선박 건조 과정에서 바빗 금속은 선박의 모든 종류의 필로우에 널리 사용됩니다. 선박 수리에서 바빗 금속 필로우의 반복 사용률을 높이고 재주조 아웃소싱의 자본과 시간을 줄이기 위해 지난 30년 이상 바빗 금속 필로우를 수리한 실제 경험에 따라 합격률이 높은 바빗 금속의 용접 수리 기술 세트를 요약했습니다.

 

1 소개

 

선박의 많은 회전 장비는 다양한 베어링의 지지와 윤활유에 의한 베어링의 윤활에 의존하여 작동합니다. 선박 꼬리 샤프트의 중간 베어링 부싱, 주 엔진의 커넥팅로드 부싱, 발전기의 부싱 등은 모두 바빗 합금으로 만들어졌습니다. 장기 작동 중 오일 공급 시스템의 진동이나 고장으로 인해 부싱의 바빗 합금이 마모되고 심지어 바빗 합금이 떨어져 타게 됩니다. 따라서 수리에는 주조 및 수리 용접이 자주 사용됩니다. 이 글에서는 손상되고 손상된 부싱에 대한 TIG 용접 수리 기술의 성공적인 사례를 소개합니다.

 

2 Babbitt 합금 소개

 

2.1 Babbitt 합금의 특성

 

바빗 합금은 마모 감소 성능이 높고, 매립성, 마찰 컴플라이언스 및 샤프트 저항성이 우수합니다. 경질 상 입자는 연질 상 매트릭스에 고르게 분포되어 있습니다. 연질 상 매트릭스는 합금에 우수한 매립성, 컴플라이언스 및 안티 바이트 특성을 제공합니다. 런닝 인 후, 연질 매트릭스는 오목하고 경질 포인트는 볼록하여 슬라이딩 표면 사이에 작은 틈이 형성되어 오일 저장 공간과 윤활유 채널이 되어 마모 감소에 도움이 됩니다. 볼록한 경질 입자는 지지 역할을 하여 베어링에 도움이 됩니다.

 

2.2 일반적으로 사용되는 바빗 합금 모델

 

선박의 꼬리축 중간 베어링 부싱, 주엔진 커넥팅로드 부싱 및 발전기 부싱의 대부분은 표 11에서 볼 수 있듯이 ZSnSb6Cu8와 ZSnSb4Cu1라는 두 가지 유형의 바빗 합금을 사용합니다.

 

2.3 바빗 합금의 결함 및 손상 형태

 

선박의 꼬리축 중간 베어링 부싱(바빗 합금)의 주요 손상 형태는 다음과 같습니다.

(1) 국부적인 결함 또는 마모

부싱의 장기간 작동으로 인해 부싱의 바빗 합금층이 진동으로 인해 마모되고 분리됩니다(그림 1 참조).

(2) 완전히 파손되거나 박리됨

오일 공급 시스템이 고장나면 연소가 발생하고, 상부 및 하부 베어링이 모두 타서 파손되며, 특히 하부 베어링의 경우 Babbitt 합금 층이 박리됩니다. 이러한 심각한 손상은 용접으로 수리할 수 없으며, 재주조로 수리해야 합니다.

 

3 Babbitt 합금의 재료 및 용접 특성

 

바빗 합금은 연성 금속 소재로, 일반적으로 재주조 및 용접으로 수리합니다. 바빗 합금은 낮은 융점(240°C)과 강한 유동성을 가지고 있기 때문에 용융 풀의 주석 액체가 쉽게 손실되어 주조 또는 용접하기 어렵습니다. 지속적인 연습을 통해 기존 방식보다 간단한 새로운 수리 방법과 공정이 탐구되었습니다. 다음은 손상이 심각할 때 TIG 용접의 수리 방법을 소개합니다.

 

3.1 Babbitt 합금의 재료 특성

 

주석 기반 솔더는 낮은 녹는점을 가진 연성 솔더입니다. 브레이징을 통해 비교적 낮은 온도에서 녹일 수 있으며, 용접할 노드를 연결할 수 있습니다. 연속적인 열 및 전기 전도성을 제공하는 방법이며, 액체 및 가스 용기를 밀봉하는 데 사용되며 솔더 조인트는 큰 응력을 받지 않습니다.

 

연성 솔더는 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.

(1) 일정한 열 및 전기 전도도를 갖는다.

(2) 연결부 사이의 소요 강도는 200℃ 이하로 유지한다.

(3) 구조가 치밀하고 밀봉성이 양호하다.

(4) 연납땜과 납땜부 및 모재와의 젖음성이 양호할 것.

 

연성 솔더의 열 및 전기 전도도는 구리의 8%~15%에 불과하여 좋지 않습니다. 그러나 전도 경로가 짧고 솔더 접합부의 접촉 면적이 크기 때문에 도로(예: 회로)에 뚜렷한 저항(예: 저항)이 없습니다.

 

솔더 조인트의 품질은 납땜할 표면의 특성, 연성 솔더의 특성 및 플럭스 선택에 따라 달라집니다. 사실, 납땜할 고체 금속 표면에서 용융된 연성 솔더의 습윤 과정에 따라 달라집니다. 주석은 많은 연성 솔더 구성 요소에서 활성 원소입니다. Cu, Fe, Ni 등과 같이 납땜할 기본 금속을 적시고 융합하여 매우 얇은 금속 화합물 층을 형성할 수 있습니다.

 

플럭스의 사용은 젖음성에 영향을 미치지 않도록 납땜할 금속 표면을 청소하는 것입니다. 플럭스의 주요 구성 요소는 ZnCl2로, 물이 있으면 유리 염산을 생성합니다. 구리를 납땜할 때 산화물 층은 염화물로 용해되어 기본 구리를 떠나고 용융된 솔더는 점차 구리 위에 퍼집니다.

 

3.2 연성 솔더 구성 및 특성

 

연성 솔더는 일반적으로 26.1%Pb의 공융 조성과 183℃의 공융 온도를 갖는 Sn-Pb 합금으로, 낮은 납땜 온도를 보장하고 온도에 민감한 부품의 손상을 방지할 수 있습니다.

 

손으로 납땜할 때는 Sn-50%Pbd 합금을 선택합니다. 온도가 낮아짐에 따라 Pb에서 Sn의 용해도가 감소하고 Sn이 침전되고 솔더가 부드러워집니다. Sn-Pb-Sb 합금 솔더에서 SnSb 금속간 화합물의 침전이 특히 두드러집니다. Sn-5%Ag 및 Sn-5%Sb 합금은 솔더의 강도를 200℃까지 유지할 ​​수 있을 뿐만 아니라 공융 합금과 유사한 젖음성을 가질 수 있습니다.

 

저온에서 사용되는 솔더의 경우 Pb-10%Sn 또는 Pb-5%Sn-1.5%Ag 합금과 같은 고 Pb 합금을 선택해야 합니다. 이 합금의 젖음성과 강도는 영향을 받지만 Sn은 저온(예: 173K)에서 상변화를 겪지 않아 솔더 가소성과 충격 강도가 심각하게 손실됩니다.

 

이러한 솔더에서 0.001% Al은 산화를 일으키고, 산화 알루미늄 필름은 액상 솔더와 플럭스 사이의 계면에서 젖음성에 영향을 미칩니다. 솔더는 일반적으로 0.1%~0.5% Sb를 함유하고 있으며, 크립 저항 솔더는 5% Sb에 도달할 수 있습니다. 소량의 안티몬(0.1%~0.5%)은 황동에 대한 Pb-Sn 솔더의 젖음성을 개선할 수 있습니다. 0.1%~0.25% Bi를 첨가하면 공융 Sn-Pb 솔더의 확산 속도를 높일 수 있습니다. Bi가 0.5%를 초과하면 솔더 표면의 색상이 변합니다.

 

카드뮴은 젖음 속도를 감소시키고 산화막은 솔더 표면을 어둡게 하고 브레이징 결함을 유발합니다. 구리는 솔더의 젖음성에 거의 영향을 미치지 않지만 0.25% Cu를 초과하면 Cu-Sn 화합물이 형성되어 브레이징 표면의 외관에 영향을 미칩니다. 0.01% P를 초과하는 인은 구리 및 저탄소강의 솔더 젖음성에 영향을 미칩니다. 유황(S)은 브레이징 표면의 외관에 영향을 미치며 솔더의 S 함량은 0.001~5% 이내로 제한됩니다. Zn은 쉽게 산화되어 산화물을 생성하고 0.003% Zn을 초과하면 솔더 표면 품질이 저하됩니다. 따라서 다양한 불순물의 결합 효과를 과소평가할 수 없으며 엄격히 제한해야 합니다.

 

3.3 바빗 합금의 수리과정에서의 어려움

 

이전에는 용접 수리는 주로 전통적인 바람 브레이징이나 고출력 전기 크롬 철로 수리되었습니다. 이러한 수리 방법에는 다음과 같은 결함이 있습니다.

 

(1) 용접와이어의 생산

수제 용접봉을 만들고 산소-아세틸렌 화염을 사용하여 바빗 합금 블록을 직접 가열해야 합니다. 그 결함은 다음과 같습니다. 한편으로는 가열하여 녹이면 흘러나오는 용접 와이어 액체가 즉시 응고되어 두껍고 고르지 않은 직경의 다양한 크기의 용접 와이어가 됩니다. 다른 한편으로는 바빗 합금이 산소-아세틸렌 화염으로 직접 가열되기 때문에 그 안에 포함된 불순물을 제거할 수 없고 용접 와이어로 응고되어 결과적으로 용접 와이어가 매우 거칠어집니다. 전통적인 윈드 브레이징이나 고출력 전기 크롬 철 수리에서는 필러 재료를 녹이기가 어렵습니다.

 

(2) 수리효과

베어링을 용접 및 수리하는 기존 가스 용접 방법은 수리 용접의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. ① 풍력 램프를 사용하여 베어링을 직접 조준합니다. 용융 전력은 수리 용접의 요구 사항을 충족하지만 모체 또는 수리 부품에 인접한 손상되지 않은 부분을 손상시키고 용접된 부분과 손상되지 않은 부분을 함께 용융할 수 없습니다. ② 풍력 램프를 사용하여 순수 구리로 만든 망치를 가열하지 않고 가열하고 망치를 사용하여 용접을 위해 열을 전도합니다. 이렇게 하면 열이 빠르게 소산되어 냉각되고 용융되지 않아 용접이 이루어지지 않습니다. 또한 용접된 부분과 손상되지 않은 부분을 용융하기 어렵고 조인트에 언더컷이 종종 발생합니다. ③ 500A의 온도로 용접에 고출력 전기 크롬 철을 사용합니다. 전기 크롬 철을 예로 들면 얇은 벽을 가진 기공 및 소면적 베어링의 용접은 허용되지만 두꺼운 벽의 베어링의 경우 온도가 충분하지 않고 용융 전력이 수리 용접 요구 사항을 충족할 수 없으며 조인트에 언더컷이 종종 발생합니다.

 

4 TIG를 이용한 수리방법

 

Babbitt 합금 베어링의 작은 면적 손상 및 결함의 경우, 기존 용접 수리 방법에는 옥시아세틸렌 브레이징 및 납땜 인두 용접이 포함됩니다. 옥시아세틸렌 브레이징 및 납땜 인두 용접은 언더컷, 불완전한 침투 및 기공이 발생하기 쉽습니다. 특히, 옥시아세틸렌 브레이징 작업 프로세스는 복잡하고 매트릭스를 손상시키기 쉽습니다.

 

다음은 Babbitt 합금 베어링에 대한 완전히 다른 용접 수리 방법을 소개합니다. 작동이 간단할 뿐만 아니라 플럭스가 필요하지 않고 수리 공정이 간소화되며 용접 품질이 높습니다. 수리 후 합격률은 100%에 도달하여 산소 아세틸렌 브레이징 및 납땜 인두 용접으로 쉽게 생성되는 언더컷, 불완전한 침투 및 기공의 결함을 극복하고 수리 후 베어링의 수명을 연장할 수 있습니다. Babbitt 합금 베어링의 더 두꺼운 손상에 적용하여 비용을 절감하고 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

 

수년에 걸쳐 바빗 합금 베어링을 수리한 경험에 따르면 TIG 용접 수리 방법은 많은 방법 중에서 두드러집니다. TIG 용접 바빗 합금의 구체적인 공정 단계는 다음과 같습니다.

 

4.1 용접 전 준비

 

(1) 용접와이어의 준비

베어링의 재질은 낮은 녹는점을 가진 연성 금속인 바빗 합금, 모델 ZSnSb11Cu6 및 ZSnSb8Cu4입니다.

용융을 위해 일치하는 바빗 합금 재료(작은 도가니)를 선택하여 수제 용접 와이어를 만듭니다. 작은 도가니에서 용융된 용접 와이어는 비교적 순수하여 내부의 불순물을 제거하고 표면에 떠 있는 부유물을 제거할 수 있습니다. ∠ 30×30×2 스테인리스 스틸 각형 강철을 기울여 스테인리스 스틸 각형 강철 홈과 수평면 사이의 각도가 20°~40°가 되도록 한 다음 작은 철제 숟가락을 사용하여 용융된 바빗 합금 액체를 스테인리스 스틸 각형 강철 홈에 붓고 스테인리스 스틸 각형 강철을 회전시키고 스테인리스 스틸 각형 강철에서 떨어진 용접 와이어를 수집합니다.

 

(2) 베어링 표면의 처리

오랫동안 윤활유에 담겨 있던 베어링은 오일 분자가 본체에 침투했습니다. 용접 수리 시 이러한 누출 오일은 금속의 융합을 방해하므로 주의해서 청소해야 합니다.

먼저 용접 수리 위치를 파악하고 베어링을 초음파로 세척합니다. 조건이 충족되지 않으면 금속 세척제를 사용하여 표면의 산화막과 오일 얼룩을 세척합니다. 그런 다음 베어링을 깨끗하게 유지하고 즉시 용접 수리를 수행합니다.

 

4.2 용접수리 공정

 

(1) TIG DC 용접을 사용합니다: 아르곤 보호 장치를 사용하고, 아르곤 유량은 8~10L/min, 전극 직경은 3.2mm입니다. 작은 세라믹 보호 노즐을 사용합니다. 헤드밴드 광변색 마스크를 사용하고 용접 와이어를 잡을 때 조심하십시오.

(2) 평용접 및 좌수용접법 사용: 용접의 바닥층을 채우는 데 서두르지 말고, 먼저 용접 구역에서 아크를 시작하십시오. 왜냐하면 오래된 베어링은 사용 중에 많은 윤활유를 침투했으며, 세척 후 완전히 제거할 수 없기 때문입니다. 용접 시, 용접 구역에서 아크를 반복해서 앞뒤로 시작하고 TIG를 사용하여 아크 조명을 사용하여 내부의 오일 분자를 강제로 밀어냅니다. 그런 다음 약간의 아세톤에 담근 깨끗한 걸레로 표면에 떠 있는 오일 분자를 닦아냅니다. 마지막으로 와이어 브러시로 표면에 떠 있는 산화물을 털어낸 다음 와이어 충전 수리 용접을 수행합니다.

(3) 바빗 합금의 융점은 비교적 낮다. 아크를 시작할 때 전극은 용접 부위와 정확히 정렬되어야 하며 아크 프레싱 방법을 사용하여 비용접 부위의 바빗 합금이 녹는 것을 방지해야 한다. 용접 와이어는 용접 중 아크 프레싱 작업을 용이하게 하기 위해 가능한 한 얇게 만들어야 한다.

(4) 용접 시 감광성 변색 마스크를 사용하여 와이어를 정확하게 공급하고 용접기를 조정하여 가스 차단을 지연시킵니다. 각 용접 아크가 닫힐 때 노즐을 용접 영역에서 즉시 제거하지 마십시오. 지연된 가스가 해당 영역을 효과적으로 보호하여 기공이 발생하지 않도록 합니다. 용접 중에는 바람이 없어야 한다는 사실에 특히 주의하고 필요한 경우 바람 차단 조치를 취하십시오.

(5) 최종 용접층의 표면은 베어링의 원래 표면보다 약간 높아야 하며, 원래 표면과의 접합부에 언더컷 및 미융착 결함이 발생하지 않도록 주의하며, 최종적으로 기계 가공을 통해 매끄러운 베어링을 얻습니다. 그림 2는 TIG 용접 수리 후의 베어링 표면을 보여줍니다.

 

5 수리 효과

 

본 논문에서 베어링의 수리효과를 검증하기 위하여 저자는 동일한 베어링을 선정하여 스크래치 면적 3 c㎡, 깊이 2 mm, 손상 5 mm, 결함 12 mm, 손실 30 mm, 손실 35 mm로 인위적으로 손상시킨 후 수리하였다. 시험결과는 Table 2에 나타내었다.

 

표 2에서 볼 수 있듯이 기존 베어링 수리 방법은 사소한 수리에만 국한됩니다. 반면 본 논문의 베어링 수리 방법은 두껍고 손상된 바빗 합금의 수리에 적용할 수 있으며, 수리 두께는 35mm에 달할 수 있고 두께가 30mm를 넘지 않는 베어링 손상에서 수리 효과가 가장 좋습니다.

 

배빗 합금은 선박의 다양한 유형의 베어링에 널리 사용되고 있으며, 그 품질은 선박의 주 엔진, 발전기 및 테일 샤프트의 정상적인 작동과 관련이 있습니다. 선박을 수리할 때 배빗 합금의 주조 및 TIG 용접은 고품질 제품을 생산합니다. 배빗 합금을 수리하기 위한 다양한 용접 방법을 비교했을 때, TIG 용접은 현재 가장 간단하고 가장 이상적인 용접 방법입니다.