No processo de construção naval, o metal babbitt é amplamente utilizado em todos os tipos de travesseiros em navios. No reparo de navios, a fim de melhorar a taxa de utilização repetida do travesseiro de metal babbitt e reduzir o capital e o tempo de terceirização da reformulação, de acordo com a experiência prática de reparo do travesseiro de metal babbitt nos últimos mais de 30 anos, um conjunto de tecnologia de reparo de soldagem de metal babbitt com alta taxa qualificada é resumido.

1 Introdução

Muitos equipamentos rotativos em navios dependem do suporte de vários mancais e da lubrificação de mancais por óleo lubrificante para funcionar. A bucha do mancal intermediário do eixo de cauda do navio, a bucha da biela do motor principal, a bucha do gerador, etc., são todos feitos de liga Babbitt. Devido à vibração ou falha do sistema de fornecimento de óleo durante a operação de longo prazo, a liga Babbitt na bucha é desgastada e até faz com que a liga Babbitt caia e queime. Portanto, a fundição e a soldagem de reparo são frequentemente usadas em reparos. Este artigo apresentará a prática bem-sucedida da tecnologia de reparo de soldagem TIG para buchas danificadas e danificadas.

2 Introdução à Liga Babbitt

2.1 Características da Liga Babbitt

A liga Babbitt tem alto desempenho de redução de desgaste, boa incorporação, conformidade de atrito e resistência do eixo. Partículas de fase dura são distribuídas uniformemente na matriz de fase macia. A matriz de fase macia dá à liga boas propriedades de incorporação, conformidade e anti-mordida. Após o amaciamento, a matriz macia é côncava e os pontos duros são convexos, de modo que uma pequena lacuna é formada entre as superfícies deslizantes para se tornar um espaço de armazenamento de óleo e um canal de óleo lubrificante, o que é propício para reduzir o desgaste; e as partículas duras convexas desempenham um papel de suporte, o que é propício para o rolamento.

2.2 Modelos de liga babbitt comumente usados

A maioria das buchas de mancais intermediários do eixo de cauda do navio, buchas da biela do motor principal e buchas do gerador usam dois tipos de ligas babbitt, a saber, ZSnSb11Cu6 e ZSnSb8Cu4, conforme mostrado na Tabela 1.

2.3 Defeitos e formas de danos das ligas babbitt

As principais formas de danos na bucha intermediária do eixo da cauda do navio (liga Babbitt) são as seguintes:

(1) Defeito ou desgaste local

Devido à operação de longo prazo da bucha, a camada de liga babbitt na bucha se desgasta e se desprende devido à vibração, conforme mostrado na Figura 1.

(2) Completamente quebrado ou delaminado

Se o sistema de suprimento de óleo falhar, ocorrerá queima, e tanto o mancal superior quanto o inferior serão queimados e quebrados, especialmente o mancal inferior, onde a camada de liga Babbitt será até mesmo delaminada. Esse tipo de dano sério não pode ser reparado por soldagem, e precisa ser reparado por refusão.

3 Materiais e características de soldagem da liga Babbitt

A liga Babbitt é um material metálico macio, que geralmente é reparado por refusão e soldagem. Como a liga Babbitt tem um ponto de fusão baixo (240 °C) e forte fluidez, o líquido de estanho na poça derretida é fácil de perder, por isso é difícil de fundir ou soldar. Por meio da prática contínua, novos métodos e processos de reparo mais simples do que os tradicionais foram explorados. A seguir, apresentamos o método de reparo da soldagem TIG quando o dano é sério.

3.1 Características do material da liga Babbitt

Solda à base de estanho é uma solda macia com baixo ponto de fusão. Ela pode ser derretida a uma temperatura relativamente baixa por brasagem, e os nós a serem soldados podem ser conectados. É um método de fornecer condutividade térmica e elétrica contínua, ou usado para selar recipientes de líquidos e gases, e as juntas de solda não são submetidas a grande estresse.

A solda macia deve atender aos seguintes requisitos:

(1) Ter uma certa condutividade térmica e elétrica;

(2) Manter a resistência necessária entre as peças de conexão abaixo de 200 ℃;

(3) Possuir estrutura densa e boa vedação;

(4) Tenha boa molhabilidade entre a solda macia e as peças soldadas e materiais básicos.

A condutividade térmica e elétrica da solda macia é baixa, apenas 8%~15% do cobre. No entanto, não há resistência óbvia (como resistência) na estrada (como o circuito), porque o caminho de condução é curto e a área de contato na junta de solda é grande.

A qualidade da junta de solda depende da natureza da superfície a ser soldada, das propriedades da solda macia e da escolha do fluxo. Na verdade, depende do processo de umedecimento da solda macia derretida na superfície sólida de metal a ser soldada. O estanho é um elemento ativo em muitos componentes de solda macia. Ele pode molhar e fundir com o metal base a ser soldado, como Cu, Fe, Ni, etc., para formar uma camada muito fina de compostos metálicos.

O uso do fluxo é para limpar a superfície do metal a ser soldada para evitar afetar a molhabilidade. O principal componente do fluxo é o ZnCl2, que produz ácido clorídrico livre na presença de água. Ao soldar cobre, a camada de óxido se dissolve em cloreto e deixa o cobre base, e a solda derretida se espalha gradualmente no cobre.

3.2 Composição e propriedades da solda macia

A solda macia é geralmente uma liga Sn-Pb com uma composição eutética de 26.1% Pb e uma temperatura eutética de 183 ℃, o que pode garantir uma baixa temperatura de soldagem e evitar danos aos componentes sensíveis à temperatura.

Ao soldar manualmente, escolha a liga Sn-50%Pbd. Conforme a temperatura diminui, a solubilidade de Sn em Pb diminui, Sn precipita e a solda amolece; na solda de liga Sn-Pb-Sb, a precipitação de compostos intermetálicos SnSb é particularmente óbvia; as ligas Sn-5%Ag e Sn-5%Sb podem não apenas manter a resistência da solda a 200 ℃, mas também têm molhabilidade semelhante às ligas eutéticas.

Para solda usada em baixas temperaturas, ligas com alto teor de Pb devem ser selecionadas, como ligas Pb-10%Sn ou Pb-5%Sn-1.5%Ag. A molhabilidade e a resistência dessa liga serão afetadas, mas o Sn não sofrerá mudanças de fase em baixas temperaturas (como 173K), resultando em séria perda de plasticidade da solda e resistência ao impacto.

Nessas soldas, 0.001% de Al causará oxidação, e o filme de óxido de alumínio afetará a molhabilidade na interface entre a solda líquida e o fluxo; a solda geralmente contém 0.1%~0.5% de Sb, e a solda resistente à fluência pode atingir 5% de Sb. Uma pequena quantidade de antimônio (0.1%~0.5%) pode melhorar a molhabilidade da solda Pb-Sn ao latão. Adicionar 0.1%~0.25% de Bi pode aumentar a velocidade de espalhamento da solda eutética Sn-Pb. Quando o Bi excede 0.5%, a superfície da solda muda de cor.

O cádmio reduzirá a velocidade de molhagem, e sua película de óxido escurecerá a superfície da solda e causará defeitos de brasagem; o cobre tem pouco efeito na molhabilidade da solda, mas quando excede 0.25% Cu, afetará a aparência da superfície de brasagem devido à formação de compostos Cu-Sn; o fósforo excedendo 0.01% P afetará a molhabilidade da solda em cobre e aço de baixo carbono; o enxofre (S) afeta a aparência da superfície de brasagem, e o teor de S na solda é limitado a 0.001 5%; o Zn é facilmente oxidado para produzir óxidos, e a qualidade da superfície da solda se deteriora quando excede 0.003% Zn. Portanto, o efeito combinado de várias impurezas não pode ser subestimado e deve ser estritamente limitado.

3.3 Dificuldades no processo de reparo da liga babbitt

Anteriormente, os reparos de soldagem eram principalmente reparados por brasagem de vento tradicional ou ferro de cromo elétrico de alta potência. Esses métodos de reparo têm os seguintes defeitos:

(1) Produção de arame de solda

É necessário fazer uma haste de solda caseira e usar uma chama de oxigênio-acetileno para aquecer diretamente o bloco de liga babbitt. Seus defeitos são: por um lado, quando aquecido e derretido, o líquido do fio de solda que flui para fora se solidificará imediatamente, tornando-se fios de solda de tamanhos diferentes, com diâmetros grossos e irregulares; por outro lado, como a liga babbitt é aquecida diretamente por uma chama de oxigênio-acetileno, as impurezas contidas nela não podem ser removidas e também se solidificarão no fio de solda, tornando o fio de solda resultante muito áspero. É difícil derreter o material de enchimento na brasagem eólica tradicional ou no reparo de ferro-cromo elétrico de alta potência;

(2) Efeito de reparação

O método tradicional de soldagem a gás para soldagem e reparo de rolamentos não pode atender aos requisitos de soldagem de reparo: ① Use uma lâmpada de vento para mirar diretamente no rolamento. Embora o poder de fusão atenda aos requisitos de soldagem de reparo, ele danificará a parte intacta adjacente ao corpo pai ou à parte de reparo, e a parte soldada e a parte intacta não podem ser derretidas juntas; ② Use uma lâmpada de vento para aquecer um martelo feito de cobre puro sem aquecê-lo e use o martelo para conduzir calor para soldagem. Isso dissipará o calor rapidamente, resultando em resfriamento e falha no derretimento para atingir a soldagem. Também é difícil derreter a parte soldada e a parte intacta, e geralmente há um corte inferior na junta; ③ Use um ferro de cromo elétrico de alta potência para soldagem, com uma temperatura de 500 A. Tomando o ferro de cromo eletrolítico como exemplo, a soldagem de poros e rolamentos de pequena área com paredes finas é aceitável, mas para rolamentos de paredes grossas, a temperatura não é suficiente, o poder de fusão não pode atender aos requisitos de soldagem de reparo e as juntas geralmente apresentam rebaixos.

4 Método de reparo usando TIG

Para danos e defeitos de pequenas áreas de rolamentos de liga Babbitt, os métodos convencionais de reparo de soldagem incluem brasagem oxiacetileno e soldagem de ferro de solda. A brasagem oxiacetileno e a soldagem de ferro de solda são propensas a rebaixos, penetração incompleta e poros. Em particular, o processo de operação de brasagem oxiacetileno é complicado e fácil de danificar a matriz.

O seguinte apresenta um método de reparo de soldagem completamente diferente para rolamentos de liga Babbitt. Não é apenas simples de operar, mas também não requer fluxo, simplifica o processo de reparo e tem alta qualidade de soldagem. A taxa qualificada após o reparo pode chegar a 100%, superando os defeitos de rebaixos, penetração incompleta e poros que são fáceis de produzir por brasagem de oxiacetileno e soldagem de ferro de solda, e a vida útil do rolamento após o reparo é estendida; pode ser aplicado a danos mais espessos em rolamentos de liga Babbitt, economizando custos e melhorando a eficiência da produção.

Com base na experiência de reparo de rolamentos de liga babbitt ao longo dos anos, o método de reparo de soldagem TIG se destaca entre muitos métodos. As etapas específicas do processo de soldagem TIG de liga babbitt são apresentadas a seguir.

4.1 Preparação antes da soldagem

(1) Preparação do fio de solda

O material do rolamento é liga babbitt, modelo ZSnSb11Cu6 e ZSnSb8Cu4, que é um metal macio com baixo ponto de fusão.

Selecione materiais de liga babbitt correspondentes para derreter (cadinho pequeno) para fazer arame de solda caseiro. O arame de solda derretido no cadinho pequeno é relativamente puro, o que pode remover as impurezas internas e remover os objetos flutuantes suspensos na superfície; incline o aço angular de aço inoxidável ∠ 30×30×2 de modo que o ângulo entre a ranhura do aço angular de aço inoxidável e o plano horizontal seja de 20°~40°, então use uma pequena colher de ferro para despejar o líquido de liga babbitt derretido na ranhura do aço angular de aço inoxidável, gire o aço angular de aço inoxidável e colete o arame de solda que cai do aço angular de aço inoxidável.

(2) Tratamento da superfície de apoio

Os rolamentos que ficaram em óleo lubrificante por muito tempo têm moléculas de óleo que penetraram no corpo. Durante o reparo de soldagem, esses óleos vazados dificultarão a fusão de metais, então eles devem ser cuidadosamente limpos.

Primeiro, determine a localização do reparo de soldagem e limpe os rolamentos ultrassonicamente. Se as condições não forem atendidas, use agentes de limpeza de metal para limpar a película de óxido e manchas de óleo na superfície. Em seguida, mantenha os rolamentos limpos e execute imediatamente os reparos de soldagem.

4.2 Processo de reparo de soldagem

(1) Use soldagem TIG DC: use proteção de argônio, a taxa de fluxo de argônio é de 8 a 10 L/min, o diâmetro do eletrodo é de 3.2 mm; um pequeno bico de proteção de cerâmica; use uma máscara fotocrômica de faixa de cabeça e seja gentil ao segurar o fio de solda;

(2) Use soldagem plana e método de soldagem à esquerda: não se apresse para preencher a camada inferior da solda, primeiro inicie o arco na área de soldagem, porque os rolamentos antigos infiltraram muito óleo lubrificante durante o uso e não podem ser completamente removidos após a limpeza. Ao soldar, inicie repetidamente o arco para frente e para trás na área de soldagem, usando TIG Use a luz do arco para forçar as moléculas de óleo para dentro; em seguida, use um pano limpo embebido em um pouco de acetona para limpar as moléculas de óleo que flutuam na superfície; finalmente, use uma escova de arame para escovar os óxidos que flutuam na superfície e, em seguida, execute a soldagem de reparo de enchimento de arame;

(3) O ponto de fusão da liga Babbitt é relativamente baixo. Ao iniciar o arco, o eletrodo deve estar corretamente alinhado com a área de soldagem, e o método de prensagem a arco deve ser usado para evitar que a liga Babbitt na área não soldada derreta; o fio de soldagem deve ser feito o mais fino possível para facilitar a operação de prensagem a arco durante a soldagem;

(4) Ao soldar, use uma máscara fotossensível de mudança de cor para alimentar o fio com precisão e ajustar a máquina de solda para atrasar o desligamento do gás; quando cada arco de solda for fechado, não remova imediatamente o bico da área de solda para que o gás retardado possa proteger efetivamente a área para evitar causar poros; preste atenção especial ao fato de que não deve haver vento durante a soldagem e tome medidas de bloqueio de vento, se necessário;

(5) A superfície da última camada de solda deve ser ligeiramente mais alta do que a superfície original do mancal, e prestar atenção para não produzir rebaixos e defeitos não fundidos na junção com a superfície original, e finalmente obter um mancal liso por meio da usinagem. A Figura 2 mostra a superfície do mancal após o reparo da soldagem TIG.

5 Efeito de reparo

Para verificar o efeito de reparo do rolamento neste artigo, o autor selecionou o mesmo rolamento e o danificou artificialmente com uma área de arranhão de 3 c㎡ e uma profundidade de 2 mm, um dano de 5 mm, um defeito de 12 mm, uma perda de 30 mm e uma perda de 35 mm, e então o reparou. Os resultados do teste estão listados na Tabela 2.

Pode-se observar na Tabela 2 que o método tradicional de reparo de rolamentos é limitado a reparos menores; enquanto o método de reparo de rolamentos neste artigo pode ser aplicado ao reparo de ligas babbitt danificadas mais espessas, e a espessura do reparo pode chegar a 35 mm, e o efeito do reparo é melhor para danos em rolamentos não excedendo 30 mm de espessura.

A liga Babbitt é amplamente usada em vários tipos de rolamentos em navios, e sua qualidade está relacionada à operação normal do motor principal, gerador e eixo de cauda do navio. Ao consertar navios, a fundição e a soldagem TIG de ligas Babbitt produzirão produtos de alta qualidade. Na comparação de vários métodos de soldagem para consertar liga Babbitt, a soldagem TIG é atualmente o método de soldagem mais simples e ideal.