En el proceso de construcción naval, el metal babbitt se utiliza ampliamente en todo tipo de almohadas en los barcos. En la reparación de barcos, con el fin de mejorar la tasa de utilización repetida de almohadas de metal babbitt y reducir el capital y el tiempo de subcontratación de la fundición, de acuerdo con la experiencia práctica de reparación de almohadas de metal babbitt en los últimos más de 30 años, se resume un conjunto de tecnología de reparación de soldadura de metal babbitt con una alta tasa de calificación.

1 Introducción

Muchos equipos rotativos en los barcos dependen del soporte de varios cojinetes y de la lubricación de los cojinetes mediante aceite lubricante para funcionar. El casquillo del cojinete intermedio del eje de cola del barco, el casquillo de la biela del motor principal, el casquillo del generador, etc., están hechos de aleación Babbitt. Debido a la vibración o la falla del sistema de suministro de aceite durante el funcionamiento a largo plazo, la aleación Babbitt en el casquillo se desgasta e incluso hace que la aleación Babbitt se caiga y se queme. Por lo tanto, la fundición y la soldadura de reparación se utilizan a menudo en las reparaciones. Este artículo presentará la práctica exitosa de la tecnología de reparación de soldadura TIG para bujes dañados y dañados.

2 Introducción a la aleación Babbitt

2.1 Características de la aleación Babbitt

La aleación Babbitt tiene un alto rendimiento de reducción del desgaste, buena incrustación, cumplimiento de la fricción y resistencia del eje. Las partículas de la fase dura se distribuyen uniformemente en la matriz de la fase blanda. La matriz de la fase blanda le da a la aleación buenas propiedades de incrustación, cumplimiento y anti-mordida. Después del rodaje, la matriz blanda es cóncava y los puntos duros son convexos, de modo que se forma un pequeño espacio entre las superficies deslizantes para convertirse en un espacio de almacenamiento de aceite y un canal de aceite lubricante, lo que favorece la reducción del desgaste; y las partículas duras convexas desempeñan un papel de soporte, lo que favorece el rodamiento.

2.2 Modelos de aleación babbitt de uso común

La mayoría de los bujes de cojinetes intermedios del eje de cola del barco, los bujes de biela del motor principal y los bujes del generador utilizan dos tipos de aleaciones babbitt, a saber, ZSnSb11Cu6 y ZSnSb8Cu4, como se muestra en la Tabla 1.

2.3 Defectos y formas de daño de las aleaciones babbitt

Las principales formas de daño del casquillo del cojinete intermedio del eje de cola del buque (aleación babbitt) son las siguientes:

(1) Defecto local o desgaste

Debido al funcionamiento a largo plazo del buje, la capa de aleación babbitt del buje se desgasta y se desprende debido a la vibración, como se muestra en la Figura 1.

(2) Completamente roto o deslaminado

Si falla el sistema de suministro de aceite, se producirán quemaduras y tanto los cojinetes superiores como los inferiores se quemarán y romperán, especialmente el cojinete inferior, donde incluso se deslaminará la capa de aleación Babbitt. Este tipo de daño grave no se puede reparar con soldadura y debe repararse mediante fundición.

3 Materiales y características de soldadura de la aleación Babbitt

La aleación Babbitt es un material metálico blando que, por lo general, se repara mediante fundición y soldadura. Dado que la aleación Babbitt tiene un punto de fusión bajo (240 °C) y una gran fluidez, el estaño líquido del baño de fusión se pierde fácilmente, por lo que resulta difícil fundirla o soldarla. A través de la práctica continua, se han explorado nuevos métodos y procesos de reparación que son más simples que los tradicionales. A continuación, se presenta el método de reparación de la soldadura TIG cuando el daño es grave.

3.1 Características del material de la aleación Babbitt

La soldadura a base de estaño es una soldadura blanda con un punto de fusión bajo. Se puede fundir a una temperatura relativamente baja mediante soldadura fuerte y se pueden conectar los nodos que se van a soldar. Es un método para proporcionar conductividad térmica y eléctrica continua, o se utiliza para sellar contenedores de líquidos y gases, y las juntas de soldadura no están sujetas a grandes tensiones.

La soldadura blanda debe cumplir los siguientes requisitos:

(1) Tener una cierta conductividad térmica y eléctrica;

(2) Mantener la resistencia requerida entre las piezas de conexión por debajo de 200 ℃;

(3) Tener una estructura densa y un buen sellado;

(4) Tener buena humectabilidad entre la soldadura blanda y las partes soldadas y los materiales básicos.

La conductividad térmica y eléctrica de la soldadura blanda es baja, solo entre el 8% y el 15% de la del cobre. Sin embargo, no hay resistencia evidente (como resistencia) en el camino (como el circuito), porque el camino de conducción es corto y el área de contacto en la junta de soldadura es grande.

La calidad de la unión de la soldadura depende de la naturaleza de la superficie a soldar, de las propiedades de la soldadura blanda y de la elección del fundente. De hecho, depende del proceso de humectación de la soldadura blanda fundida sobre la superficie metálica sólida a soldar. El estaño es un elemento activo en muchos componentes de soldadura blanda. Puede humedecerse y fusionarse con el metal base a soldar, como Cu, Fe, Ni, etc., para formar una capa muy fina de compuestos metálicos.

El uso del fundente es para limpiar la superficie metálica que se va a soldar para evitar afectar la humectabilidad. El componente principal del fundente es ZnCl2, que produce ácido clorhídrico libre en presencia de agua. Al soldar cobre, la capa de óxido se disuelve en cloruro y abandona el cobre base, y la soldadura fundida se extiende gradualmente sobre el cobre.

3.2 Composición y propiedades de la soldadura blanda

La soldadura blanda es generalmente una aleación de Sn-Pb con una composición eutéctica de 26.1 % Pb y una temperatura eutéctica de 183 ℃, lo que puede garantizar una temperatura de soldadura baja y evitar daños a los componentes sensibles a la temperatura.

Al soldar a mano, elija una aleación de Sn-50%Pbd. A medida que la temperatura disminuye, la solubilidad de Sn en Pb disminuye, el Sn precipita y la soldadura se ablanda; en la soldadura de aleación Sn-Pb-Sb, la precipitación de compuestos intermetálicos SnSb es particularmente obvia; Las aleaciones Sn-5%Ag y Sn-5%Sb no solo pueden mantener la resistencia de la soldadura a 200 ℃, sino que también tienen una humectabilidad similar a las aleaciones eutécticas.

Para las soldaduras que se utilizan a bajas temperaturas, se deben seleccionar aleaciones con alto contenido de Pb, como Pb-10%Sn o Pb-5%Sn-1.5%Ag. La humectabilidad y la resistencia de estas aleaciones se verán afectadas, pero el Sn no experimentará cambios de fase a bajas temperaturas (como 173 K), lo que provocará una pérdida grave de la plasticidad de la soldadura y la resistencia al impacto.

En estas soldaduras, el 0.001 % de Al provocará oxidación y la película de óxido de aluminio afectará la humectabilidad en la interfaz entre la soldadura líquida y el fundente; la soldadura generalmente contiene entre un 0.1 % y un 0.5 % de Sb, y la soldadura resistente a la fluencia puede alcanzar el 5 % de Sb. Una pequeña cantidad de antimonio (entre un 0.1 % y un 0.5 %) puede mejorar la humectabilidad de la soldadura de Pb-Sn al latón. La adición de entre un 0.1 % y un 0.25 % de Bi puede aumentar la velocidad de propagación de la soldadura eutéctica de Sn-Pb. Cuando el Bi supera el 0.5 %, la superficie de la soldadura cambiará de color.

El cadmio reducirá la velocidad de humectación y su película de óxido oscurecerá la superficie de la soldadura y provocará defectos de soldadura fuerte; el cobre tiene poco efecto sobre la humectabilidad de la soldadura, pero cuando supera el 0.25% de Cu, afectará la apariencia de la superficie de soldadura fuerte debido a la formación de compuestos de Cu-Sn; el fósforo que supere el 0.01% de P afectará la humectabilidad de la soldadura sobre cobre y acero con bajo contenido de carbono; el azufre (S) afecta la apariencia de la superficie de soldadura fuerte y el contenido de S en la soldadura está limitado a entre el 0.001 y el 5%; el Zn se oxida fácilmente para producir óxidos y la calidad de la superficie de la soldadura se deteriora cuando supera el 0.003% de Zn. Por lo tanto, el efecto combinado de varias impurezas no se puede subestimar y debe limitarse estrictamente.

3.3 Dificultades en el proceso de reparación de aleaciones babbitt

Anteriormente, las reparaciones de soldadura se realizaban principalmente mediante soldadura fuerte tradicional o soldadura eléctrica de cromo de alta potencia. Estos métodos de reparación tienen los siguientes defectos:

(1) Producción de alambre de soldadura

Es necesario fabricar una varilla de soldadura casera y utilizar una llama de oxígeno-acetileno para calentar directamente el bloque de aleación babbitt. Sus defectos son: por un lado, cuando se calienta y se funde, el líquido del alambre de soldadura que fluye se solidificará inmediatamente, convirtiéndose en alambres de soldadura de diferentes tamaños, con diámetros gruesos y desiguales; por otro lado, debido a que la aleación babbitt se calienta directamente con una llama de oxígeno-acetileno, las impurezas que contiene no se pueden eliminar y también se solidificarán en el alambre de soldadura, lo que hará que el alambre de soldadura resultante sea muy áspero. Es difícil fundir el material de relleno en la soldadura fuerte tradicional con viento o la reparación eléctrica de hierro cromado de alta potencia;

(2) Efecto reparador

El método tradicional de soldadura a gas para soldar y reparar cojinetes no puede cumplir con los requisitos de la soldadura de reparación: ① Utilice una lámpara de viento para apuntar directamente al cojinete. Aunque la potencia de fusión cumple con los requisitos de la soldadura de reparación, dañará la parte intacta adyacente al cuerpo principal o la parte de reparación, y la parte soldada y la parte intacta no se pueden fundir juntas; ② Utilice una lámpara de viento para calentar un martillo hecho de cobre puro sin calentarlo, y utilice el martillo para conducir el calor para soldar. Esto disipará el calor rápidamente, lo que provocará un enfriamiento y la imposibilidad de fundir para lograr la soldadura. También es difícil fundir la parte soldada y la parte intacta, y a menudo hay socavados en la unión; ③ Utilice un hierro de cromo eléctrico de alta potencia para soldar, con una temperatura de 500 A. Tomando el hierro de cromo eléctrico como ejemplo, la soldadura de poros y cojinetes de área pequeña con paredes delgadas es aceptable, pero para cojinetes de paredes gruesas, la temperatura no es suficiente, el poder de fusión no puede cumplir con los requisitos de soldadura de reparación y las juntas a menudo tienen socavaduras.

4 Método de reparación mediante TIG

En el caso de daños y defectos en áreas pequeñas de cojinetes de aleación Babbitt, los métodos de reparación de soldadura convencionales incluyen soldadura fuerte oxiacetilénica y soldadura con soldador. La soldadura fuerte oxiacetilénica y la soldadura con soldador son propensas a socavaduras, penetración incompleta y poros. En particular, el proceso de operación de soldadura fuerte oxiacetilénica es complicado y es fácil dañar la matriz.

A continuación, se presenta un método de reparación por soldadura completamente diferente para cojinetes de aleación Babbitt. No solo es fácil de operar, sino que además no requiere fundente, simplifica el proceso de reparación y tiene una alta calidad de soldadura. La tasa de calificación después de la reparación puede alcanzar el 100%, superando los defectos de socavaduras, penetración incompleta y poros que son fáciles de producir mediante soldadura fuerte con oxiacetileno y soldadura con soldador, y la vida útil del cojinete después de la reparación se extiende; se puede aplicar a daños más gruesos en cojinetes de aleación Babbitt, ahorrando costos y mejorando la eficiencia de producción.

Basándonos en la experiencia de años de reparación de cojinetes de aleación babbitt, el método de reparación con soldadura TIG se destaca entre muchos otros métodos. A continuación, se presentan los pasos específicos del proceso de soldadura TIG de aleación babbitt.

4.1 Preparación antes de soldar

(1) Preparación del alambre de soldadura

El material del rodamiento es aleación babbitt, modelo ZSnSb11Cu6 y ZSnSb8Cu4, que es un metal blando con un punto de fusión bajo.

Seleccione los materiales de aleación babbitt adecuados para fundir (crisol pequeño) para fabricar alambre de soldadura casero. El alambre de soldadura fundido en el crisol pequeño es relativamente puro, lo que puede eliminar las impurezas del interior y eliminar los objetos flotantes suspendidos en la superficie; incline el ángulo de acero inoxidable ∠ 30 × 30 × 2 de modo que el ángulo entre la ranura del ángulo de acero inoxidable y el plano horizontal sea de 20 ° ~ 40 °, luego use una pequeña cuchara de hierro para verter el líquido de aleación babbitt fundido en la ranura del ángulo de acero inoxidable, gire el ángulo de acero inoxidable y recoja el alambre de soldadura que se cae del ángulo de acero inoxidable.

(2) Tratamiento de la superficie de apoyo

Los cojinetes que han estado mucho tiempo en aceite lubricante tienen moléculas de aceite que han penetrado en el cuerpo. Durante la reparación por soldadura, estas fugas de aceite dificultarán la fusión de los metales, por lo que deben limpiarse con cuidado.

En primer lugar, determine la ubicación de la reparación de soldadura y limpie los cojinetes con ultrasonidos. Si no se cumplen las condiciones, utilice agentes de limpieza de metales para limpiar la película de óxido y las manchas de aceite en la superficie. Luego, mantenga limpios los cojinetes y realice reparaciones de soldadura de inmediato.

4.2 Proceso de reparación por soldadura

(1) Utilice soldadura TIG DC: use protección de argón, el caudal de argón es de 8 a 10 L/min, el diámetro del electrodo es de 3.2 mm; una boquilla de protección de cerámica pequeña; use una máscara fotocromática con diadema y sea cuidadoso al sujetar el alambre de soldadura;

(2) Utilice el método de soldadura plana y soldadura con la mano izquierda: no se apresure a llenar la capa inferior de la soldadura, primero inicie el arco en el área de soldadura, porque los cojinetes viejos han infiltrado una gran cantidad de aceite lubricante durante el uso y no se puede eliminar por completo después de la limpieza. Al soldar, inicie repetidamente el arco de ida y vuelta en el área de soldadura, utilizando TIG Use la luz del arco para expulsar las moléculas de aceite del interior; luego use un trapo limpio humedecido en un poco de acetona para limpiar las moléculas de aceite que flotan en la superficie; finalmente use un cepillo de alambre para cepillar los óxidos que flotan en la superficie y luego realice la soldadura de reparación de llenado de alambre;

(3) El punto de fusión de la aleación Babbitt es relativamente bajo. Al iniciar el arco, el electrodo debe estar correctamente alineado con el área de soldadura y se debe utilizar el método de prensado del arco para evitar que la aleación Babbitt en el área que no se suelda se derrita; el alambre de soldadura debe ser lo más fino posible para facilitar la operación de prensado del arco durante la soldadura;

(4) Al soldar, utilice una máscara fotosensible que cambie de color para alimentar con precisión el alambre y ajuste la máquina de soldar para retrasar el apagado del gas; cuando se cierre cada arco de soldadura, no retire inmediatamente la boquilla del área de soldadura para que el gas retardado pueda proteger eficazmente el área para evitar causar poros; preste especial atención al hecho de que no debe haber viento durante la soldadura y tome medidas para bloquear el viento si es necesario;

(5) La superficie de la última capa de soldadura debe ser ligeramente más alta que la superficie original del cojinete, y prestar atención a no producir socavaduras ni defectos no fusionados en la unión con la superficie original, y finalmente obtener un cojinete liso mediante el mecanizado. La figura 2 muestra la superficie del cojinete después de la reparación con soldadura TIG.

5 efecto reparador

Para verificar el efecto de reparación del rodamiento en este artículo, el autor seleccionó el mismo rodamiento y lo dañó artificialmente con un área de rayado de 3 c㎡ y una profundidad de 2 mm, un daño de 5 mm, un defecto de 12 mm, una pérdida de 30 mm y una pérdida de 35 mm, y luego lo reparó. Los resultados de la prueba se enumeran en la Tabla 2.

Se puede ver en la Tabla 2 que el método tradicional de reparación de cojinetes se limita a reparaciones menores; mientras que el método de reparación de cojinetes en este documento se puede aplicar a la reparación de aleaciones babbitt dañadas más gruesas, y el espesor de reparación puede alcanzar los 35 mm, y el efecto de reparación es mejor para daños en los cojinetes que no excedan los 30 mm de espesor.

La aleación Babbitt se utiliza ampliamente en varios tipos de cojinetes en los barcos, y su calidad está relacionada con el funcionamiento normal del motor principal, el generador y el eje de cola del barco. Al reparar barcos, la fundición y la soldadura TIG de aleaciones Babbitt producirán productos de alta calidad. En la comparación de varios métodos de soldadura para reparar aleaciones Babbitt, la soldadura TIG es actualmente el método de soldadura más simple e ideal.