船舶尾軸中間軸承的巴氏合金修復(fù)方法

黃建偉

摘? ? 要：在船舶建造過程中，巴氏合金廣泛應(yīng)用于船舶上的各類軸瓦。在船舶修理時(shí)，為了提高巴氏合金軸瓦的重復(fù)使用率，減少委外重新鑄造的資金和時(shí)間，根據(jù)三十多年來修復(fù)巴氏合金軸瓦的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套合格率高的巴氏合金的焊補(bǔ)修復(fù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：巴氏合金;軸瓦;修復(fù)

中圖分類號：U664.21 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Babbitt Metal Repair Method of Intermediate

Bearing of Ship Stern Shaft

HUANG Jianwei

（ Guangzhou Wenchong Ship Repairing Co.， Ltd.， Guangzhou 511462 ）

Abstract： ln the process of ship building， the babbitt metal is widely used in all kinds of pillows on ships. In ship repair， in order to improve the repeated utilization rate of babbitt metal pillow and reduce the capital and time of outsourcing recasting， according to the practical experience of repairing babbitt metal pillow in the past more than 30 years， a set of welding repair technology of babbitt metal with high qualified rate is summarized.

Key words： Babbitt metal; Pillow; Welding repair

1? ? ?前言

船舶中許多轉(zhuǎn)動設(shè)備都是依靠各種軸承的支撐及潤滑油對軸承進(jìn)行潤滑來工作的。船舶的尾軸中間軸承軸瓦、主機(jī)的連桿軸瓦、發(fā)電機(jī)的軸瓦等，都是采用巴氏合金。由于在長期運(yùn)行中因震動或供油系統(tǒng)出現(xiàn)故障，引起軸瓦上的巴氏合金磨損，甚至導(dǎo)致巴氏合金脫落和燒損，因此在修復(fù)中經(jīng)常采用澆鑄和補(bǔ)焊的方法。本文將介紹軸瓦損壞、損傷采用TIG焊接修復(fù)技術(shù)的成功實(shí)踐。

2? ? ?巴氏合金簡介

2.1? ?巴氏合金的特點(diǎn)

巴氏合金具有較高的減磨性能、很好的嵌入性，以及摩擦順應(yīng)性和耐軸性。在軟相基體均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)，軟相基體使合金具有良好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性，并在磨合后軟基體內(nèi)凹、硬質(zhì)點(diǎn)處凸，使滑動面之間形成微小間隙成為貯油空間和潤滑油通道，利于減磨;而上凸的硬質(zhì)起支撐作用，有利于承載。

2.2? ?常用巴氏合金的型號

船舶尾軸中間軸承軸瓦、主機(jī)的連桿軸瓦和發(fā)電機(jī)的軸瓦，大多采用牌號為ZSnSb11Cu6和ZSnSb8Cu4這兩種巴氏合金，如表1所示。

2.3? ? 巴氏合金的缺陷和損壞形式

船舶尾軸中間軸承軸瓦（巴氏合金）的主要損壞形式如下：

（1）局部缺損或磨損

由于軸瓦長期運(yùn)行中，因振動原因引起軸瓦上巴氏合金層磨損和脫落，如見圖1所示。

（2）完全成為碎渣或脫層

若供油系統(tǒng)出現(xiàn)故障就會出現(xiàn)燒損現(xiàn)象，這樣上下瓦都會出現(xiàn)燒損和碎渣，特別是下瓦甚至有巴氏合金層卷起的脫層。此種嚴(yán)重的損壞不能進(jìn)行焊補(bǔ)，需采用重新澆鑄的方法來進(jìn)行修復(fù)。

3? ? 巴氏合金的材料和焊接特性

巴氏合金是一種軟金屬材料，通常都是采用重新澆鑄和焊補(bǔ)的方法來修復(fù)。由于巴氏合金的熔點(diǎn)低（為240 ℃），流動性強(qiáng)，溶池的錫液很容易流失，故無論是澆鑄或焊補(bǔ)都較困難。通過不斷的實(shí)踐，探索出比傳統(tǒng)簡單的新的修復(fù)方法和工藝。下面介紹嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)采用TIG焊補(bǔ)的修復(fù)方法。

3.1? ?巴氏合金的材料特性

錫基焊料屬于軟焊料，熔點(diǎn)低，利用釬焊方法就可以在比較低的溫度將其融化，并使需焊接的街頭聯(lián)接起來。它是提供連續(xù)導(dǎo)熱和導(dǎo)電的一種方法，或者用于液體和氣體容器密封，焊點(diǎn)不承受大的應(yīng)力作用。

軟焊料應(yīng)該符合以下要求：

（1）有一定的導(dǎo)熱和導(dǎo)電能力;

（2）在200 ℃以下能保持與聯(lián)接件之間要求的強(qiáng)度;

（3）組織致密，有好的密封性;

（4）軟焊料與被釬焊的零件及基本材料之間有好的潤濕性。

軟焊料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性較差，僅為銅的8%～15%。但在道路中（如電路）并沒有明顯的阻力（如電阻），這是因?yàn)閷?dǎo)路短、焊點(diǎn)處接觸面積大的緣故。

焊接街頭品質(zhì)取決于需焊合的表面本性、軟焊料性質(zhì)和焊劑的選擇，實(shí)際上是取決于熔融的軟焊料對固態(tài)的需焊接的金屬表面的潤濕過程，錫是許多軟焊料組元中的活性元素，能與被焊接的基體金屬如Cu、Fe、Ni等潤濕和熔合，形成很薄的一層金屬化合物。

使用焊劑是為了清潔需焊接的金屬表面，避免影響潤濕性。焊劑主要成分是ZnCl2，有水時(shí)產(chǎn)生游離的鹽酸。釬接銅時(shí)，氧化層溶解為氯化物離開基體銅，熔融的焊錫在銅上逐漸地鋪開。

3.2? ? 軟焊料成分和性能

軟焊料一般為Sn - Pb系合金，共晶成分為26.1%Pb，共晶溫度為183 ℃，可保證釬焊溫度低，避免損壞溫度敏感的元件。

手工釬焊時(shí)，選用Sn - 50%Pbd合金。由于隨溫度的降低，Sn在Pb中的溶解度減小，Sn析出，焊料軟化;在Sn - Pb-Sb合金焊料中，析出SnSb金屬間化合物尤為明顯;Sn - 5%Ag和Sn - 5%Sb合金，不僅能使焊料強(qiáng)度保持至200 ℃，還具有與共晶合金相似的濕潤性。

在低溫下使用的焊料，應(yīng)選高Pb合金，如Pb-10%Sn或Pb - 5% Sn-1.5%Ag合金。這種合金的濕潤性和強(qiáng)度會受些影響，但不會在低溫下（如173K）Sn出現(xiàn)相變導(dǎo)致焊料塑料和沖擊強(qiáng)度受到嚴(yán)重?fù)p失。

在這些焊料中，含0.001%Al就會引起氧化，氧化鋁膜在液態(tài)焊料和焊劑界面上影響濕潤性;在焊料中一般都含0.1%～0.5%Sb，在抗蠕變焊料中可達(dá)到5%Sb，含少量銻（0.1%～0.5%）能提高Pb- Sn焊料對黃銅的濕潤性，加入0.1%～0.25%Bi能提高共晶Sn-Pb焊料的鋪展速度，超過0.5%Bi時(shí)焊料表面會變色。

鎘會降低潤濕速度，其氧化膜使焊料表面變暗會引起釬接缺陷;銅對焊料潤濕性影響不大，但超過0.25%Cu時(shí)，由于產(chǎn)生Cu-Sn化合物影響釬焊表面外觀;磷超過0.01%P會影響焊料在銅和低碳鋼上的潤濕性;硫S影響釬焊表面外觀，焊料中限定S含量在0.0015%之內(nèi);Zn容易氧化產(chǎn)生氧化物，超過0.003%Zn時(shí)焊料表面品質(zhì)變壞。因此各種雜質(zhì)的聯(lián)合作用不可低估，應(yīng)給予嚴(yán)格限制。

3.3? ?巴氏合金在修復(fù)過程中的難點(diǎn)

以前的焊補(bǔ)主要是采用傳統(tǒng)的風(fēng)釬焊或大功率電鉻鐵來修復(fù)，這些修復(fù)手段存在如下缺陷：

（1）焊絲的制作

需要自制焊條，使用氧-乙炔焰直接加熱塊狀巴氏合金。其缺陷時(shí)：一方面，當(dāng)加熱熔化時(shí)流出來的焊絲液會立即凝固，成為大小不一的焊絲，直徑較粗且不均勻;另一方面，由于是氧-乙炔焰直接加熱巴氏合金，其中所含的雜質(zhì)不能去除，也會一并凝固到焊絲中，使得到的焊絲十分粗糙，在傳統(tǒng)的風(fēng)釬焊或大功率電鉻鐵修復(fù)中很難將填充材料融化;

（2）修復(fù)的效果

傳統(tǒng)的采用氣焊方法焊接修復(fù)軸瓦，融化功率無法滿足修復(fù)焊接要求：① 用風(fēng)燈直接對準(zhǔn)軸瓦，雖然融化功率滿足修復(fù)焊接要求，但這樣會損壞母體或修復(fù)部位相鄰的完好部位，焊補(bǔ)處與完好部位無法融接合;② 用風(fēng)燈烤未加熱由純銅制作的榔頭，利用榔頭來傳導(dǎo)熱量進(jìn)行焊補(bǔ)，這樣會散熱快導(dǎo)致降溫?zé)o法融化達(dá)成焊補(bǔ)，焊補(bǔ)處與完好部位也很難融接合，接合處經(jīng)常存在咬邊;③ 使用大功率的電鉻鐵來焊補(bǔ)，以500 A的電鉻鐵為例，焊補(bǔ)氣孔和薄壁的小面積的軸瓦修復(fù)尚可，但對厚壁的軸瓦則存在溫度不夠，融化功率無法滿足修復(fù)焊接要求，而且接合處也經(jīng)常存在咬邊。

4? ? ?采用TIG的修復(fù)方法

對于巴氏合金軸瓦的小面積損壞和缺陷，常規(guī)的焊接修復(fù)方法有氧乙炔釬焊和烙鐵焊。由于氧乙炔釬焊和烙鐵焊容易產(chǎn)生咬邊、未焊透及產(chǎn)生氣孔。特別是氧乙炔釬焊操作工藝復(fù)雜，容易損壞母體。

下面介紹一種完全不同的巴氏合金軸瓦的焊接修復(fù)方法，不僅操作簡單，還不需要助焊劑，簡化修復(fù)工藝且焊接質(zhì)量高，修復(fù)后合格率可達(dá)100%，克服了氧乙炔釬焊和烙鐵焊易產(chǎn)生的咬邊、未焊透及產(chǎn)生氣孔等缺陷，而且修復(fù)后的軸瓦壽命得到延長;可適用于巴氏合金軸瓦上厚度更大的損傷，節(jié)約成本和提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)多年來修復(fù)巴氏合金軸瓦的經(jīng)驗(yàn)，采用TIG的焊接修復(fù)方法在眾多方法中脫穎而出，TIG焊接巴氏合金的具體工藝步驟如下介紹。

4.1? ?焊前準(zhǔn)備工作

（1）焊絲的制備

軸瓦的材料為巴氏合金，型號為ZSnSb11Cu6和ZSnSb8Cu4，是一種熔點(diǎn)低的軟金屬。

選用匹配的巴氏合金材料進(jìn)行熔煉（小坩鍋）自制焊絲，經(jīng)過小坩鍋熔煉出來的焊絲比較純，可去除里面的雜物，并將懸浮于表面的漂浮物清除;將∠30×30×2的不銹鋼角鋼傾斜，使不銹鋼角鋼槽與水平面夾角為20°～40°，然后用小鐵勺將熔化后的巴氏合金液體倒在不銹鋼角鋼槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動不銹鋼角鋼，收集從不銹鋼角鋼脫落的焊絲。

（2）軸瓦表面的處理

長期處于潤滑油之中的軸瓦，油分子已深入機(jī)體，在焊接修復(fù)時(shí)這些滲油會阻礙金屬間的熔合，故應(yīng)認(rèn)真清理。

首先，確定焊接修復(fù)的部位，并將軸瓦進(jìn)行超聲波的清洗，沒有條件的可使用金屬清洗劑對其表面氧化膜和油污清洗，然后保持軸瓦的干凈，并立即進(jìn)行焊接修復(fù)。

4.2? ?焊接修復(fù)過程

（1）選用TIG的直流焊接：采用氬氣保護(hù)，氬氣流量為8～10 L/min、電極直徑3、2 mm;小號的陶瓷保護(hù)嘴;使用頭帶感光變色面罩，拿焊絲時(shí)動作要輕;

（2）采用平位焊接，左向焊法：在焊底層不要急于填補(bǔ)，先在焊接區(qū)域進(jìn)行起弧，因舊軸瓦在使用過程中滲入很多滑油，在清洗后也無法完全清除干凈，焊補(bǔ)時(shí)反復(fù)在焊接區(qū)域來回起弧，利用TIG的弧光來逼出里面的油分子;然后用干凈的抹布蘸上小許的丙酮，把浮出表面的油分子擦干凈;最后用鋼絲刷將浮于表面的氧化物刷除，再進(jìn)行填絲修復(fù)焊接;

（3）巴氏合金的熔點(diǎn)較低，在起弧時(shí)電極正確對準(zhǔn)焊接區(qū)域，采用壓弧的方法，以免非焊接部位的巴氏合金產(chǎn)生融化;制作的焊絲盡可能細(xì)小，有利于焊接時(shí)壓弧的操作;

（4）焊補(bǔ)時(shí)利用感光變色面罩，進(jìn)行精準(zhǔn)送絲，將焊機(jī)調(diào)整為延遲斷氣;在每次焊接收弧時(shí)，不要立即將噴嘴脫離焊接部位，使延時(shí)的氣體有效地保護(hù)區(qū)域，以免引起氣孔;特別要注意在焊補(bǔ)時(shí)不能有風(fēng)吹，必要時(shí)采取擋風(fēng)的措施;

（5）最后一層焊道表面要比軸瓦原始表面略高，并注意在與原始表面交界處不要產(chǎn)生咬邊和未融合缺陷，通過機(jī)加工最后得到表面光滑的軸瓦。圖2所示為經(jīng)過TIG的焊接修復(fù)得到的軸瓦表面。

5? ? 修復(fù)效果

為了驗(yàn)證本文軸瓦的修復(fù)效果，作者選用相同軸瓦，分別人為損壞面積為3 cm深度2 mm的刮傷、深度5 mm的損傷、深度12 mm的缺損、深度30 mm的缺失、深度35 mm的缺失，然后進(jìn)行修復(fù)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所列。

由表3可見：傳統(tǒng)的軸瓦修復(fù)方法局限于小修小補(bǔ);而本文的軸瓦修復(fù)方法，可應(yīng)用于更厚損傷的巴氏合金的修補(bǔ)，修復(fù)厚度可達(dá)35 mm，對厚度不超過30 mm的軸瓦損傷修復(fù)效果最佳。

巴氏合金廣泛應(yīng)用于船舶上的各類軸瓦，它的質(zhì)量關(guān)系到船舶的主機(jī)、發(fā)電機(jī)和尾軸的正常運(yùn)作。在船舶修理時(shí)，采用澆鑄及使用TIG焊補(bǔ)巴氏合金，將得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。在多種的焊接修復(fù)巴氏合金方法的比較中，TIG焊是目前操作最簡單、結(jié)果最為理想的焊補(bǔ)方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃伯云，李成功，石力開等.有色金屬材料手冊[上].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2009.