Beim Schiffsbau wird Weißmetall häufig für alle Arten von Kissen auf Schiffen verwendet. Um bei der Schiffsreparatur die Wiederverwendungsrate von Weißmetallkissen zu verbessern und den Kapital- und Zeitaufwand für das Outsourcing von Umformungen zu reduzieren, wird auf Grundlage der praktischen Erfahrung mit der Reparatur von Weißmetallkissen in den letzten mehr als 30 Jahren eine Reihe von Schweißreparaturtechnologien für Weißmetall mit hoher Qualifizierungsrate zusammengefasst.

1 Beidhändige Rückhand: Einleitung

Viele rotierende Geräte in Schiffen sind für ihre Funktion auf die Unterstützung verschiedener Lager und die Schmierung der Lager durch Schmieröl angewiesen. Die Zwischenlagerbuchse der Heckwelle des Schiffes, die Pleuelbuchse des Hauptmotors, die Buchse des Generators usw. bestehen alle aus Weißmetalllegierung. Aufgrund von Vibrationen oder Ausfällen des Ölversorgungssystems während des Langzeitbetriebs wird die Weißmetalllegierung an der Buchse abgenutzt und kann sogar dazu führen, dass die Weißmetalllegierung abfällt und verbrennt. Daher werden bei Reparaturen häufig Guss- und Reparaturschweißverfahren eingesetzt. In diesem Artikel wird die erfolgreiche Praxis der WIG-Schweißreparaturtechnologie für beschädigte und beschädigte Buchsen vorgestellt.

2 Einführung in die Weißmetalllegierung

2.1 Eigenschaften der Weißmetalllegierung

Weißmetalllegierungen weisen eine hohe Verschleißminderungsleistung, gute Einbettung, Reibungsnachgiebigkeit und Wellenfestigkeit auf. Hartphasenpartikel sind gleichmäßig in der Weichphasenmatrix verteilt. Die Weichphasenmatrix verleiht der Legierung gute Einbettungs-, Nachgiebigkeits- und Bissfestigkeitseigenschaften. Nach dem Einlaufen ist die Weichmatrix konkav und die harten Punkte konvex, so dass zwischen den Gleitflächen ein kleiner Spalt entsteht, der zu einem Ölspeicherraum und einem Schmierölkanal wird, was der Verschleißminderung förderlich ist; und die konvexen Hartpartikel spielen eine unterstützende Rolle, was der Lagerung förderlich ist.

2.2 Häufig verwendete Weißmetall-Legierungsmodelle

Für die meisten Zwischenlagerbuchsen der Heckwelle, die Pleuelbuchsen des Hauptmotors und die Generatorbuchsen eines Schiffes werden zwei Arten von Weißmetalllegierungen verwendet, nämlich ZSnSb11Cu6 und ZSnSb8Cu4, wie in Tabelle 1 gezeigt.

2.3 Defekte und Schadensformen von Weißmetalllegierungen

Die wichtigsten Schadensarten der Zwischenlagerbuchse der Schiffs-Heckwelle (Weißmetall-Legierung) sind folgende:

(1) Lokaler Defekt oder Verschleiß

Durch den Langzeitbetrieb der Buchse wird die Weißmetalllegierungsschicht auf der Buchse abgenutzt und löst sich aufgrund von Vibrationen, wie in Abbildung 1 dargestellt.

(2) Völlig gebrochen oder delaminiert

Wenn das Ölversorgungssystem ausfällt, kommt es zu Verbrennungen und sowohl das obere als auch das untere Lager werden verbrannt und brechen, insbesondere das untere Lager, bei dem die Schicht aus Weißmetall sogar delaminiert wird. Diese Art von schwerwiegendem Schaden kann nicht durch Schweißen repariert werden und muss durch Neugießen repariert werden.

3 Werkstoffe und Schweißeigenschaften der Weißmetalllegierung

Weißmetalllegierungen sind weiche Metalle, die normalerweise durch Umgießen und Schweißen repariert werden. Da Weißmetalllegierungen einen niedrigen Schmelzpunkt (240 °C) und eine hohe Fließfähigkeit aufweisen, kann die Zinnflüssigkeit im Schmelzbad leicht verloren gehen, sodass das Gießen oder Schweißen schwierig ist. Durch kontinuierliche Praxis wurden neue Reparaturmethoden und -prozesse erforscht, die einfacher als herkömmliche sind. Im Folgenden wird die Reparaturmethode des WIG-Schweißens bei schwerwiegenden Schäden vorgestellt.

3.1 Werkstoffeigenschaften der Weißmetalllegierung

Zinnbasiertes Lot ist ein Weichlot mit niedrigem Schmelzpunkt. Es kann durch Löten bei relativ niedriger Temperatur geschmolzen werden und die zu schweißenden Knoten können verbunden werden. Es ist eine Methode zur Gewährleistung einer kontinuierlichen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit oder wird zum Abdichten von Flüssigkeits- und Gasbehältern verwendet, und die Lötstellen werden keiner großen Belastung ausgesetzt.

Weichlot sollte folgende Anforderungen erfüllen:

(1) Eine bestimmte thermische und elektrische Leitfähigkeit haben;

(2) Die erforderliche Festigkeit zwischen den Verbindungsteilen muss bei Temperaturen unter 200 °C aufrechterhalten werden.

(3) Haben eine dichte Struktur und gute Abdichtung;

(4) Gute Benetzbarkeit zwischen dem Weichlot und den gelöteten Teilen sowie den Grundmaterialien.

Die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Weichlot ist schlecht, nur 8 % bis 15 % von Kupfer. Auf der Straße (z. B. im Schaltkreis) gibt es jedoch keinen offensichtlichen Widerstand (z. B. Widerstand), da der Leitungsweg kurz und die Kontaktfläche an der Lötstelle groß ist.

Die Qualität der Lötverbindung hängt von der Art der zu lötenden Oberfläche, den Eigenschaften des Weichlots und der Wahl des Flussmittels ab. Tatsächlich hängt es vom Benetzungsprozess des geschmolzenen Weichlots auf der zu lötenden festen Metalloberfläche ab. Zinn ist ein aktives Element in vielen Weichlotkomponenten. Es kann das zu lötende Grundmetall wie Cu, Fe, Ni usw. benetzen und mit ihm verschmelzen, um eine sehr dünne Schicht aus Metallverbindungen zu bilden.

Die Verwendung von Flussmittel dient dazu, die zu lötende Metalloberfläche zu reinigen, um eine Beeinträchtigung der Benetzbarkeit zu vermeiden. Der Hauptbestandteil des Flussmittels ist ZnCl2, das in Gegenwart von Wasser freie Salzsäure erzeugt. Beim Löten von Kupfer löst sich die Oxidschicht in Chlorid auf und hinterlässt das Basiskupfer, und das geschmolzene Lot verteilt sich allmählich auf dem Kupfer.

3.2 Weichlotzusammensetzung und Eigenschaften

Weichlot ist im Allgemeinen eine Sn-Pb-Legierung mit einer eutektischen Zusammensetzung von 26.1 % Pb und einer eutektischen Temperatur von 183 °C, die eine niedrige Löttemperatur gewährleisten und Schäden an temperaturempfindlichen Bauteilen vermeiden kann.

Wählen Sie beim Löten von Hand eine Sn-50 % Pbd-Legierung. Mit sinkender Temperatur nimmt die Löslichkeit von Sn in Pb ab, Sn fällt aus und das Lot wird weicher; bei Loten aus Sn-Pb-Sb-Legierungen ist die Ausfällung intermetallischer SnSb-Verbindungen besonders deutlich; Sn-5 % Ag- und Sn-5 % Sb-Legierungen können nicht nur die Festigkeit des Lots bis 200 °C aufrechterhalten, sondern weisen auch eine ähnliche Benetzbarkeit wie eutektische Legierungen auf.

Für Lote, die bei niedrigen Temperaturen verwendet werden, sollten Legierungen mit hohem Bleigehalt gewählt werden, wie z. B. Pb-10 % Sn oder Pb-5 % Sn-1.5 % Ag. Die Benetzbarkeit und Festigkeit dieser Legierung wird beeinträchtigt, aber Sn erfährt bei niedrigen Temperaturen (wie z. B. 173 K) keine Phasenänderungen, was zu einem erheblichen Verlust der Plastizität und Schlagfestigkeit des Lotes führt.

Bei diesen Loten führt 0.001 % Al zu Oxidation und der Aluminiumoxidfilm beeinträchtigt die Benetzbarkeit an der Schnittstelle zwischen flüssigem Lot und Flussmittel. Lote enthalten im Allgemeinen 0.1 % bis 0.5 % Sb und kriechfeste Lote können bis zu 5 % Sb enthalten. Eine kleine Menge Antimon (0.1 % bis 0.5 %) kann die Benetzbarkeit von Pb-Sn-Loten mit Messing verbessern. Die Zugabe von 0.1 % bis 0.25 % Bi kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit von eutektischem Sn-Pb-Lot erhöhen. Wenn der Bi-Gehalt 0.5 % übersteigt, ändert sich die Farbe der Lotoberfläche.

Cadmium verringert die Benetzungsgeschwindigkeit und sein Oxidfilm verdunkelt die Lötoberfläche und verursacht Lötfehler. Kupfer hat wenig Einfluss auf die Benetzbarkeit des Lötmittels, aber wenn es 0.25 % Cu übersteigt, beeinträchtigt es das Aussehen der Lötoberfläche aufgrund der Bildung von Cu-Sn-Verbindungen. Phosphor über 0.01 % P beeinträchtigt die Benetzbarkeit des Lötmittels auf Kupfer und kohlenstoffarmem Stahl. Schwefel (S) beeinträchtigt das Aussehen der Lötoberfläche und der S-Gehalt im Lötmittel ist auf 0.001 bis 5 % begrenzt. Zn oxidiert leicht zu Oxiden und die Qualität der Lötoberfläche verschlechtert sich, wenn es 0.003 % Zn übersteigt. Daher darf die kombinierte Wirkung verschiedener Verunreinigungen nicht unterschätzt werden und sollte streng begrenzt werden.

3.3 Schwierigkeiten im Reparaturprozess von Weißmetalllegierungen

Bisher wurden Schweißreparaturen hauptsächlich durch traditionelles Windlöten oder Hochleistungs-Chrom-Elektrolöten durchgeführt. Diese Reparaturmethoden weisen die folgenden Mängel auf:

(1) Herstellung von Schweißdraht

Es ist notwendig, einen selbstgemachten Schweißstab herzustellen und eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme zu verwenden, um den Block aus Weißmetalllegierung direkt zu erhitzen. Seine Mängel sind: Einerseits verfestigt sich die austretende Schweißdrahtflüssigkeit beim Erhitzen und Schmelzen sofort und es entstehen Schweißdrähte unterschiedlicher Größe mit dickem und ungleichmäßigem Durchmesser; andererseits können die darin enthaltenen Verunreinigungen nicht entfernt werden, da die Weißmetalllegierung direkt durch eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme erhitzt wird, und verfestigen sich auch im Schweißdraht, wodurch der resultierende Schweißdraht sehr rau wird. Beim herkömmlichen Windlöten oder bei der Reparatur von Chromeisen mit hoher Leistung ist es schwierig, das Füllmaterial zu schmelzen;

(2) Reparatureffekt

Das herkömmliche Gasschweißverfahren zum Schweißen und Reparieren von Lagern kann die Anforderungen des Reparaturschweißens nicht erfüllen: ① Zielen Sie mit einer Windlampe direkt auf das Lager. Obwohl die Schmelzleistung den Anforderungen des Reparaturschweißens entspricht, wird der intakte Teil neben dem Grundkörper oder dem Reparaturteil beschädigt, und der geschweißte Teil und der intakte Teil können nicht zusammengeschmolzen werden; ② Erhitzen Sie mit einer Windlampe einen Hammer aus reinem Kupfer, ohne ihn zu erhitzen, und leiten Sie mit dem Hammer die Wärme zum Schweißen. Dadurch wird die Wärme schnell abgeleitet, was zu Abkühlung und einem Versagen beim Schmelzen führt, um das Schweißen zu erreichen. Es ist auch schwierig, den geschweißten Teil und den intakten Teil zu schmelzen, und an der Verbindung treten häufig Hinterschneidungen auf; ③ Verwenden Sie zum Schweißen ein Hochleistungs-Elektrochromeisen mit einer Temperatur von 500 A. Am Beispiel des Elektrochromeisens ist das Schweißen von Poren und Lagern mit kleiner Fläche und dünnen Wänden akzeptabel, aber bei Lagern mit dicken Wänden reicht die Temperatur nicht aus, die Schmelzleistung kann die Anforderungen des Reparaturschweißens nicht erfüllen, und die Verbindungen weisen häufig Hinterschneidungen auf.

4 Reparaturverfahren mittels WIG

Zu den herkömmlichen Schweißreparaturmethoden für kleinflächige Schäden und Defekte an Lagern aus Weißmetalllegierungen zählen Autogenlöten und Lötkolbenschweißen. Autogenlöten und Lötkolbenschweißen neigen zu Einbrandkerben, unvollständiger Durchdringung und Poren. Insbesondere der Autogenlötvorgang ist kompliziert und kann die Matrix leicht beschädigen.

Im Folgenden wird eine völlig andere Schweißreparaturmethode für Lager aus Weißmetalllegierungen vorgestellt. Sie ist nicht nur einfach zu handhaben, sondern erfordert auch kein Flussmittel, vereinfacht den Reparaturprozess und weist eine hohe Schweißqualität auf. Die qualifizierte Rate nach der Reparatur kann 100 % erreichen, wodurch die Defekte von Hinterschneidungen, unvollständiger Durchdringung und Poren, die beim Autogenlöten und Lötkolbenschweißen leicht entstehen, überwunden werden und die Lebensdauer des Lagers nach der Reparatur verlängert wird; sie kann bei größeren Schäden an Lagern aus Weißmetalllegierungen angewendet werden, wodurch Kosten gespart und die Produktionseffizienz verbessert wird.

Basierend auf den langjährigen Erfahrungen mit der Reparatur von Lagern aus Weißmetalllegierungen sticht das WIG-Schweißen unter vielen anderen Reparaturmethoden hervor. Die spezifischen Prozessschritte des WIG-Schweißens von Weißmetalllegierungen werden im Folgenden vorgestellt.

4.1 Vorbereitung vor dem Schweißen

(1) Vorbereitung des Schweißdrahtes

Das Material des Lagers ist eine Weißmetalllegierung, Modell ZSnSb11Cu6 und ZSnSb8Cu4, ein weiches Metall mit niedrigem Schmelzpunkt.

Wählen Sie passende Weißmetalllegierungsmaterialien zum Schmelzen (kleiner Tiegel), um selbstgemachten Schweißdraht herzustellen. Der im kleinen Tiegel geschmolzene Schweißdraht ist relativ rein, wodurch die Verunreinigungen im Inneren entfernt und die an der Oberfläche schwebenden Objekte entfernt werden können. Neigen Sie den ∠ 30 × 30 × 2 Edelstahlwinkelstahl so, dass der Winkel zwischen der Edelstahlwinkelstahlnut und der horizontalen Ebene 20 ° bis 40 ° beträgt. Gießen Sie dann mit einem kleinen Eisenlöffel die geschmolzene Weißmetalllegierungsflüssigkeit in die Edelstahlwinkelstahlnut, drehen Sie den Edelstahlwinkelstahl und sammeln Sie den Schweißdraht, der vom Edelstahlwinkelstahl abfällt.

(2) Behandlung der Lauffläche

Die Lager, die lange Zeit in Schmieröl waren, weisen Ölmoleküle auf, die in den Körper eingedrungen sind. Bei Schweißreparaturen behindern diese austretenden Öle die Verschmelzung der Metalle, daher sollten sie sorgfältig gereinigt werden.

Bestimmen Sie zunächst den Ort der Schweißreparatur und reinigen Sie die Lager mit Ultraschall. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, verwenden Sie Metallreinigungsmittel, um den Oxidfilm und die Ölflecken auf der Oberfläche zu entfernen. Halten Sie dann die Lager sauber und führen Sie sofort Schweißreparaturen durch.

4.2 Schweißreparaturprozess

(1) WIG-Gleichstromschweißen: Verwenden Sie einen Argonschutz, die Argondurchflussrate beträgt 8 bis 10 l/min, der Elektrodendurchmesser beträgt 3.2 mm; eine kleine Keramikschutzdüse; verwenden Sie eine photochrome Maske mit Stirnband und halten Sie den Schweißdraht vorsichtig;

(2) Verwenden Sie Flachschweißen und Linksschweißen: Füllen Sie die untere Schicht der Schweißnaht nicht zu schnell, sondern starten Sie zuerst den Lichtbogen im Schweißbereich, da während des Gebrauchs viel Schmieröl in die alten Lager eingedrungen ist und es nach dem Reinigen nicht vollständig entfernt werden kann. Starten Sie beim Schweißen den Lichtbogen im Schweißbereich wiederholt hin und her und verwenden Sie WIG. Verwenden Sie das Lichtbogenlicht, um die Ölmoleküle im Inneren herauszudrücken. Wischen Sie dann mit einem sauberen, in etwas Aceton getauchten Lappen die auf der Oberfläche schwimmenden Ölmoleküle ab. Bürsten Sie abschließend die auf der Oberfläche schwimmenden Oxide mit einer Drahtbürste ab und führen Sie dann das Drahtfüllreparaturschweißen durch.

(3) Der Schmelzpunkt der Weißmetalllegierung ist relativ niedrig. Beim Starten des Lichtbogens sollte die Elektrode korrekt auf den Schweißbereich ausgerichtet sein und die Lichtbogenpressmethode sollte verwendet werden, um zu verhindern, dass die Weißmetalllegierung im Nichtschweißbereich schmilzt. Der Schweißdraht sollte so dünn wie möglich sein, um den Lichtbogenpressvorgang während des Schweißens zu erleichtern.

(4) Verwenden Sie beim Schweißen eine lichtempfindliche Farbwechselmaske, um den Draht präzise zuzuführen, und stellen Sie das Schweißgerät so ein, dass die Gasabschaltung verzögert wird. Entfernen Sie die Düse nach dem Schließen jedes Schweißlichtbogens nicht sofort aus dem Schweißbereich, damit das verzögerte Gas den Bereich wirksam schützen und die Entstehung von Poren vermeiden kann. Achten Sie besonders darauf, dass während des Schweißens kein Wind weht, und ergreifen Sie bei Bedarf Windschutzmaßnahmen.

(5) Die Oberfläche der letzten Schweißschicht sollte etwas höher sein als die ursprüngliche Oberfläche des Lagers. Achten Sie darauf, dass an der Verbindungsstelle zur ursprünglichen Oberfläche keine Unterschnitte und nicht verschmolzene Defekte entstehen. Durch die maschinelle Bearbeitung erhalten Sie schließlich ein glattes Lager. Abbildung 2 zeigt die Lageroberfläche nach der WIG-Schweißreparatur.

5 Reparatureffekt

Um die Reparaturwirkung des Lagers in diesem Dokument zu überprüfen, wählte der Autor dasselbe Lager aus und beschädigte es künstlich mit einer Kratzfläche von 3 c㎡ und einer Tiefe von 2 mm, einem Schaden von 5 mm, einem Defekt von 12 mm, einem Verlust von 30 mm und einem Verlust von 35 mm und reparierte es dann. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass sich herkömmliche Lagerreparaturverfahren auf kleinere Reparaturen beschränken. Das in diesem Dokument beschriebene Lagerreparaturverfahren lässt sich auf die Reparatur dickerer beschädigter Weißmetalllegierungen anwenden, wobei die Reparaturdicke 35 mm erreichen kann, und die Reparaturwirkung bei Lagerschäden mit einer Dicke von nicht mehr als 30 mm am besten ist.

Weißmetalllegierungen werden häufig in verschiedenen Lagertypen auf Schiffen verwendet und ihre Qualität hängt mit dem normalen Betrieb des Hauptmotors, des Generators und der Heckwelle des Schiffes zusammen. Bei der Reparatur von Schiffen werden durch Gießen und WIG-Schweißen von Weißmetalllegierungen hochwertige Produkte hergestellt. Im Vergleich verschiedener Schweißverfahren zur Reparatur von Weißmetalllegierungen ist das WIG-Schweißen derzeit das einfachste und idealste Schweißverfahren.