W procesie budowy statków metal babbitt jest szeroko stosowany we wszystkich rodzajach poduszek na statkach. W naprawie statków, aby poprawić wskaźnik ponownego wykorzystania poduszki z metalu babbitt i zmniejszyć kapitał i czas outsourcingu przetapiania, zgodnie z praktycznym doświadczeniem w naprawie poduszki z metalu babbitt w ciągu ostatnich ponad 30 lat, podsumowano zestaw technologii naprawy spawalniczej metalu babbitt o wysokiej jakości.

1 Wprowadzenie

Wiele urządzeń obrotowych na statkach opiera się na podparciu różnych łożysk i smarowaniu łożysk olejem smarującym, aby działać. Tuleja łożyska pośredniego wału ogonowego statku, tuleja korbowodu silnika głównego, tuleja generatora itp. są wykonane ze stopu Babbitt. Z powodu wibracji lub awarii układu zasilania olejem podczas długotrwałej pracy stop Babbitt na tulei ulega zużyciu, a nawet powoduje odpadanie i palenie się stopu Babbitt. Dlatego w naprawach często stosuje się odlewanie i spawanie naprawcze. W tym artykule przedstawiono udaną praktykę spawania TIG w przypadku uszkodzonych i uszkodzonych tulei.

2 Wprowadzenie do stopu Babbitt

2.1 Charakterystyka stopu babbitt

Stop babbitt charakteryzuje się wysoką redukcją zużycia, dobrym osadzeniem, zgodnością tarcia i odpornością wału. Cząstki fazy twardej są równomiernie rozłożone w matrycy fazy miękkiej. Matryca fazy miękkiej zapewnia stopowi dobre osadzanie, zgodność i właściwości zapobiegające gryzieniu. Po dotarciu miękka matryca jest wklęsła, a punkty twarde są wypukłe, dzięki czemu między powierzchniami ślizgowymi tworzy się mała szczelina, która staje się przestrzenią magazynową oleju i kanałem oleju smarującego, co sprzyja redukcji zużycia; a wypukłe cząstki twarde odgrywają rolę wspomagającą, co sprzyja łożyskowaniu.

2.2 Najczęściej używane modele stopów babbitta

Większość tulei łożysk pośrednich wału ogonowego, tulei korbowodu silnika głównego i tulei generatora wykorzystuje dwa rodzaje stopów babbitu, mianowicie ZSnSb11Cu6 i ZSnSb8Cu4, jak pokazano w tabeli 1.

2.3 Wady i rodzaje uszkodzeń stopów babbitt

Główne rodzaje uszkodzeń panewki pośredniego łożyska wału ogonowego statku (stop babbitu) są następujące:

(1) Wada lokalna lub zużycie

Na skutek długotrwałej eksploatacji tulei, warstwa stopu babbitu na tulei zużywa się i odrywa pod wpływem drgań, jak pokazano na rysunku 1.

(2) Całkowicie złamane lub rozwarstwione

Jeśli układ zasilania olejem ulegnie awarii, nastąpi spalenie, a zarówno górne, jak i dolne łożysko zostaną spalone i uszkodzone, szczególnie dolne łożysko, gdzie warstwa stopu Babbitta ulegnie nawet rozwarstwieniu. Tego rodzaju poważne uszkodzenia nie mogą zostać naprawione przez spawanie i muszą zostać naprawione przez ponowne odlewanie.

3 Materiały i właściwości spawalnicze stopu Babbitt

Stop babbitt jest miękkim materiałem metalowym, który zwykle naprawia się przez przetopienie i spawanie. Ponieważ stop babbitt ma niską temperaturę topnienia (240°C) i dużą płynność, łatwo stracić ciecz cyny w jeziorku stopionego metalu, więc trudno go odlewać lub spawać. Dzięki ciągłej praktyce badano nowe metody i procesy naprawcze, które są prostsze od tradycyjnych. Poniżej przedstawiono metodę naprawy spawania TIG, gdy uszkodzenie jest poważne.

3.1 Charakterystyka materiałowa stopu babbitt

Lut na bazie cyny to miękki lut o niskiej temperaturze topnienia. Można go stopić w stosunkowo niskiej temperaturze poprzez lutowanie twarde, a węzły do ​​spawania można połączyć. Jest to metoda zapewniająca ciągłą przewodność cieplną i elektryczną lub stosowana do uszczelniania pojemników z cieczą i gazem, a połączenia lutowane nie są poddawane dużym naprężeniom.

Lut miękki powinien spełniać następujące wymagania:

(1) Posiadać określoną przewodność cieplną i elektryczną;

(2) Utrzymać wymaganą wytrzymałość pomiędzy łączonymi częściami w temperaturze poniżej 200 ℃;

(3) Posiadają gęstą strukturę i dobre uszczelnienie;

(4) Mają dobrą zwilżalność pomiędzy lutem miękkim a lutowanymi częściami i materiałami podstawowymi.

Przewodność cieplna i elektryczna lutu miękkiego jest słaba, wynosi tylko 8%~15% miedzi. Jednak nie ma wyraźnego oporu (takiego jak opór) na drodze (takiej jak obwód), ponieważ ścieżka przewodzenia jest krótka, a powierzchnia styku w spoinie lutowniczej jest duża.

Jakość połączenia lutowanego zależy od rodzaju powierzchni, która ma być lutowana, właściwości miękkiego lutu i wyboru topnika. W rzeczywistości zależy to od procesu zwilżania stopionego miękkiego lutu na powierzchni litego metalu, który ma być lutowany. Cyna jest aktywnym pierwiastkiem w wielu miękkich komponentach lutowniczych. Może zwilżać i łączyć się z metalem bazowym, który ma być lutowany, takim jak Cu, Fe, Ni itp., tworząc bardzo cienką warstwę związków metalicznych.

Topnik służy do czyszczenia powierzchni metalu przeznaczonej do lutowania, aby uniknąć wpływu na zwilżalność. Głównym składnikiem topnika jest ZnCl2, który w obecności wody wytwarza wolny kwas solny. Podczas lutowania miedzi warstwa tlenku rozpuszcza się w chlorek i opuszcza miedź bazową, a stopiony lut stopniowo rozprzestrzenia się na miedzi.

3.2 Skład i właściwości lutu miękkiego

Lut miękki to zazwyczaj stop Sn-Pb o składzie eutektycznym 26.1% Pb i temperaturze eutektycznej 183 ℃, co zapewnia niską temperaturę lutowania i zapobiega uszkodzeniom elementów wrażliwych na temperaturę.

Podczas lutowania ręcznego wybierz stop Sn-50%Pbd. Wraz ze spadkiem temperatury rozpuszczalność Sn w Pb maleje, Sn wytrąca się, a lut mięknie; w lutowiu stopowym Sn-Pb-Sb wytrącanie się związków międzymetalicznych SnSb jest szczególnie widoczne; stopy Sn-5%Ag i Sn-5%Sb nie tylko utrzymują wytrzymałość lutu do 200 ℃, ale mają również podobną zwilżalność do stopów eutektycznych.

Do lutowania w niskich temperaturach należy wybierać stopy o wysokiej zawartości Pb, takie jak stopy Pb-10%Sn lub Pb-5%Sn-1.5%Ag. Zwilżalność i wytrzymałość tego stopu ulegną pogorszeniu, ale Sn nie ulegnie zmianom fazowym w niskich temperaturach (takich jak 173K), co spowoduje poważną utratę plastyczności lutu i wytrzymałości na uderzenia.

W tych lutach 0.001% Al spowoduje utlenianie, a warstwa tlenku glinu wpłynie na zwilżalność na styku ciekłego lutu i topnika; lut zazwyczaj zawiera 0.1%~0.5% Sb, a lut odporny na pełzanie może osiągnąć 5% Sb. Niewielka ilość antymonu (0.1%~0.5%) może poprawić zwilżalność lutu Pb-Sn do mosiądzu. Dodanie 0.1%~0.25% Bi może zwiększyć prędkość rozprzestrzeniania się eutektycznego lutu Sn-Pb. Gdy Bi przekroczy 0.5%, powierzchnia lutu zmieni kolor.

Kadm zmniejsza szybkość zwilżania, a jego warstwa tlenkowa przyciemnia powierzchnię lutu i powoduje wady lutowania; miedź ma niewielki wpływ na zwilżalność lutu, ale gdy przekroczy 0.25% Cu, wpłynie to na wygląd powierzchni lutowania ze względu na tworzenie się związków Cu-Sn; fosfor przekraczający 0.01% P wpłynie na zwilżalność lutu na miedzi i stali niskowęglowej; siarka (S) wpływa na wygląd powierzchni lutowania, a zawartość S w lutowiu jest ograniczona do 0.001–5%; Zn łatwo utlenia się, wytwarzając tlenki, a jakość powierzchni lutu pogarsza się, gdy przekroczy 0.003% Zn. Dlatego łącznego wpływu różnych zanieczyszczeń nie można nie doceniać i należy go ściśle ograniczyć.

3.3 Trudności w procesie naprawy stopu babbitt

Wcześniej naprawy spawalnicze były głównie naprawiane za pomocą tradycyjnego lutowania na wietrze lub wysokowydajnego elektrycznego chromowego żelaza. Te metody naprawy mają następujące wady:

(1) Produkcja drutu spawalniczego

Konieczne jest wykonanie domowej roboty pręta spawalniczego i użycie płomienia tlenowo-acetylenowego do bezpośredniego podgrzania bloku stopu babbitu. Jego wady to: z jednej strony, po podgrzaniu i stopieniu, wypływający płynny drut spawalniczy natychmiast krzepnie, stając się drutami spawalniczymi o różnych rozmiarach, o grubych i nierównych średnicach; z drugiej strony, ponieważ stop babbitu jest bezpośrednio podgrzewany płomieniem tlenowo-acetylenowym, zawarte w nim zanieczyszczenia nie mogą zostać usunięte i również krzepną w drut spawalniczy, co sprawia, że ​​powstały drut spawalniczy jest bardzo szorstki. Trudno jest stopić materiał wypełniający w tradycyjnym lutowaniu wiatrowym lub naprawie wysokowydajnego elektrycznego żelaza chromowego;

(2) Efekt naprawy

Tradycyjna metoda spawania gazowego i naprawy łożysk nie spełnia wymagań spawania naprawczego: ① Użyj lampy wiatrowej, aby bezpośrednio skierować ją na łożysko. Chociaż moc topienia spełnia wymagania spawania naprawczego, uszkodzi ona nienaruszoną część sąsiadującą z korpusem macierzystym lub częścią naprawczą, a spawana część i nienaruszona część nie mogą zostać stopione razem; ② Użyj lampy wiatrowej, aby podgrzać młotek wykonany z czystej miedzi bez podgrzewania go i użyj młotka do przewodzenia ciepła do spawania. Spowoduje to szybkie rozproszenie ciepła, co spowoduje schłodzenie i brak stopienia w celu uzyskania spawania. Trudno jest również stopić spawaną część i nienaruszoną część, a często występuje podcięcie w połączeniu; ③ Do spawania należy używać chromowanego żelaza o dużej mocy i temperaturze 500 A. Biorąc za przykład żelazo elektrochromowe, spawanie porów i małych łożysk o cienkich ściankach jest dopuszczalne, ale w przypadku łożysk o grubych ściankach temperatura jest niewystarczająca, moc topienia nie spełnia wymagań spawania naprawczego, a połączenia często mają podcięcia.

4 Metoda naprawy metodą TIG

W przypadku uszkodzeń i defektów małych powierzchni łożysk ze stopu Babbitt, konwencjonalne metody naprawy spawalniczej obejmują lutowanie acetylenowo-tlenowe i spawanie lutownicą. Lutowanie acetylenowo-tlenowe i spawanie lutownicą są podatne na podcięcia, niepełną penetrację i pory. W szczególności proces lutowania acetylenowo-tlenowego jest skomplikowany i łatwo uszkodzić matrycę.

Poniżej przedstawiono zupełnie inną metodę naprawy spawalniczej łożysk ze stopu Babbitt. Jest ona nie tylko prosta w obsłudze, ale również nie wymaga topnika, upraszcza proces naprawy i ma wysoką jakość spawania. Kwalifikowany wskaźnik po naprawie może osiągnąć 100%, pokonując wady podcięć, niepełnej penetracji i porów, które są łatwe do wytworzenia przez lutowanie acetylenowo-tlenowe i spawanie lutownicą, a żywotność łożyska po naprawie jest wydłużona; można ją stosować do grubszych uszkodzeń łożysk ze stopu Babbitt, oszczędzając koszty i poprawiając wydajność produkcji.

Na podstawie wieloletniego doświadczenia w naprawie łożysk ze stopu babbitt, metoda naprawy metodą spawania TIG wyróżnia się spośród wielu metod. Konkretne etapy procesu spawania metodą TIG stopu babbitt są przedstawione w następujący sposób.

4.1 Przygotowanie przed spawaniem

(1) Przygotowanie drutu spawalniczego

Materiałem łożyska jest stop babbitu, model ZSnSb11Cu6 i ZSnSb8Cu4, który jest miękkim metalem o niskiej temperaturze topnienia.

Wybierz pasujące materiały ze stopu babbittu do stopienia (mały tygiel), aby wykonać domowy drut spawalniczy. Drut spawalniczy stopiony w małym tyglu jest stosunkowo czysty, co pozwala usunąć zanieczyszczenia wewnątrz i usunąć pływające obiekty zawieszone na powierzchni; przechyl kątownik ze stali nierdzewnej ∠ 30×30×2 tak, aby kąt między rowkiem kątownika ze stali nierdzewnej a płaszczyzną poziomą wynosił 20°~40°, a następnie użyj małej żelaznej łyżki, aby wlać stopiony płynny stop babbittu do rowka kątownika ze stali nierdzewnej, obróć kątownik ze stali nierdzewnej i zbierz drut spawalniczy, który odpada od kątownika ze stali nierdzewnej.

(2) Obróbka powierzchni łożyska

Łożyska, które przez długi czas były zanurzone w oleju smarowym, mają cząsteczki oleju, które wniknęły do ​​korpusu. Podczas naprawy spawalniczej te wyciekające oleje będą utrudniać łączenie się metali, dlatego należy je dokładnie oczyścić.

Najpierw określ miejsce naprawy spawalniczej i wyczyść łożyska ultradźwiękowo. Jeśli warunki nie są spełnione, użyj środków czyszczących do metali, aby oczyścić warstwę tlenku i plamy oleju na powierzchni. Następnie utrzymuj łożyska w czystości i natychmiast wykonaj naprawy spawalnicze.

4.2 Proces naprawy spawalniczej

(1) Stosuj spawanie metodą TIG DC: użyj osłony argonowej, natężenie przepływu argonu wynosi od 8 do 10 l/min, średnica elektrody wynosi 3.2 mm; mała ceramiczna dysza ochronna; użyj opaski na głowę z maską fotochromową i ostrożnie trzymaj drut spawalniczy;

(2) Użyj płaskiego spawania i metody spawania lewostronnego: nie spiesz się, aby wypełnić dolną warstwę spoiny, najpierw rozpocznij łuk w obszarze spawania, ponieważ stare łożyska wchłonęły dużo oleju smarującego podczas użytkowania i nie można go całkowicie usunąć po czyszczeniu. Podczas spawania wielokrotnie rozpoczynaj łuk tam i z powrotem w obszarze spawania, używając TIG Użyj światła łukowego, aby wymusić cząsteczki oleju wewnątrz; następnie użyj czystej szmatki zanurzonej w odrobinie acetonu, aby wytrzeć cząsteczki oleju unoszące się na powierzchni; na koniec użyj szczotki drucianej, aby usunąć tlenki unoszące się na powierzchni, a następnie wykonaj naprawcze spawanie wypełniające drutem;

(3) Temperatura topnienia stopu Babbitt jest stosunkowo niska. Podczas uruchamiania łuku elektroda powinna być prawidłowo wyrównana z obszarem spawania, a metoda prasowania łukiem powinna być stosowana w celu zapobiegania stopieniu się stopu Babbitt w obszarze niespawalnym; drut spawalniczy powinien być tak cienki, jak to możliwe, aby ułatwić operację prasowania łukiem podczas spawania;

(4) Podczas spawania należy używać zmieniającej kolor maski światłoczułej, aby dokładnie podawać drut i ustawić spawarkę tak, aby opóźnić wyłączenie gazu; po zamknięciu każdego łuku spawalniczego nie należy natychmiast usuwać dyszy z obszaru spawania, aby opóźniony gaz mógł skutecznie chronić obszar, zapobiegając powstawaniu porów; należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby podczas spawania nie było wiatru i w razie potrzeby podjąć środki blokujące wiatr;

(5) Powierzchnia ostatniej warstwy spoiny powinna być nieco wyższa niż oryginalna powierzchnia łożyska, należy zwrócić uwagę, aby nie powstawały podcięcia i niesklejone wady na styku z oryginalną powierzchnią, a na koniec uzyskać gładkie łożysko poprzez obróbkę skrawaniem. Rysunek 2 przedstawia powierzchnię łożyska po naprawie metodą spawania TIG.

5 Efekt naprawy

Aby sprawdzić efekt naprawy łożyska w tym artykule, autor wybrał to samo łożysko i sztucznie je uszkodził, powodując zarysowanie powierzchni 3 c㎡ i głębokość 2 mm, uszkodzenie 5 mm, defekt 12 mm, ubytek 30 mm i ubytek 35 mm, a następnie naprawił je. Wyniki testu podano w tabeli 2.

Z tabeli 2 wynika, że ​​tradycyjna metoda naprawy łożysk ogranicza się do drobnych napraw; metoda naprawy łożysk przedstawiona w tym artykule może być stosowana do naprawy grubszych, uszkodzonych stopów babbitu. Grubość naprawy może sięgać 35 mm, a najlepszy efekt naprawy jest w przypadku uszkodzeń łożyska o grubości nieprzekraczającej 30 mm.

Stop babbitt jest szeroko stosowany w różnych typach łożysk na statkach, a jego jakość jest związana z normalną pracą głównego silnika statku, generatora i wału ogonowego. Podczas naprawy statków odlewanie i spawanie TIG stopów babbitt zapewni produkty wysokiej jakości. W porównaniu różnych metod spawania w celu naprawy stopu babbitt, spawanie TIG jest obecnie najprostszą i najbardziej idealną metodą spawania.