腐蚀孔的扩孔复合强化方法
【专利摘要】本发明涉及孔表面损伤修复与强化领域，具体而言，涉及一种腐蚀孔的扩孔复合强化方法。其为先通过对被处理孔的孔壁进行抛光，用于去除腐蚀产物，同时减小孔壁粗糙度，之后采用冷挤压扩孔的方法进行孔壁强化处理。本发明提供的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，通过冷挤压扩孔，在被处理孔的表面进行强化处理，有助于对预腐蚀孔疲劳强度的恢复；不需要进行零件的更换，工艺简单、成本低、节省材料，特别适合用延长老龄机械装备的服役寿命。
【专利说明】
腐蚀孔的扩孔复合强化方法
技术领域
[0001]本发明涉及孔表面损伤修复与强化领域，具体而言，涉及一种腐蚀孔的扩孔复合强化方法。
【背景技术】
[0002]结构中的各类孔是腐蚀和疲劳的薄弱部位，飞机结构，舰船钢结构，大型钢结构，钻井平台，钢桥，交通运输工具及轨梁钢结构，特别是在海洋大气或沿海地区服役的上述钢(铝)结构腐蚀后孔的疲劳强度大幅下降，孔壁的腐蚀不仅会导致疲劳过早发生，而且会使疲劳裂纹门槛值降低。
[0003]为解决孔结构的腐蚀问题，现有维修或修理措施有:
[0004]1、铰削处理:铰孔去除腐蚀层。
[0005]2、换件修理:大面积换板或更换新零部件。
[0006]但是，传统工艺各有不足之处:
[0007]1、铰孔:去除材料，降低结构静强度，多次铰削会造成结构报废。飞机重要承力孔结构仅允许一次铰削。
[0008]2、换件修理:成本高，工作量大，浪费材料。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供腐蚀孔的扩孔复合强化方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0010]在本发明的实施例中提供了一种腐蚀孔的扩孔复合强化方法，即先通过对所述被处理孔的孔壁进行抛光，用于去除腐蚀产物，同时减小孔壁粗糙度，之后采用冷挤压扩孔的方法进行孔壁强化处理。
[0011 ]进一步的，对所述被处理孔进行抛光的方式为机械旋转抛光或超声抛光。
[0012]进一步的，抛光处理后孔壁表面的粗糙度为小于Ra3.2。
[0013]进一步的，冷挤压扩孔的方法的方法为:
[0014]将工作段直径大于被处理孔的孔径的冷挤压芯棒，匀速拉拔或者推压通过被处理孔，使孔壁产生塑性变形区，卸载后产生残余压应力和强化层。
[0015]进一步的，在抛光过程中，每次更换磨料或研磨剂前，对工具头和所述被处理孔的孔壁进行清洗。
[0016]进一步的，抛光后立即进行后继冷挤压强化处理，或在孔壁喷淋防锈涂层。
[0017]进一步的，所述冷挤压芯棒在进入到所述被处理孔之前，需进行表面润滑。
[0018]进一步的，对所述冷挤压芯棒进行润滑的润滑剂为固定润滑剂。
[0019]进一步的，所述冷挤压芯棒在通过所述被处理孔时，中间不进行停顿。
[0020]进一步的，冷挤压扩孔在挤出端形成的凸缘，用机械或手工打磨的工艺进行处理。
[0021]本发明提供的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，通过冷挤压扩孔，在被处理孔的表面进行强化处理，有助于对预腐蚀孔疲劳强度进行大幅度的恢复;不需要进行零件的更换，工艺简单、成本低、节省材料，特别适合用延长老龄机械装备的服役寿命。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明腐蚀孔的扩孔复合强化方法的机械旋转预抛光工艺示意图；
[0024]图2为本发明腐蚀孔的扩孔复合强化方法的超声预抛光工艺示意图；
[0025]图3为本发明腐蚀孔的扩孔复合强化方法的后续冷挤压扩孔工艺示意图；
[0026]图4为本发明腐蚀孔的扩孔复合强化方法的工艺流程图。
[0027]附图标记:
[0028]1:被处理件 2:工具头3:旋转抛光机
[0029]4:被处理孔 5:变幅杆6:超声抛光机
[0030]7:冷挤压芯棒8:塑性变形区
【具体实施方式】
[0031]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0033]此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]本发明是针对传统孔结构维修方式存在的不足，针对孔壁表面腐蚀提供了一种预抛光与冷挤压扩孔复合强化处理工艺。
[0036]其技术原理为:通过对腐蚀孔壁进行抛光来去除腐蚀产物，同时减小孔壁粗糙度，之后采用冷挤压扩孔的方法进行孔壁强化处理。
[0037]本发明通过以下方式实现:
[0038]1、预抛光处理:预抛光处理可采用旋转抛光机3或超声抛光机6(但不限于这两种抛光技术)，抛光工具头2机械连接于旋转抛光机输出转轴，或超声抛光机的变幅杆5的端部。将预抛光工具头2置于被处理件I上的被处理孔4的孔壁表面进行去除腐蚀产物抛光与处理。抛光时间根据孔壁表面腐蚀状况来确定，每道次一般I?5min，预抛光处理后孔壁表面的粗糙度应小于Ra 3.2。
[0039]根据孔壁材料、孔壁粗糙度和与抛光处理后的粗糙度要求，依次使用适当磨料和适当粒度的研磨剂，对腐蚀孔进行抛光处理，抛光时间约每道次I?5min，更换磨料和研磨剂前，必须用100 %的纯棉花粘取酒精或其他清洁液清洗工具头和孔壁表面，最终使孔壁表面粗糙度达到Ra < 0.8μπι。使用软木棒或竹棒可配合孔壁圆面的弧度。
[0040]2、冷挤压扩孔强化处理:预抛光之后，将工作段直径D稍大于经预抛光处理后的被处理孔孔径d0的冷挤压芯棒7在充分润滑的条件下匀速拉拔或者推压通过经预抛光处理的孔，使孔壁材料产生塑性变形区8，卸载后产生残余压应力和强化层。
[0041]预抛光后，在尽可能短的时间内进行后继冷挤压强化处理，否则需要在预抛光处理后在孔壁喷淋防锈涂层，以免孔壁腐蚀或氧化。
[0042]冷挤压扩孔时，将工作段直径稍大于预抛光后孔径的芯棒在充分润滑的条件下匀速挤压通过经预抛光处理的孔(挤压速度一般在20mm/min.左右，不允许在中途停顿)，使孔壁材料产生残余压应力和强化层。润滑剂一般选用耐压性能好的固体润滑剂，如经润滑油调和的石墨，或经润滑油调和的二硫化钼，也可以使用油类润滑剂，如动物油、植物油和矿物油。
[0043]冷挤压扩孔的挤压量应根据被处理材料和强化要求来确定，一般高强钢在2.4%?3%之间，高强铝合金在1.2?4.8%之间。注意，挤压量不宜过大，以免使孔壁表面产生损伤。
[0044]3、冷挤压扩孔一般会在挤出端形成凸缘，为了避免影响到后续的栓接或铆接装配，应采用机械或手工打磨工艺将凸缘处理，打磨时应注意不能伤及孔壁表面。
[0045]如附图1至图4所示，本发明提供了一种腐蚀孔的扩孔复合强化方法，即先通过对所述被处理孔4的孔壁进行抛光，用于去除腐蚀产物，同时减小孔壁粗糙度，之后采用冷挤压扩孔的方法进行孔壁强化处理。
[0046]冷挤压芯棒7包括工作段、连接段和导向段。工作段的两端分别为连接段和导向段，连接段将冷挤压芯棒7与挤压动力装置如步进电机等连接起来，给冷挤压芯棒7—个挤压的动力，导向段在工作段进入到被处理孔4之前先进入到被处理孔4中，能够避免工作段无法与被处理孔4进行对齐对正。
[0047]导向段的设置，一般为圆台等结构，或设置为导向柱，在导向柱与工作段之间设置倒角，以便于工作段进入被处理孔4中。
[0048]冷挤压芯棒7的工作段的直径略大于被处理孔4的孔径，通过挤压动力装置带动冷挤压芯棒7进入到被处理孔4中，对被处理孔4的孔壁进行挤压，进而使孔壁产生塑形变形区，进而在冷挤压芯棒7从被处理孔4中抽出后，被处理孔4的孔壁产生残余压应力和强化层，进而提高被处理孔4的疲劳强度。
[0049]需要指出是的，冷挤压芯棒7在被处理孔4中进行拉拔或推压时，需要保证匀速，避免由于速度不匀而造成的塑性变形不均匀，进而在抽出冷挤压芯棒7后的强化层不均匀。
[0050]被处理件I开始进行处理之前，被处理孔4的孔壁上会有较多的腐蚀产物。在进行被处理孔4的强化之前，先对被处理孔4进行抛光，能够将被处理孔4的孔壁上的腐蚀产物去除，进而在对被处理孔4进行冷挤压时，不会将腐蚀产物挤压进孔壁中，进而能够提高被处理孔4的孔壁的疲劳强度。
[0051 ]并且，对被处理孔4进行抛光，还可以提高被处理孔4的孔壁光洁度，降低粗糙度，进而降低冷挤压芯棒7进入到被处理孔4的难度，且能够减少冷挤压芯棒7的工作段表面与被处理孔4的孔壁之间的摩擦，进而提高冷挤压芯棒7的寿命。
[0052]优选的实施方式为，对所述被处理孔4进行抛光的方式为机械旋转抛光或超声抛光。
[0053]对被处理孔4的抛光方式有很多种。在本实施例中，米用了机械旋转抛光和超声抛光两者方式。
[0054]机械旋转抛光是使用旋转抛光机3带动工具头2转动，通过工具头2对被处理孔4进行抛光。工具头2机械连接在旋转抛光机3的输出转轴上，当旋转抛光机3进行转动时，带动工具头2进行转动，通过工具头2的工作表面来对被处理孔4的孔壁进行打磨抛光。
[0055]超声抛光是超声抛光机6带动工具头2进行振动，通过工具头2对被处理孔4进行抛光。超声抛光机6主要是有超声波发生器发出超声波，经过换能器将超声波转换为机械振动，再进一步经过变幅杆5的增幅后，带动工具头2进行振动，进而通过工具头2的工作表面来对被处理孔4的孔壁进行打磨抛光。
[0056]需要指出的是，对被处理孔4的抛光方式可以是机械旋转抛光或超声抛光，但其不仅仅局限于上述两种方式，其还可以是其他的抛光方式，也就是说，其只要能够实现对被处理孔4的孔壁进行抛光即可。
[0057]优选的实施方式为，抛光处理后孔壁表面的粗糙度为小于Ra3.2。
[0058]被处理孔4经过抛光后，其孔壁的表面粗糙度应该降低到一个较低的数值，以保证将孔壁表面的腐蚀产物全部清除完毕。
[0059]经过多次试验研究后，本实施例将抛光处理后的孔壁的表面粗糙度设置为小于Ra3.2，来保证腐蚀产物的干净，进而保证被处理孔4的疲劳强度的恢复。
[0060]优选的实施方式为，冷挤压扩孔的方法的方法为:
[0061]将工作段直径大于被处理孔4的孔径的冷挤压芯棒7，匀速拉拔或者推压通过被处理孔4，使孔壁产生塑性变形区8，卸载后产生残余压应力和强化层。
[0062]优选的实施方式为，在抛光过程中，每次更换磨料或研磨剂前，对工具头2和所述被处理孔4的孔壁进行清洗。
[0063]根据孔壁材料、孔壁粗糙度和与抛光处理后的粗糙度要求，依次使用适当磨料和适当粒度的研磨剂，对腐蚀的被处理孔4进行抛光处理，抛光时间约每道次I?5min，更换磨料和研磨剂前，必须用100%的纯棉花粘取酒精或其他清洁液清洗工具头2和孔壁表面，最终使孔壁表面粗糙度达到Ra < 0.8μπι。使用软木棒或竹棒可配合孔壁圆面的弧度。
[0064]对工具头2和被处理孔4的孔壁进行清洗，能够降低孔壁表面粗糙度，减少孔壁与工具头2之间的摩擦，进而可以提高工具头2的使用寿命。
[0065]对工具头2和被处理孔4的孔壁进行清洗的方式可以有很多，如上述的使用棉花粘取酒精，也可以是使用如机油、柴油甚至是水洗等方式，也就是说，只要能够将被处理孔4和工具头2的表面进行清洗干净即可。
[0066]优选的实施方式为，抛光后立即进行后继冷挤压强化处理，或在孔壁喷淋防锈涂层。
[0067]被处理孔4在经过抛光后，在尽可能短的时间内进行后继冷挤压强化处理，即在较短的时间内将冷挤压芯棒7推压进被处理孔4内，否则需要在预抛光处理后在孔壁喷淋防锈涂层，以免孔壁被再次腐蚀或氧化。
[0068]防锈涂层可以是通过使用防锈油、防锈漆或钝化液等来涂抹，也可以是使用缓蚀剂等进行处理来实现。也就是说，其只要能够避免孔壁被再次腐蚀或氧化即可。
[0069]优选的实施方式为，所述冷挤压芯棒7在进入到所述被处理孔4之前，需进行表面润滑。
[0070]冷挤压扩孔时，将工作段直径稍大于预抛光后孔径的冷挤压芯棒7在充分润滑的条件下匀速挤压通过经预抛光处理的被处理孔4，使孔壁上产生残余压应力和强化层。
[0071 ] 经过润滑后的冷挤压芯棒7进通过挤压进入到被处理孔4中，能够降低冷挤压芯棒7与被处理孔4之间的摩擦，进而是冷挤压芯棒7比较容易的挤进被处理孔4内，实现对被处理孔4的冷挤压扩孔。
[0072]优选的实施方式为，对所述冷挤压芯棒7进行润滑的润滑剂为固定润滑剂。
[0073]润滑剂一般选用耐压性能好的固体润滑剂，如经润滑油调和的石墨，或经润滑油调和的二硫化钼，也可以使用油类润滑剂，如动物油、植物油和矿物油。
[0074]优选的实施方式为，所述冷挤压芯棒7在通过所述被处理孔4时，中间不进行停顿。
[0075]挤压速度一般在20mm/min.左右，不允许在中途停顿。
[0076]冷挤压扩孔的挤压量应根据被处理材料和强化要求来确定，一般高强钢在2.4%?3%之间，高强铝合金在1.2?4.8%之间。注意，挤压量不宜过大，以免使孔壁表面产生损伤。
[0077]优选的实施方式为，冷挤压扩孔在挤出端形成的凸缘，用机械或手工打磨的工艺进行处理。
[0078]冷挤压扩孔一般会在挤出端形成凸缘，为了避免影响到后续的栓接或铆接装配，应采用机械或手工打磨工艺将凸缘去除，打磨时应注意不能伤及孔壁表面。
[0079]总结的说，本发明腐蚀孔的扩孔复合强化方法是，先将被处理孔4进行抛光，在抛光的过程中，在更换磨料或研磨剂前，需要对工具头2和被处理孔4的孔壁进行清洗;在抛光后，使用表面润滑后的冷挤压芯棒7对被处理孔4的孔壁进行冷挤压扩孔;不能进行及时冷挤压扩孔的，对被处理孔4的孔壁进行喷淋防锈涂层处理;冷挤压扩孔后的被处理孔4产生的凸缘进行机械或手工打磨，整个工艺流程图如图4所示。
[0080]综上可以看出，本发明与铰孔相比，预抛光材料去除少，基本不改变孔的名义直径，对孔结构的静强度影响很小，而传统的铰孔工艺去除了孔壁材料，会造成孔结构静强度下降。
[0081]传统的铰孔修复方法，铰孔后没有后继的挤压强化处理，所以对预腐蚀孔疲劳强度的恢复有限。
[0082]本发明的方法与换件修理相比，工艺简单、成本低、节省材料，特别适合用延长老龄机械装备的服役寿命。
[0083]本发明提供的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，通过冷挤压扩孔，在被处理孔4的表面进行强化处理，有助于对预腐蚀孔疲劳强度的恢复;不需要进行零件的更换，工艺简单、成本低、节省材料，特别适合用延长老龄机械装备的服役寿命。
[0084]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，先通过述被处理孔的孔壁进行抛光，用于去除腐蚀产物，同时减小孔壁粗糙度，之后采用冷挤压扩孔的方法进行孔壁强化处理。2.根据权利要求1所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，对所述被处理孔进行抛光的方式为机械旋转抛光或超声抛光。3.根据权利要求1所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，抛光处理后孔壁表面的粗糙度为小于Ra 3.2。4.根据权利要求1所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，冷挤压扩孔的方法的方法为: 将工作段直径大于所述被处理孔的孔径的冷挤压芯棒，匀速拉拔或者推压通过所述被处理孔，使孔壁产生塑性变形区，卸载后产生残余压应力和强化层。5.根据权利要求1所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，在抛光过程中，每次更换磨料或研磨剂前，对工具头和所述被处理孔的孔壁进行清洗。6.根据权利要求1所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，抛光后立即进行后继冷挤压强化处理，或在孔壁喷淋防锈涂层。7.根据权利要求4所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，所述冷挤压芯棒在进入到所述被处理孔之前，需进行表面润滑。8.根据权利要求7所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，对所述冷挤压芯棒进行润滑的润滑剂为固定润滑剂。9.根据权利要求4所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，所述冷挤压芯棒在通过所述被处理孔时，中间不进行停顿。10.根据权利要求1-9任一项所述的腐蚀孔的扩孔复合强化方法，其特征在于，冷挤压扩孔在挤出端形成的凸缘，用机械或手工打磨的工艺进行处理。
【文档编号】C21D7/12GK105861798SQ201610291134
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】朱有利, 侯帅, 王燕礼, 许艺, 许永晗, 杜晓坤
【申请人】中国人民解放军装甲兵工程学院