Nel processo di costruzione navale, il babbitt metal è ampiamente utilizzato in tutti i tipi di cuscini sulle navi. Nella riparazione navale, al fine di migliorare il tasso di utilizzo ripetuto del cuscino in babbitt metal e ridurre il capitale e il tempo di esternalizzazione della rifusione, secondo l'esperienza pratica di riparazione del cuscino in babbitt metal negli ultimi 30 anni, è riassunta una serie di tecnologie di riparazione della saldatura del babbitt metal con un tasso di qualificazione elevato.

1 Introduzione

Molte apparecchiature rotanti nelle navi si basano sul supporto di vari cuscinetti e sulla lubrificazione dei cuscinetti mediante olio lubrificante per funzionare. La boccola del cuscinetto intermedio dell'albero di coda della nave, la boccola della biella del motore principale, la boccola del generatore, ecc., sono tutte realizzate in lega Babbitt. A causa di vibrazioni o guasti del sistema di alimentazione dell'olio durante il funzionamento a lungo termine, la lega Babbitt sulla boccola si usura e provoca persino la caduta e la combustione della lega Babbitt. Pertanto, la fusione e la saldatura di riparazione sono spesso utilizzate nella riparazione. Questo articolo introdurrà la pratica di successo della tecnologia di riparazione della saldatura TIG per boccole danneggiate e danneggiate.

2 Introduzione alla lega Babbitt

2.1 Caratteristiche della lega Babbitt

La lega Babbitt ha elevate prestazioni di riduzione dell'usura, buon incorporamento, conformità all'attrito e resistenza dell'albero. Le particelle di fase dura sono distribuite uniformemente nella matrice di fase morbida. La matrice di fase morbida conferisce alla lega buone proprietà di incorporamento, conformità e anti-morso. Dopo il rodaggio, la matrice morbida è concava e i punti duri sono convessi, in modo che si formi un piccolo spazio tra le superfici di scorrimento per diventare uno spazio di stoccaggio dell'olio e un canale dell'olio lubrificante, che è favorevole alla riduzione dell'usura; e le particelle dure convesse svolgono un ruolo di supporto, che è favorevole al cuscinetto.

2.2 Modelli di lega Babbitt comunemente utilizzati

La maggior parte delle boccole dei cuscinetti intermedi dell'albero di coda della nave, delle boccole delle bielle del motore principale e delle boccole del generatore utilizzano due tipi di leghe di babbitt, ovvero ZSnSb11Cu6 e ZSnSb8Cu4, come mostrato nella Tabella 1.

2.3 Difetti e forme di danneggiamento delle leghe di babbitt

Le principali forme di danneggiamento della boccola del cuscinetto intermedio dell'albero di coda della nave (lega Babbitt) sono le seguenti:

(1) Difetto o usura locale

A causa del funzionamento prolungato della boccola, lo strato di lega Babbitt sulla boccola si usura e si stacca a causa delle vibrazioni, come mostrato nella Figura 1.

(2) Completamente rotto o delaminato

Se il sistema di alimentazione dell'olio si guasta, si verificherà una combustione e sia i cuscinetti superiori che quelli inferiori saranno bruciati e rotti, in particolare il cuscinetto inferiore, dove lo strato di lega Babbitt sarà persino delaminato. Questo tipo di danno grave non può essere riparato tramite saldatura e deve essere riparato tramite rifusione.

3 Materiali e caratteristiche di saldatura della lega Babbitt

La lega Babbitt è un materiale metallico morbido, che di solito viene riparato tramite rifusione e saldatura. Poiché la lega Babbitt ha un basso punto di fusione (240°C) e una forte fluidità, il liquido di stagno nella pozza fusa è facile da perdere, quindi è difficile da fondere o saldare. Attraverso la pratica continua, sono stati esplorati nuovi metodi e processi di riparazione più semplici di quelli tradizionali. Di seguito viene presentato il metodo di riparazione della saldatura TIG quando il danno è grave.

3.1 Caratteristiche del materiale della lega Babbitt

La saldatura a base di stagno è una saldatura dolce con un basso punto di fusione. Può essere fusa a una temperatura relativamente bassa tramite brasatura e i nodi da saldare possono essere collegati. È un metodo per fornire conduttività termica ed elettrica continua o utilizzato per sigillare contenitori di liquidi e gas e i giunti di saldatura non sono sottoposti a grandi sollecitazioni.

La saldatura dolce deve soddisfare i seguenti requisiti:

(1) Hanno una certa conduttività termica ed elettrica;

(2) Mantenere la resistenza richiesta tra le parti di collegamento al di sotto di 200 ℃;

(3) Avere una struttura densa e una buona tenuta;

(4) Avere una buona bagnabilità tra la lega di saldatura dolce e le parti saldate e i materiali di base.

La conduttività termica ed elettrica della saldatura dolce è scarsa, solo l'8%~15% di rame. Tuttavia, non c'è una resistenza evidente (come la resistenza) nella strada (come il circuito), perché il percorso di conduzione è breve e l'area di contatto nel giunto di saldatura è ampia.

La qualità del giunto di saldatura dipende dalla natura della superficie da saldare, dalle proprietà della lega di saldatura dolce e dalla scelta del flusso. Infatti, dipende dal processo di bagnatura della lega di saldatura dolce fusa sulla superficie metallica solida da saldare. Lo stagno è un elemento attivo in molti componenti della lega di saldatura dolce. Può bagnare e fondersi con il metallo di base da saldare, come Cu, Fe, Ni, ecc., per formare uno strato molto sottile di composti metallici.

L'uso del flusso serve a pulire la superficie metallica da saldare per evitare di compromettere la bagnabilità. Il componente principale del flusso è ZnCl2, che produce acido cloridrico libero in presenza di acqua. Quando si salda il rame, lo strato di ossido si dissolve in cloruro e lascia il rame di base, e la lega saldante fusa si diffonde gradualmente sul rame.

3.2 Composizione e proprietà della saldatura dolce

La saldatura dolce è generalmente una lega Sn-Pb con una composizione eutettica del 26.1% Pb e una temperatura eutettica di 183 ℃, che può garantire una bassa temperatura di saldatura ed evitare danni ai componenti sensibili alla temperatura.

Quando si salda a mano, scegliere la lega Sn-50%Pbd. Man mano che la temperatura diminuisce, la solubilità di Sn in Pb diminuisce, Sn precipita e la saldatura si ammorbidisce; nella saldatura in lega Sn-Pb-Sb, la precipitazione di composti intermetallici SnSb è particolarmente evidente; le leghe Sn-5%Ag e Sn-5%Sb possono non solo mantenere la resistenza della saldatura a 200 ℃, ma hanno anche una bagnabilità simile alle leghe eutettiche.

Per la saldatura utilizzata a basse temperature, è opportuno selezionare leghe ad alto contenuto di Pb, come le leghe Pb-10%Sn o Pb-5%Sn-1.5%Ag. La bagnabilità e la resistenza di questa lega saranno influenzate, ma lo Sn non subirà cambiamenti di fase a basse temperature (come 173K), con conseguente grave perdita di plasticità della saldatura e resistenza all'impatto.

In queste saldature, lo 0.001% di Al causerà ossidazione e il film di ossido di alluminio influenzerà la bagnabilità all'interfaccia tra la saldatura liquida e il flusso; la saldatura contiene generalmente lo 0.1%~0.5% di Sb e la saldatura resistente allo scorrimento può raggiungere il 5% di Sb. Una piccola quantità di antimonio (0.1%~0.5%) può migliorare la bagnabilità della saldatura Pb-Sn all'ottone. L'aggiunta dello 0.1%~0.25% di Bi può aumentare la velocità di diffusione della saldatura eutettica Sn-Pb. Quando il Bi supera lo 0.5%, la superficie della saldatura cambierà colore.

Il cadmio ridurrà la velocità di bagnatura e il suo film di ossido scurirà la superficie della saldatura e causerà difetti di brasatura; il rame ha scarso effetto sulla bagnabilità della saldatura, ma quando supera lo 0.25% di Cu, influenzerà l'aspetto della superficie di brasatura a causa della formazione di composti Cu-Sn; il fosforo che supera lo 0.01% di P influenzerà la bagnabilità della saldatura su rame e acciaio a basso tenore di carbonio; lo zolfo (S) influisce sull'aspetto della superficie di brasatura e il contenuto di S nella saldatura è limitato a 0.001 5%; lo Zn si ossida facilmente per produrre ossidi e la qualità della superficie della saldatura si deteriora quando supera lo 0.003% di Zn. Pertanto, l'effetto combinato di varie impurità non può essere sottovalutato e dovrebbe essere rigorosamente limitato.

3.3 Difficoltà nel processo di riparazione della lega di babbitt

In precedenza, le riparazioni di saldatura venivano riparate principalmente tramite la tradizionale brasatura a vento o con ferro al cromo elettrico ad alta potenza. Questi metodi di riparazione presentano i seguenti difetti:

(1) Produzione di filo per saldatura

È necessario realizzare una bacchetta di saldatura fatta in casa e utilizzare una fiamma di ossigeno-acetilene per riscaldare direttamente il blocco di lega di babbitt. I suoi difetti sono: da un lato, quando riscaldato e fuso, il liquido del filo di saldatura che fuoriesce si solidificherà immediatamente, diventando fili di saldatura di diverse dimensioni, con diametri spessi e irregolari; dall'altro lato, poiché la lega di babbitt viene riscaldata direttamente da una fiamma di ossigeno-acetilene, le impurità in essa contenute non possono essere rimosse e si solidificheranno anche nel filo di saldatura, rendendo il filo di saldatura risultante molto ruvido. È difficile fondere il materiale di riempimento nella tradizionale brasatura a vento o nella riparazione elettrica del ferro cromato ad alta potenza;

(2) Effetto riparazione

Il metodo tradizionale di saldatura a gas per la saldatura e la riparazione dei cuscinetti non può soddisfare i requisiti della saldatura di riparazione: ① Utilizzare una lampada a vento per mirare direttamente al cuscinetto. Sebbene il potere di fusione soddisfi i requisiti della saldatura di riparazione, danneggerà la parte intatta adiacente al corpo principale o alla parte di riparazione e la parte saldata e la parte intatta non possono essere fuse insieme; ② Utilizzare una lampada a vento per riscaldare un martello di rame puro senza riscaldarlo e utilizzare il martello per condurre il calore per la saldatura. Ciò dissiperà rapidamente il calore, con conseguente raffreddamento e mancata fusione per ottenere la saldatura. È anche difficile fondere la parte saldata e la parte intatta e spesso c'è un sottosquadro nel giunto; ③ Utilizzare un ferro al cromo elettrico ad alta potenza per la saldatura, con una temperatura di 500 A. Prendendo come esempio il ferro elettrocromo, la saldatura di pori e cuscinetti di piccola area con pareti sottili è accettabile, ma per cuscinetti a parete spessa, la temperatura non è sufficiente, il potere di fusione non può soddisfare i requisiti di saldatura di riparazione e i giunti hanno spesso dei sottosquadri.

4 Metodo di riparazione tramite TIG

Per danni e difetti di piccole aree di cuscinetti in lega Babbitt, i metodi di riparazione della saldatura convenzionali includono la brasatura ossiacetilenica e la saldatura a saldare. La brasatura ossiacetilenica e la saldatura a saldare sono soggette a sottosquadri, penetrazione incompleta e pori. In particolare, il processo di operazione di brasatura ossiacetilenica è complicato e danneggia facilmente la matrice.

Di seguito viene presentato un metodo di riparazione della saldatura completamente diverso per cuscinetti in lega Babbitt. Non solo è semplice da utilizzare, ma non richiede nemmeno flusso, semplifica il processo di riparazione e ha un'elevata qualità di saldatura. Il tasso qualificato dopo la riparazione può raggiungere il 100%, superando i difetti di sottosquadri, penetrazione incompleta e pori che sono facili da produrre mediante brasatura ossiacetilenica e saldatura a saldare, e la durata del cuscinetto dopo la riparazione è estesa; può essere applicato a danni più spessi su cuscinetti in lega Babbitt, risparmiando sui costi e migliorando l'efficienza della produzione.

Sulla base dell'esperienza maturata negli anni nella riparazione di cuscinetti in lega babbitt, il metodo di riparazione con saldatura TIG si distingue tra molti metodi. Le fasi specifiche del processo di saldatura TIG in lega babbitt sono presentate di seguito.

4.1 Preparazione prima della saldatura

(1) Preparazione del filo di saldatura

Il materiale del cuscinetto è una lega di babbitt, modello ZSnSb11Cu6 e ZSnSb8Cu4, un metallo tenero con un basso punto di fusione.

Selezionare i materiali in lega di babbitt corrispondenti per la fusione (piccolo crogiolo) per realizzare filo di saldatura fatto in casa. Il filo di saldatura fuso nel piccolo crogiolo è relativamente puro, il che può rimuovere le impurità all'interno e rimuovere gli oggetti galleggianti sospesi sulla superficie; inclinare l'acciaio angolare in acciaio inossidabile ∠ 30×30×2 in modo che l'angolo tra la scanalatura dell'acciaio angolare in acciaio inossidabile e il piano orizzontale sia di 20°~40°, quindi utilizzare un piccolo cucchiaio di ferro per versare il liquido in lega di babbitt fuso nella scanalatura dell'acciaio angolare in acciaio inossidabile, ruotare l'acciaio angolare in acciaio inossidabile e raccogliere il filo di saldatura che cade dall'acciaio angolare in acciaio inossidabile.

(2) Trattamento della superficie di appoggio

I cuscinetti che sono stati a lungo immersi nell'olio lubrificante hanno molecole di olio che sono penetrate nel corpo. Durante la riparazione tramite saldatura, queste perdite di olio ostacoleranno la fusione dei metalli, quindi devono essere puliti con cura.

Per prima cosa, determinare la posizione della riparazione di saldatura e pulire i cuscinetti con ultrasuoni. Se le condizioni non sono soddisfatte, utilizzare detergenti per metalli per pulire la pellicola di ossido e le macchie di olio sulla superficie. Quindi mantenere puliti i cuscinetti ed eseguire immediatamente le riparazioni di saldatura.

4.2 Processo di riparazione della saldatura

(1) Utilizzare la saldatura TIG DC: utilizzare la protezione con argon, la portata dell'argon è da 8 a 10 L/min, il diametro dell'elettrodo è di 3.2 mm; un piccolo ugello di protezione in ceramica; utilizzare una maschera fotocromatica con fascia per la testa e maneggiare delicatamente il filo di saldatura;

(2) Utilizzare il metodo di saldatura piana e di saldatura a sinistra: non affrettarsi a riempire lo strato inferiore della saldatura, avviare prima l'arco nell'area di saldatura, perché i vecchi cuscinetti hanno infiltrato molto olio lubrificante durante l'uso e non possono essere completamente rimossi dopo la pulizia. Durante la saldatura, avviare ripetutamente l'arco avanti e indietro nell'area di saldatura, utilizzando TIG Utilizzare la luce dell'arco per forzare le molecole di olio all'interno; quindi utilizzare uno straccio pulito imbevuto di un po' di acetone per pulire le molecole di olio che galleggiano sulla superficie; infine utilizzare una spazzola metallica per spazzolare via gli ossidi che galleggiano sulla superficie, quindi eseguire la saldatura di riparazione del riempimento del filo;

(3) Il punto di fusione della lega Babbitt è relativamente basso. Quando si avvia l'arco, l'elettrodo deve essere allineato correttamente con l'area di saldatura e il metodo di pressatura dell'arco deve essere utilizzato per impedire che la lega Babbitt nell'area non saldata si fonda; il filo di saldatura deve essere reso il più sottile possibile per facilitare l'operazione di pressatura dell'arco durante la saldatura;

(4) Durante la saldatura, utilizzare una maschera fotosensibile che cambia colore per alimentare con precisione il filo e regolare la saldatrice per ritardare lo spegnimento del gas; quando ogni arco di saldatura è chiuso, non rimuovere immediatamente l'ugello dall'area di saldatura in modo che il gas ritardato possa proteggere efficacemente l'area per evitare di causare pori; prestare particolare attenzione al fatto che non ci debba essere vento durante la saldatura e, se necessario, adottare misure di blocco del vento;

(5) La superficie dell'ultimo strato di saldatura deve essere leggermente più alta della superficie originale del cuscinetto, e prestare attenzione a non produrre sottosquadri e difetti non fusi nella giunzione con la superficie originale, e infine ottenere un cuscinetto liscio tramite lavorazione. La Figura 2 mostra la superficie del cuscinetto dopo la riparazione della saldatura TIG.

5 Effetto riparatore

Per verificare l'effetto di riparazione del cuscinetto in questo articolo, l'autore ha selezionato lo stesso cuscinetto e lo ha danneggiato artificialmente con un'area di graffio di 3 c㎡ e una profondità di 2 mm, un danno di 5 mm, un difetto di 12 mm, una perdita di 30 mm e una perdita di 35 mm, quindi lo ha riparato. I risultati del test sono elencati nella Tabella 2.

Dalla Tabella 2 si può osservare che il metodo tradizionale di riparazione dei cuscinetti è limitato a piccole riparazioni; mentre il metodo di riparazione dei cuscinetti descritto in questo documento può essere applicato alla riparazione di leghe di babbitt danneggiate più spesse, lo spessore di riparazione può raggiungere i 35 mm e l'effetto di riparazione è ottimale per danni ai cuscinetti che non superano i 30 mm di spessore.

La lega Babbitt è ampiamente utilizzata in vari tipi di cuscinetti sulle navi e la sua qualità è correlata al normale funzionamento del motore principale, del generatore e dell'albero di coda della nave. Quando si riparano navi, la fusione e la saldatura TIG delle leghe Babbitt produrranno prodotti di alta qualità. Nel confronto di vari metodi di saldatura per la riparazione della lega Babbitt, la saldatura TIG è attualmente il metodo di saldatura più semplice e ideale.