伤。这种损伤主要源于机械在使用过程中受到的物理作用力，如摩擦、冲击和疲劳等，具体表现为部件的磨损、变形、断裂等。物理损伤通常与机械的工作环境和操作方式密切相关。

（2）化学损伤。这类损伤主要是由环境中的化学物质引起的，如腐蚀、氧化等，通常表现为金属部件的变色、锈蚀等。化学损伤的程度取决于工作环境中的化学物质浓度和作用时间。

1.2 常见工程机械损伤形式

（1）磨损。磨损是指物体表面在相对运动过程中逐渐受到损耗的现象。在工程机械中，这种损耗表现为机械部件尺寸、形状和表面质量的变化。当机械部件之间发生相对运动时，接触表面会受到摩擦力、热力和应力的影响，从而逐渐磨损。

磨损的类型有多种，包括磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。在不同的工况和使用条件下会发生不同类型的磨损。例如，磨粒磨损是由于硬颗粒或粗糙表面与接触表面摩擦而引起的；粘着磨损是由于接触面间的粘着力引起的；疲劳磨损则是由于长时间重复运动或高应力引起的；腐蚀磨损则是由于环境中的化学物质与接触表面发生化学反应而引起的。

（2）腐蚀。腐蚀主要是由于金属与周围环境中的介质发生化学或电化学反应，导致金属的损失和破坏。腐蚀通常在潮湿的环境下更容易发生，因为水分子可以作为反应介质，加速化学反应的进行。

腐蚀的形式有很多，包括均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂等。均匀腐蚀是最常见的腐蚀形式，表现为金属表面均匀地被腐蚀，逐渐变薄。点蚀是一种局部腐蚀形式，通常在金属表面形成小坑。缝隙腐蚀则发生在金属表面的缝隙或夹缝中，如焊接接头或螺丝扣等处。应力腐蚀开裂是一种特殊的腐蚀形式，是由于金属在拉应力和特定环境介质的共同作用下发生的开裂现象。

（3）疲劳。疲劳通常是由于在循环载荷或应变作用下，材料或结构内部的应力变化所引起的。疲劳损伤通常发生在机械部件的高应力区域，如轴承、齿轮、轴和连接件等。

疲劳损伤通常表现为裂纹的形成和扩展。当材料受到反复变化的应力时，即使平均应力远低于材料的屈服点，但在经过足够多次的循环后，小的局部应力变化也可能导致材料断裂。这是因为每一次循环都会在材料中产生微小的损伤，这些损伤累积起来最终会导致材料失效。

疲劳损伤通常发生在机械的旋转或往复运动部件上，因为这些部件会受到周期性的应力变化。例如，在发动机中，曲轴和气缸的往复运动会导致疲劳裂纹的形成和扩展，最终可能导致曲轴或气缸的断裂。

（4）断裂。断裂是指结构或部件在受到外力或内应力超过其承受极限时发生的现象。这种损伤通常会导致机械设备的失效或损坏，甚至可能引发安全事故。

断裂通常发生在金属材料上，因为金属是承受应力和应变的关键部件。当金属受到过大的外力或长时间的疲劳载荷时，金属内部的原子或分子的排列会发生变化，形成微小的裂纹。随着时间的推移和应力的不断作用，这些微小的裂纹会逐渐扩展，最终导致金属的断裂。

断裂通常发生在金属的关键部位，如轴、齿轮、轴承等。这些部位在机械运转过程中承受着较大的应力，容易发生疲劳断裂。此外，如果金属材料的内部存在缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，也会降低金属的强度和韧性，增加断裂的风险。

（5）塑性变形。当工程机械设备受到强烈的外部压力或长时间在重载下工作时，金属结构部分可能会发生塑性变形。这种变形是由于材料在超过其屈服点的情况下受到压力，导致永久性的结构形状改变。

塑性变形的特点是，一旦发生，形状就不会恢复到原来的状态。随着时间的推移，塑性变形会累积，导致部件的尺寸和形状发生变化，这可能会影响机械的正常功能。例如，过度的塑性变形可能导致轴承的滚珠轨道发生形变，使轴承在转动时不再准确，可能会导致设备运行不平稳，甚至出现故障。

塑性变形通常与其他形式的损伤相伴而来，如疲劳、磨损和腐蚀。这些损伤形式相互作用，使问题更为复杂。例如，金属结构的塑性变形可能会为腐蚀提供通道，使腐蚀过程加速。同时，塑性变形本身也可能引发疲劳裂纹的扩展，因为变形可能导致应力集中，从而在材料中形成裂纹。

2 工程机械再制造技术分析

2.1 再制造技术的定义和意义

再制造技术是一种将废旧产品经过修复、改造后再次投入使用的过程。这一过程不仅延长了产品的使用寿命，而且有效节约了资源，降低了环境污染。对于工程机械而言，再制造技术尤为重要，因为这些设备通常价值较高，且在长期使用过程中容易磨损。通过再制造，这些设备可以重新焕发生命力，继续为工程建设提供服务。

通过再制造技术，企业可以减少对新产品的需求，从而降低生产过程中的能耗和原材料消耗。此外，再制造还可以减少废旧设备的处置成本，避免资源浪费。对于消费者而言，再制造产品通常具有更低的价格和与新产品相似的性能，是一种性价比更高的选择。

2.2 工程机械再制造的基本原理和过程

2.2.1 基本原理

工程机械再制造的基本原理是利用先进的技术和工艺，对废旧或损坏的机械进行检测、评估、拆卸、清洗、检测、再加工等，使其性能达到或超越新品的状态。这一过程充分利用了废旧机械的剩余价值，减少了资源浪费，降低了环境污染，同时也为业主节省了大量的购置成本。

2.2.2 基本过程

（1） 检测与评估。对废旧机械进行全面的检测，了解其当前的状态和性能。通过专业的评估，确定哪些部分可以再利用，哪些部分需要替换或修复。

（2） 拆卸与清洗。根据评估结果，对废旧机械进行有选择性地拆卸。拆卸后，对各部件进行彻底的清洗，去除油污、锈迹和其他杂质。

（3） 再加工与修复。对清洗后的部件进行检查，对需修复的部分进行再加工或修复。这一步通常涉及磨损零件的修复、表面处理的更新及损坏零件的替换。

（4） 组装与测试。所有修复和替换工作完成后，进行机械的组装。组装完成后，进行全面的性能测试，确保再制造后的机械性能达到或超越新品的状态。

（5） 质量检查与交付。进行严格的质量检查，确保每一项指标都满足要求。合格后，将再制造的机械交付给客户。

2.3 工程机械再制造技术的分类和应用领域

（1）表面工程技术。该技术主要用于处理工程机械的表面损伤，如磨损、腐蚀等。通过电镀、热喷涂、化学镀等方法，可以在受损表面形成一层新的材料，恢复其原有性能。广泛应用于各种机械零部件的修复。

（2）无损检测技术。无损检测技术是确保再制造产品质量的重要手段，如超声检测、射线检测、磁粉检测等。这些技术可以在不损伤产品的情况下，检测出产品的内部缺陷，确保再制造产品的质量。

（3）纳米修复技术。纳米技术为工程机械的修复提供了新的可能。纳米材料具有优异的力学性能和化学稳定性，可以显著提高修复层的耐磨、耐腐蚀性。

在精密机械、航空航天等领域有广泛应用。

2.4 具体再制造技术分析

2.4.1 修复与翻新技术

（1）检测是再制造过程中最基础的一步，只有准确判断出旧件的状态，才能确定最合适的修复方法。这一步需要使用各种检测工具，如显微镜、X 射线检测设备等，对旧件进行细致的检查，找出潜在的问题。

（2）修复是再制造技术的核心环节，其包括表面处理、尺寸修复、材料补充等步骤。表面处理主要是去除旧件表面的污渍、锈迹和磨损痕迹，使其露出新的金属表面。尺寸修复是针对那些因磨损或损坏导致尺寸变化的旧件，通过打磨、切削或填充等方法，使其恢复到原始尺寸。材料补充则是针对那些因磨损导致材料缺失的区域，使用与旧件相同或兼容的材料进行填补。

（3）翻新阶段。这一阶段的目标是将修复后的旧件组装成新的产品。这不仅包括将各个零部件组装在一起，还需要进行必要的测试和调整，确保新产品的性能与原始产品相当。

2.4.2 材料强化与加固技术

（1）对于金属材料，常用的强化与加固技术包括热处理、表面强化和复合强化等。热处理是通过改变金属材料的内部结构，提高其力学性能和抗疲劳性能。表面强化则是利用物理或化学方法，对金属材料表面进行涂层、渗碳、渗氮等处理，以提高其耐磨、耐腐蚀和耐高温等性能。复合强化则是将两种或多种强化方法结合使用，如表面涂层与内部热处理的结合，可达到更好的强化效果。

（2）对于非金属材料，如高分子材料，常用的强化与加固技术包括增强填充、弹性体改性、交联硬化等。增强填充是通过添加玻璃纤维、碳纤维等增强材料，提高高分子材料的力学性能和耐热性。弹性体改性是通过改变高分子材料的分子结构，提高其弹性、耐油和耐化学腐蚀等性能。交联硬化则是利用化学方法，使高分子材料在分子间形成交联网络，从而提高其耐热性和耐老化性。

（3）对于复合材料，常用的强化与加固技术包括层压复合、纤维增强和颗粒增强等。层压复合是通过将两种或多种材料叠加在一起，利用其各自的优势，提高复合材料的综合性能。纤维增强是利用纤维材料对复合材料进行增强，提高其力学性能和耐热性。颗粒增强则是通过添加颗粒状增强材料，提高复合材料的耐磨、耐腐蚀和耐高温等性能。

2.4.3 制造工艺改进与优化技术

对于传统的加工工艺，如焊接、热处理和机加等，都需要根据再制造的需求进行优化。例如，对于焊接工艺，可以采用激光焊接或者摩擦焊接等新工艺，这些新工艺不仅可以提高焊接质量，还可以减少焊接变形，提高再制造效率。

热处理方面，可通过调整温度、时间等参数，改善材料的机械性能，提高零件的疲劳寿命。在机加工方面，引入数控机床和加工中心等设备，可以精确控制加工参数，提高加工精度，满足再制造的精度要求。

此外，新的表面工程技术，如喷涂、电镀、渗碳等也逐渐应用于再制造中。这些技术可以在不改变零件基材的基础上，提高表面的耐磨、耐腐蚀等性能，从而延长零件的使用寿命。同时，制造工艺的改进还需要注重环保和可持续发展。例如，采用环保的清洗剂和切削液，减少废弃物排放；优化材料利用，减少材料浪费；引入循环生产系统，使废旧零件能够再次回收利用。

2.4.4 非破坏性检测与评估技术

非破坏性检测与评估技术的重要性在于，在保持产品原有结构完整性的前提下，对产品的性能、状态和寿命进行准确的评估。这种技术可以在不破坏产品的情况下，通过无损检测手段，如超声波、射线、磁粉等，对产品的内部结构和缺陷进行检测，从而判断产品是否具有再制造的价值。

非破坏性检测与评估技术的优点在于其非破坏性和无损性，可以在不改变产品原有状态的情况下，获取产品的全面信息。此外，这种技术还具有高效、快捷、准确的优点，可以大幅提高再制造的生产效率和产品质量。

在实际应用中，非破坏性检测与评估技术可以应用于各种类型的产品，包括金属、塑料、复合材料等。通过对产品的全面检测和评估，可以有效地筛选出具有再制造价值的产品，避免了资源的浪费，同时也为再制造的生产提供了可靠的技术保障。

3 结束语

再制造技术在延长设备使用寿命、降低生产成本、减少废弃物对环境的影响等方面具有显著的优势和重要意义。表面工程技术、无损检测技术以及纳米修复技术的应用使得工程机械的再制造更加高效和可行。同时，修复与翻新技术、材料强化与加固技术、制造工艺改进与优化技术及非破坏性检测与评估技术的综合运用，为再制造提供了丰富的手段和技术支持。随着再制造技术的不断发展和完善，相信工程机械再制造领域必将迎来更广阔的发展空间，并为工程机械行业的可持续发展和资源利用提供更多的可能性。

参考文献

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