工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷的膠粘修復(fù)技術(shù)

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摘要：隨著我國各種土建工程項(xiàng)目越來越多，施工建設(shè)過程中施工單位因操作不當(dāng)或保養(yǎng)維護(hù)不當(dāng)，導(dǎo)致很多工程機(jī)械出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷；利用再制造膠粘修復(fù)技術(shù)對其進(jìn)行修復(fù)再制造，能減少相關(guān)企業(yè)在工程機(jī)械方面的成本，從而提高經(jīng)營效益。但目前，我國再制造技術(shù)方面研究較多，而對于再制造膠粘修復(fù)技術(shù)研究較少?；诖耍靥骄抗こ虣C(jī)械結(jié)構(gòu)損傷再制造膠粘修復(fù)技術(shù)，以供相關(guān)企業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)

1再制造技術(shù)簡介

再制造技術(shù)就是對處于壽命周期內(nèi)的舊機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解或清洗，將其中損傷部件進(jìn)行修復(fù)或重新裝配，然后通過合理、有效的試驗(yàn)手段進(jìn)行驗(yàn)證，最后通過這種手段再次制造機(jī)械，在結(jié)構(gòu)性能與可靠性方面達(dá)到或者接近原制造精度。相較于新品制造，再制造產(chǎn)品能夠節(jié)省一半以上成本，同時還能減少60%能源消耗和70%原材料消耗，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生固體廢物，所以再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。工程機(jī)械是一種使用在土石方施工工程、路面建設(shè)與養(yǎng)護(hù)、流動式起重裝卸作業(yè)和各種建筑工程所需的綜合性機(jī)械化施工工程所必需的機(jī)械裝備。從其工作內(nèi)容來看，工程機(jī)械工作環(huán)境十分復(fù)雜，其金屬結(jié)構(gòu)承受著復(fù)雜的交變載荷，這很容易導(dǎo)致工程機(jī)械在全壽命周期內(nèi)發(fā)生疲勞性損傷，導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，在其表面或內(nèi)部出現(xiàn)裂紋。這些含有疲勞性裂紋的損傷結(jié)構(gòu)，會成為該工程機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)，如果不對其進(jìn)行再制造修復(fù)，就會出現(xiàn)生產(chǎn)事故；而通過再制造膠粘修復(fù)，借助特殊膠層中膠粘界面，將工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷部位所承受載荷傳遞給補(bǔ)片，能有效應(yīng)對施工中應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而延緩該工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷生長，提升其整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與承載能力，進(jìn)而延長工作壽命周期。

2工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷的再制造的意義分析

指出人與自然是生命共同體，而我國要建成人與自然和諧共生的社會主義現(xiàn)代化。為此，提出了綠色發(fā)展理念。在新時期新時代下，既引導(dǎo)社會經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，又兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境和諧發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展就成為我國各行各業(yè)共同的發(fā)展目標(biāo)。在上文已經(jīng)說過，對工程機(jī)械進(jìn)行再制造，能節(jié)省50%的成本，同時還能減少60%的能源消耗和70%的原材料消耗，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生固體廢物。因此，工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷再制造就具有如下幾點(diǎn)重要意義。

2.1節(jié)能環(huán)保

工程機(jī)械大都是重型裝備，構(gòu)件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，如果購買新的會造成企業(yè)成本增高，而采用再制造技術(shù)不僅會節(jié)約大量成本，還能提高資源利用率。以汽車再制造為例，根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，制造一輛新車在能耗方面幾乎超過再制造的10倍以上，而通過再制造能將汽車原本發(fā)動機(jī)價值提升80%以上。同時，再制造幾乎不產(chǎn)生固體廢物，對環(huán)境污染程度會降低30%以上。因此，對工程機(jī)械進(jìn)行再制造具有節(jié)能環(huán)保的顯著特點(diǎn)。

2.2增加效益

我國自2005年應(yīng)用再制造技術(shù)以來，經(jīng)過十多年探索，在再制造方面已經(jīng)取得了巨大成就，如工程機(jī)械再制造成本不到新品制造一半，且有巨大提升空間。此外，在能源消耗和原材料消耗上也能節(jié)約一半以上，有效提高相關(guān)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷分析

工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，主要包括變形、裂紋、磨損、腐蝕以及連接失效。本文所研究的主要是裂紋類結(jié)構(gòu)損傷，這種結(jié)構(gòu)損傷一般分為軋制裂紋、焊接裂紋與疲勞裂紋。在實(shí)際工程作業(yè)中，因金屬結(jié)構(gòu)裂紋導(dǎo)致工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)斷裂而造成的事故具有極大危害性。例如起重機(jī)械的主受力構(gòu)件一旦出現(xiàn)裂紋，并逐漸擴(kuò)展，就會造成起重機(jī)械承載能力不斷下降，并造成局部失穩(wěn)，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)整機(jī)傾覆現(xiàn)象，造成重大安全生產(chǎn)事故。

4工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷再制造膠粘修復(fù)技術(shù)分析

當(dāng)前，在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷再制造膠粘修復(fù)技術(shù)中，主要由兩種形式構(gòu)成：第一，復(fù)合材料制成的補(bǔ)片；第二，膠粘劑。針對不同類型、不同幾何形態(tài)的裂紋，修復(fù)作業(yè)人員應(yīng)采用不同的復(fù)合材料補(bǔ)片以及膠粘劑。目前，在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷再制造膠粘修復(fù)中，使用的復(fù)合材料補(bǔ)片主要有硼/環(huán)氧樹脂、碳/環(huán)氧樹脂和玻璃纖維材料，其中，硼/環(huán)氧樹脂補(bǔ)片對于工程機(jī)械表面裂紋修復(fù)的效果最優(yōu)越，比碳/環(huán)氧樹脂及玻璃纖維分別高出3%～5%左右；而且，硼的預(yù)浸料是單向的，帶有一層纖細(xì)的聚酯纖維織品材料，能強(qiáng)化補(bǔ)片材料強(qiáng)度。例如，硼纖—環(huán)氧樹脂和硼纖維—鋁這兩種復(fù)合材料，在飛機(jī)及航天航空中因具有良好的力學(xué)性能、彈性模量與剪切模量，能承受更多膠層傳遞載荷而得到廣泛應(yīng)用。在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷再制造膠粘修復(fù)中，使用硼/環(huán)氧樹脂材料補(bǔ)片能有效提高結(jié)構(gòu)損傷部位力學(xué)性能，從而延長工程機(jī)械工作壽命周期。

5再制造膠粘技術(shù)的優(yōu)勢分析

在工程機(jī)械再制造中，傳統(tǒng)方法一般是采用螺接、鉚接或焊接手段，但這幾種手段較膠粘修復(fù)技術(shù)而言，都存在或多或少不足。接下來，本文就詳細(xì)分析膠粘修復(fù)技術(shù)較上述三種傳統(tǒng)再制造手段的顯著優(yōu)勢。

5.1修復(fù)作業(yè)周期更短

對工程機(jī)械進(jìn)行再制造膠粘修復(fù)，作業(yè)人員只需要根據(jù)施工企業(yè)提供的結(jié)構(gòu)損傷裂紋參數(shù)、載荷類型與實(shí)際工況設(shè)計修復(fù)方案，然后選擇相應(yīng)參數(shù)與力學(xué)性能補(bǔ)片與膠粘劑即可。而且，補(bǔ)片和膠粘劑都便于攜帶，到了施工現(xiàn)場，修復(fù)作業(yè)人員只需要采用微波固化工藝就可以對工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷部位進(jìn)行修復(fù)，所使用時間很短，所以再制造膠粘修復(fù)技術(shù)較傳統(tǒng)三種修復(fù)技術(shù)作業(yè)周期更短。

5.2修復(fù)作業(yè)效果更好

因?yàn)檠a(bǔ)片材料與膠粘劑都屬于柔性材料，對工程機(jī)械受損傷部位進(jìn)行二次共固化，能在很大程度上調(diào)整補(bǔ)片形狀，使其從容應(yīng)對工程機(jī)械損傷結(jié)構(gòu)表面復(fù)雜曲面；而且這種復(fù)合材料制作補(bǔ)片，具有極強(qiáng)的力學(xué)性能，在抗拉和抗剪切強(qiáng)度方面具有良好性能，借助相應(yīng)膠粘劑將其與損傷結(jié)構(gòu)粘和在一起，能提高結(jié)構(gòu)損傷部位承載能力。另外，借助膠粘修復(fù)技術(shù)，不需要像傳統(tǒng)修復(fù)工藝對工程機(jī)械進(jìn)行打眼螺接、鉚接或焊接，所以不會形成新的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這樣就極大地提高了工程機(jī)械損傷結(jié)構(gòu)抗疲勞性，延長了該工程機(jī)械工作壽命。此外，符合材料補(bǔ)片密度較小，具有較高的強(qiáng)度和剛度，同時還具有耐酸堿、抗油與抗水的顯著特點(diǎn)，能有效抵御復(fù)雜工況下施工環(huán)境對機(jī)械的腐蝕。

5.3對再制造修復(fù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行智能監(jiān)測

當(dāng)前，在對工程機(jī)械損傷結(jié)構(gòu)進(jìn)行再制造膠粘修復(fù)時，修復(fù)作業(yè)人員在復(fù)合材料制成的補(bǔ)片中添加了碳納米管，這樣一來，補(bǔ)片就具有了更好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性；將其粘合在工程機(jī)械損傷結(jié)構(gòu)部位，當(dāng)產(chǎn)生破損時，其中添加的碳納米管會隨之產(chǎn)生一定破損，工作人員只需要觀察補(bǔ)片導(dǎo)電率信號變化情況，就可以監(jiān)測到補(bǔ)片完整性及發(fā)生破損位置；然后提取該位置應(yīng)力變化信息，就可對其進(jìn)行相應(yīng)處理，從而提高工程機(jī)械結(jié)構(gòu)安全性。

6結(jié)語

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程加快，各種土建工程不斷開工建設(shè)，使得我國工程機(jī)械保有量不斷上漲，但其中很大一部分工程機(jī)械都或多或少存在著一定結(jié)構(gòu)損傷，影響到了這些機(jī)械正常使用。采用再制造膠粘修復(fù)技術(shù)對其進(jìn)行修復(fù)處理，能有效提高工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷部位承載能力及抗疲勞性，從而延長工程機(jī)械工作壽命。本文系統(tǒng)闡述了再制造膠粘修復(fù)技術(shù)在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷方面的應(yīng)用和作用，僅為筆者個人淺見，希望能對相關(guān)企業(yè)工程機(jī)械再制造膠粘修復(fù)工作提供參考。

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作者：馮國平 單位：浙江銘仕興新暖通科技有限公司