烏金瓦面釬焊修復(fù)質(zhì)量探究

摘 要：軸瓦在許多領(lǐng)域之中都有著廣泛的應(yīng)用，而在軸瓦的生產(chǎn)和修復(fù)過程中，都離不開釬焊操作，焊接的質(zhì)量對(duì)于軸瓦的質(zhì)量有著非常重要的影響，所以必須要注重焊接質(zhì)量的控制。因此本文首先就烏金瓦面焊接質(zhì)量控制的意義進(jìn)行了探討，然后對(duì)烏金瓦面焊接過程中常見的質(zhì)量問題，同時(shí)對(duì)于烏金瓦面焊接質(zhì)量影響因素進(jìn)行了總結(jié)，最后提出了烏金瓦面修復(fù)時(shí)焊接質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)軸承 釬焊作業(yè) 焊接質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）11-0-02

前言

滑動(dòng)軸承具有承壓面積大，工作平穩(wěn)，無噪音等優(yōu)點(diǎn)，常用于重載高速的場(chǎng)合，廣泛用于汽輪機(jī)主軸軸承、大型電機(jī)的軸承、大型內(nèi)燃機(jī)的曲軸軸承等。在滑動(dòng)軸承中，軸瓦及其內(nèi)襯的合金，稱為軸承合金（又稱烏金）。軸承烏金瓦面與鋼胎屬于異種金屬，僅能采用火焰釬焊作業(yè)進(jìn)行焊接，其焊接性較差。軸承在工作中不僅承受軸的壓力，而且還與軸之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，可導(dǎo)致軸瓦的損壞和大型設(shè)備的停運(yùn)。由于軸是機(jī)器上主要的零件且價(jià)格較貴、更換困難，所以在磨損不可避免的情況下從軸瓦材料上、焊接質(zhì)量上、工藝措施上采取措施，以確保軸受到較小的磨損。

一、烏金瓦面質(zhì)量保障的意義

1.軸瓦設(shè)備的重要性

滑動(dòng)軸承往往用于大型設(shè)備上，對(duì)主軸起支撐作用，既要保證軸系的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，又要保證軸系的安全（在產(chǎn)生故障時(shí)，主軸不被損壞）。因?yàn)榇笮驮O(shè)備的軸較為貴重，如果軸系損壞不僅更換困難，而且設(shè)備本身造價(jià)高昂，加之設(shè)備停運(yùn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失更加巨大。故必須在支撐軸的瓦面的材料上、焊接工藝上、焊接質(zhì)量上尋求突破，只有軸瓦系統(tǒng)的安全穩(wěn)定來保證軸的安全，保證設(shè)備的安全高效運(yùn)行。

2.常見軸承合金簡(jiǎn)介

軸瓦的瓦面所用的軸承合金材料巴士合金稱之為烏金，這種巴士合金按其化學(xué)成分可分為兩類，即錫基巴士合金和鉛基巴氏合金。 錫基軸承合金，它是錫和銻、銅等元素配置而成的合金。最常用的錫基巴氏合金是ChSnSb11-6，Ch表示軸承合金，其中銻（Sb）的平均含量為11%，銅的平均含量為6%，其中為錫（含量為83%）。在錫基巴氏合金中，軟基體為銻在錫中的固溶體，硬質(zhì)點(diǎn)是化合物SnSb和Cu3Sn。

錫基巴氏合金的摩擦系數(shù)小，塑性、導(dǎo)熱性和耐蝕性好，主要用于高速重載下的工作的軸承，如汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)上的主要軸承，其許用工作溫度不能超過110攝氏度。錫基巴氏合金的疲勞強(qiáng)度低，為了提高其疲勞強(qiáng)度和節(jié)約錫基巴氏合金，常在低碳鋼的軸瓦上澆鑄一層薄的錫基巴氏合金，這種軸承通稱雙金屬軸承。

鉛基巴氏合金，它是以鉛為基礎(chǔ)，加入銻、銅等合金元素的軸承合金。最常用的排號(hào)是Chpb16-16-1.8，其中含16%Sb、16%Sn和1.8%Cu，其余為鉛（含量約為66.2%）。這種合金的軟基體是錫和銻在鉛中的固熔體，硬質(zhì)點(diǎn)是化合物SnSb和Cu3Sn。

鉛基巴氏合金的性能不及錫基巴氏合金，但避免了用價(jià)格貴的錫，故成本較低，常用來制造中等負(fù)荷的軸承，如電廠風(fēng)機(jī)、泵、磨煤機(jī)和電動(dòng)機(jī)設(shè)備的軸承上，其許用工作溫度不能超過120攝氏度。

除了用巴氏合金作為軸承合金外，在生產(chǎn)上還用銅基軸承合金，如ZQPb30、ZQSn10-1等。除此而外還有鉛基軸承合金（基本元素是鉛，主添加元素有銻和錫）、鑄鐵軸承合金（如珠光體灰口鐵）以及粉末合金軸承材料（將金屬粉末或金屬與非金屬粉末放在模具內(nèi)加壓成形，然后燒結(jié)而成為零件）等。

3.軸承合金選用原則

在滑動(dòng)軸承中，制造軸瓦及其內(nèi)襯的合金，稱為軸承合金，軸承在工作中不僅承受軸的壓力，而且還與軸知己產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。由于軸是機(jī)器上主要的零件且價(jià)格較貴、更換困難，所以在磨損不可避免的情況下從軸瓦材料上采取措施，以確保軸受到的磨損較小，為此軸承合金應(yīng)滿足以下要求：

1、具有較小的摩擦系數(shù)和足夠的強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；

2、硬度不高以免磨損軸；

3、能夠保存潤(rùn)滑油，以保持潤(rùn)滑；

4、良好的導(dǎo)熱性與內(nèi)腐蝕性；

5、良好的的工藝性能——易于澆鑄，并易于和瓦底焊合；

6、材料的經(jīng)濟(jì)性，制造容易，成本低廉。

為了滿足上述性能的要求，除了對(duì)材料本身的性能加以考慮外，則應(yīng)要求軸承合金的組織是：在軟的基體上均勻分布著硬的質(zhì)點(diǎn)。軸承工作時(shí)，軟的基體很快地被磨凹下去，凹陷處可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，而突起的硬質(zhì)點(diǎn)承擔(dān)軸的壓力，起著支撐軸的作用，并抵抗磨損。由于軸與軸承的接觸面積減少，軸承被磨凹下去的便可存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，有了潤(rùn)滑油，軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能形成油膜，使軸頸與軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不直接接觸，因而摩擦系數(shù)減小，減少了磨損；流動(dòng)的潤(rùn)滑油還可以及時(shí)帶走熱量和磨宵。此外軟的基體還可以承受沖擊和震動(dòng)，以保證軸承和軸能夠很好的磨合等優(yōu)點(diǎn)。這種軸承合金組織保證了近乎理想的摩擦條件、極低的摩擦系數(shù)和機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、烏金瓦面常見的質(zhì)量問題

1.烏金瓦面表面缺陷

1.1氣孔

氣孔一般是在進(jìn)烏金焊接過程中，在凝固時(shí)熔池中的氣泡未能及時(shí)的逸出，而出現(xiàn)的空穴現(xiàn)象，成為氣孔。誘發(fā)氣孔的因素包括：烏金表面有油污、水份和銹跡；填充烏金條內(nèi)存在氣孔；操作手法不當(dāng)?shù)?。預(yù)防氣孔的措施是：焊接區(qū)域清理干凈，制作填充烏金條講求工藝，控制焊接熔池溫度，控制焊接速度，焊工操作技能嫻熟經(jīng)驗(yàn)豐富，加強(qiáng)焊接過程的層道清理。

1.2夾渣

其主要是指焊接過程中熔渣殘存在烏金中。夾渣主要有非金屬夾渣和金屬氧化物兩類，其形狀與分布有密集夾渣、條狀、鏈狀、點(diǎn)狀等，其中焊縫內(nèi)部深埋的條狀、點(diǎn)狀?yuàn)A渣是最常見的一種焊接缺陷。控制夾渣的有效措施有：清理、清洗烏金瓦面氧化層與非金屬污物；熔制烏金條時(shí)保證干凈無渣滓且烏金不被氧化；焊接過程中焊接溫度與焊接速度配合得當(dāng)，烏金瓦面與填充烏金無過燒物質(zhì)。

1.3 裂紋

裂紋是烏金瓦面特別常見的缺陷，瓦面烏金裂紋相對(duì)比較嚴(yán)重的焊接缺陷，其破壞最初是從裂紋處開始的。由于軸系是常時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)有震動(dòng)的伴生，在長(zhǎng)期震動(dòng)的環(huán)境內(nèi)細(xì)小的裂紋往往會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸地延伸，形成加長(zhǎng)或通透的裂紋，破壞了零件的整體性，同時(shí)零件的強(qiáng)度降低性能變差；加之零件是在一定的油壓中工作，裂紋受均勻的力會(huì)產(chǎn)生更大的破毀導(dǎo)致烏金瓦面成塊的脫落。因此在進(jìn)行烏金瓦面焊接過程中要采取有效措施來避免裂紋的出現(xiàn)，而且焊接完成之后還需要采取有效方法進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)裂紋要給予針對(duì)性的補(bǔ)救與處理，確保零件質(zhì)量的安全性能。

1.4未熔合

在對(duì)烏金瓦面進(jìn)行焊接時(shí)，在瓦面焊接區(qū)域?qū)娱g或補(bǔ)焊焊道出現(xiàn)局部未熔透現(xiàn)象，則稱之為未熔合。未熔合是烏金瓦面焊接過程中比較常見的一種缺陷，其會(huì)導(dǎo)致烏金瓦面會(huì)出現(xiàn)不同程度的間斷，從而極大地降低了瓦面的強(qiáng)度，還會(huì)誘發(fā)裂紋。因此，在進(jìn)行烏金瓦面焊接過程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)未熔合缺陷的存在。烏金焊接未熔合通常是因?yàn)楹附訛踅饡r(shí)對(duì)熔池溫度控制不當(dāng)，或?yàn)踅鹧趸^燒造成這一重大缺陷。

1.5磨損與塊狀缺損

烏金瓦面由于潤(rùn)滑油中存在渣滓鐵屑之類的雜物，會(huì)產(chǎn)生軸與瓦面的碰撞磨損或擦傷，因此在軸承潤(rùn)滑進(jìn)油管路上必須裝設(shè)濾網(wǎng)裝置，以防渣物對(duì)軸瓦的磨損與擦傷。烏金瓦面由于長(zhǎng)期在交變震動(dòng)的環(huán)境下運(yùn)行，瓦面與瓦胎是釬焊熔合強(qiáng)度較低，熱脹系數(shù)也不同，往往會(huì)沿著瓦胎成片脫落，形成瓦面塊狀缺損現(xiàn)象。再者是烏金在焊接的過程中若溫度過高，產(chǎn)生過燒造成烏金脆化而脫落，杜絕塊狀缺損的最有效方法是瓦胎掛錫質(zhì)量的保證和烏金焊接中不過燒。

2.烏金瓦面內(nèi)部缺陷

烏金瓦面內(nèi)部缺陷主要是瓦胎與烏金瓦面過渡層即錫層，錫層的釬焊層未充分?jǐn)U散或擴(kuò)散不均勻，使烏金瓦面和過渡的錫層及瓦胎沒有達(dá)到充分的擴(kuò)散熔合，而造成間層未熔合，此缺陷是最為常見的缺陷，是造成瓦面局部塊狀脫落的主要原因之一，其危害程度要大于氣孔、夾渣。

三、烏金瓦面修復(fù)焊接質(zhì)量保障措施

1.烏金條的制作工藝

烏金瓦面補(bǔ)焊過程中，填充烏金條必須是粗細(xì)、長(zhǎng)度適中的條裝，便于焊接時(shí)操作。烏金條的制作必須講求工藝，如果工藝不到位往往會(huì)產(chǎn)生各種焊接缺陷，由于烏金價(jià)格較為昂貴，會(huì)造成再次的浪費(fèi)與損失。烏金出廠時(shí)絕大部分都是重量5Kg--10Kg長(zhǎng)方體塊狀物體，而焊接瓦面時(shí)一般使用加工成長(zhǎng)約50㎝寬約8㎜厚度約為6㎜的橢圓扁條狀烏金條使用。熔化烏金條的模具最好用不銹鋼加工制成，使用時(shí)用砂紙或干凈的白布打磨干凈凹槽無污物烏為止，烏金熔化時(shí)盡量使用坩鍋，實(shí)現(xiàn)均勻熔化且不產(chǎn)生氧化物和烏金材料過燒。切不可用焊炬火焰直接去熔化，很容易把烏金氧化或過燒，造成烏金變脆、易裂、易脫落等缺陷，所以在制作烏金條的過程中嚴(yán)格控制所用設(shè)備的潔凈度與溫度。

2.烏金瓦面補(bǔ)焊

2.1局部磨損的軸瓦補(bǔ)焊方法

先用刮刀把磨損后需要補(bǔ)焊的瓦面均勻地刮掉薄薄一層，以清除油脂污垢，然后再用10%的鹽酸+鋅粒反應(yīng)后的溶解液清洗干凈后，再用清水沖洗，將瓦面用白布擦拭干凈后進(jìn)行補(bǔ)焊磨損的瓦面，采用氧乙炔手工焊法進(jìn)行焊接，將H01-6焊炬的火焰調(diào)至碳化焰加熱磨損了的瓦面，同時(shí)不斷地用烏金條擦拭加熱處尋找熔池，或當(dāng)看到加熱的烏金瓦面微微凸起時(shí)烏金熔池產(chǎn)生，立即開始添加烏金條，隨后邊加熱熔化烏金條邊向前移動(dòng)，移動(dòng)速度要快，避免烏金過熱產(chǎn)生過燒，只要添加烏金條與瓦面烏金熔為一體即可。若看到凹陷的熔池就說明溫度偏高，立即停止此處的補(bǔ)焊，重新在溫度低的另一處開始補(bǔ)焊，補(bǔ)焊結(jié)束瓦面在室內(nèi)自然冷卻，不可強(qiáng)制降溫；在補(bǔ)焊的整個(gè)過程中一定嚴(yán)格控制瓦面和瓦胎的溫度不得超過170°C。

2.2瓦面烏金塊狀脫落補(bǔ)焊方法

先將烏金脫落的瓦面周圍用木錘進(jìn)行敲打，從敲打聲音判斷烏金瓦面與瓦胎是否開裂，如找到熔合不良的區(qū)域應(yīng)全部用扁鏟剔掉，然后檢查瓦胎表面的錫層是否均勻存在，均勻存在可在錫層上直接進(jìn)行烏金補(bǔ)焊。若烏金脫落面積較大，應(yīng)分成若干小塊，一塊一塊補(bǔ)焊后連成整體。先加熱掛錫后的瓦面，并用烏金條觸拭，烏金熔化并能與錫熔在一起時(shí)即可加添烏金，同時(shí)向前移動(dòng)，第一層不易太厚2㎜左右即可，以后用同樣的方法堆焊，堆焊厚度較第一層厚些，直到符合厚度為止。堆焊的過程中一定要控制溫度，切忌溫度過高過熱，必要時(shí)將鋼體瓦胎浸在水盆中進(jìn)行焊接。若補(bǔ)焊一遍厚度不夠，可以再焊一遍，切不可一遍焊得過厚。否則烏金將過熱、變脆、易裂、易脫落。補(bǔ)焊完畢自然緩冷，冷卻后用小木錘敲擊烏金瓦面判斷焊接質(zhì)量，直到合格為止。再將軸瓦放入堿水中（10%苛性鈉或苛性鉀）煮10分鐘后取出，用清水清洗；如果軸瓦太大，可用熱堿水刷洗，然后用鋼絲刷將瓦面刷干凈，檢查合格后進(jìn)行切削加工。

3.瓦胎錫層釬焊工藝

瓦胎錫層局部脫落或缺損，是廠家生產(chǎn)時(shí)瓦胎溫度偏低或偏高錫層擴(kuò)散的不充分造成，也較為棘手的難題，錫層的釬焊在整個(gè)瓦面補(bǔ)焊過程是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，錫層釬焊熔合良好后期的烏金脫落的可能極小，所以錫層的焊接質(zhì)量必須得到保證。瓦胎掛錫前清理瓦胎污物，再用用堿水清洗掛錫面，然后用氧化火焰把脫錫的瓦胎燒一遍，以清除殘留在針孔內(nèi)的石墨和油垢，之后用中性火焰加熱鋼胎瓦面掛錫，當(dāng)瓦胎加熱到300°C左右時(shí)將氯化鋅涂在瓦面上，并用錫條磨擦加熱面，錫熔化后薄薄覆蓋與瓦面，厚度控制在0.5㎜以內(nèi)，焊接速度與加熱溫度匹配得當(dāng)，防止瓦胎溫度過高造成整體錫層脫落和溫度偏低而得不到充分的擴(kuò)散，直到表面全部均勻掛滿為止。掛上的錫呈暗銀色；如果是發(fā)黑色或淡黃色，則表明溫度過高，應(yīng)重新掛錫。掛錫后接著補(bǔ)焊烏金，不可放置時(shí)間過長(zhǎng)，以免錫層氧化。

4.烏金瓦面焊接檢驗(yàn)

烏金瓦面補(bǔ)焊結(jié)束冷卻至室溫時(shí)，對(duì)補(bǔ)焊的區(qū)域進(jìn)行徹底的檢驗(yàn)，確保焊接質(zhì)量的合格。由于此焊接屬于釬焊不同于其他同種金屬材料的焊接檢驗(yàn)，用射線、超聲等方法進(jìn)行。只能用聽其音、觀其色的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。用木錘敲擊瓦面所產(chǎn)生的聲音進(jìn)行判斷，敲擊瓦面的區(qū)域發(fā)出特別清脆的聲音，說明此區(qū)域焊接質(zhì)量良好，若發(fā)出的聲音較悶則反應(yīng)出此處的焊接質(zhì)量存在問題；觀其色是觀察補(bǔ)焊后的烏金顏色進(jìn)行判斷，顏色一致說明焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，顏色變暗說明高溫或過燒，就這樣對(duì)整個(gè)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行切削加工。

5.烏金焊接技能要求

常見的錫基軸承合金（通常稱為烏金），其熔 點(diǎn)232℃ 。補(bǔ)焊時(shí)一般采用氧乙炔火焰手工氣焊進(jìn)行釬焊焊接，因?yàn)闉踅鸬娜埸c(diǎn)僅有232℃，而焊炬的火焰溫度達(dá)3000℃以上，在溫度的控制上有極大的難度，焊接溫度稍微偏低了熔合不在一起造成未熔合重大缺陷，致使補(bǔ)焊失??；焊接溫度偏高了輕則造成烏金過燒，重則造成錫層和烏金層整體脫落也就是脫胎。所以必須選用經(jīng)驗(yàn)豐富氣焊技能較高水平的焊工進(jìn)行施焊，確保烏金瓦面補(bǔ)焊、修復(fù)的成功。

四、結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行軸瓦烏金修復(fù)焊接過程中，必須要對(duì)殘存的缺陷進(jìn)行徹底的清除、清洗，選用釬焊經(jīng)驗(yàn)特別豐富的焊工進(jìn)行補(bǔ)焊，并對(duì)能焊接過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的焊接工藝措施嚴(yán)格執(zhí)行到位，并采取必要的措施，這樣不僅可以保證軸瓦烏金的正常焊接，而且還能提高軸瓦烏金的焊接質(zhì)量，極大地提高大型成套設(shè)備的安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]宋琳生，電廠金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)[J].中國電力出版社，2012.11.

作者簡(jiǎn)介：王元平，男，（1971.10-），籍貫：內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市 學(xué)歷：大專焊工高級(jí)技師。神華準(zhǔn)能集團(tuán)焊工技能大師，主要從事焊工技術(shù)及焊接工藝和焊接質(zhì)量方面的研究。