Gemi inşa sürecinde, babbitt metali gemilerdeki her türlü yastıkta yaygın olarak kullanılır. Gemi onarımında, babbitt metal yastığın tekrarlanan kullanım oranını iyileştirmek ve dış kaynaklı yeniden dökümün sermayesini ve süresini azaltmak için, babbitt metal yastığın onarımında son 30 yılı aşkın pratik deneyime göre, yüksek nitelikli orana sahip babbitt metalin kaynak onarım teknolojisi seti özetlenmiştir.

1 Giriş

Gemilerdeki birçok döner ekipman, çalışması için çeşitli yatakların desteğine ve yatakların yağlama yağı ile yağlanmasına güvenir. Geminin kuyruk milinin ara yatak burcu, ana motorun bağlantı çubuğu burcu, jeneratörün burcu vb. hepsi Babbitt alaşımından yapılır. Uzun süreli çalışma sırasında yağ besleme sisteminin titreşimi veya arızalanması nedeniyle burçtaki Babbitt alaşımı aşınır ve hatta Babbitt alaşımının düşmesine ve yanmasına neden olur. Bu nedenle, onarımda genellikle döküm ve onarım kaynağı kullanılır. Bu makale, hasarlı ve hasarlı burçlar için TIG kaynak onarım teknolojisinin başarılı uygulamasını tanıtacaktır.

2 Babbitt Alaşımına Giriş

2.1 Babbitt Alaşımının Özellikleri

Babbitt alaşımı yüksek aşınma azaltma performansına, iyi gömülmeye, sürtünme uyumluluğuna ve şaft direncine sahiptir. Sert faz parçacıkları yumuşak faz matrisinde eşit olarak dağılmıştır. Yumuşak faz matrisi alaşıma iyi gömülme, uyumluluk ve ısırmaya karşı koruma özellikleri kazandırır. İçeri girdikten sonra yumuşak matris içbükeydir ve sert noktalar dışbükeydir, böylece kayan yüzeyler arasında küçük bir boşluk oluşur ve aşınmayı azaltmaya elverişli bir yağ depolama alanı ve yağlama yağı kanalı haline gelir; ve dışbükey sert parçacıklar yataklamaya elverişli bir destekleyici rol oynar.

2.2 Yaygın olarak kullanılan babbitt alaşım modelleri

Tablo 11'de görüldüğü üzere gemi kuyruk mili ara yatak burçlarının, ana makine biyel kolu burçlarının ve jeneratör burçlarının büyük çoğunluğunda ZSnSb6Cu8 ve ZSnSb4Cu1 olmak üzere iki tip babbitt alaşımı kullanılmaktadır.

2.3 Babbitt alaşımlarının kusurları ve hasar biçimleri

Gemi kuyruk mili ara yatak burcunun (babbitt alaşımı) başlıca hasar biçimleri şunlardır:

(1) Yerel kusur veya aşınma

Burcun uzun süreli çalışmasından dolayı titreşim nedeniyle burç üzerindeki babbitt alaşım tabakası aşınır ve ayrılır (Şekil 1).

(2) Tamamen kırılmış veya delaminasyona uğramış

Yağ besleme sistemi arızalanırsa, yanma meydana gelir ve hem üst hem de alt yataklar, özellikle de Babbitt alaşım tabakasının delaminasyona uğradığı alt yatak yanarak kırılır. Bu tür ciddi hasarlar kaynakla onarılamaz ve yeniden dökümle onarılması gerekir.

3 Babbitt alaşımının malzemeleri ve kaynak özellikleri

Babbitt alaşımı, genellikle yeniden döküm ve kaynaklama ile onarılan yumuşak bir metal malzemedir. Babbitt alaşımı düşük bir erime noktasına (240°C) ve güçlü bir akışkanlığa sahip olduğundan, erimiş havuzdaki kalay sıvısının kaybedilmesi kolaydır, bu nedenle dökülmesi veya kaynaklanması zordur. Sürekli uygulama yoluyla, geleneksel olanlardan daha basit olan yeni onarım yöntemleri ve süreçleri keşfedilmiştir. Aşağıda, hasar ciddi olduğunda TIG kaynaklamanın onarım yöntemi tanıtılmaktadır.

3.1 Babbitt alaşımının malzeme özellikleri

Kalay bazlı lehim, düşük erime noktasına sahip yumuşak bir lehimdir. Lehimleme yoluyla nispeten düşük bir sıcaklıkta eritilebilir ve kaynak yapılacak düğümler bağlanabilir. Sürekli termal ve elektriksel iletkenlik sağlama yöntemidir veya sıvı ve gaz kaplarını sızdırmaz hale getirmek için kullanılır ve lehim bağlantıları büyük strese maruz kalmaz.

Yumuşak lehim aşağıdaki şartları karşılamalıdır:

(1) Belirli bir termal ve elektriksel iletkenliğe sahip olmak;

(2) Bağlantı parçaları arasındaki gerekli mukavemeti 200 ℃'nin altında tutun;

(3) Yoğun bir yapıya ve iyi bir sızdırmazlığa sahip olmak;

(4) Yumuşak lehim ile lehimlenen parçalar ve temel malzemeler arasında iyi bir ıslanabilirliğe sahip olmalıdır.

Yumuşak lehimin termal ve elektriksel iletkenliği zayıftır, bakırın sadece %8~%15'i kadardır. Ancak, iletim yolu kısa ve lehim eklemindeki temas alanı büyük olduğundan, yolda (devre gibi) belirgin bir direnç (direnç gibi) yoktur.

Lehim bağlantısının kalitesi, lehimlenecek yüzeyin doğasına, yumuşak lehimin özelliklerine ve akı seçimine bağlıdır. Aslında, erimiş yumuşak lehimin lehimlenecek katı metal yüzey üzerinde ıslatma işlemine bağlıdır. Kalay, birçok yumuşak lehim bileşeninde aktif bir elementtir. Lehimlenecek Cu, Fe, Ni vb. gibi temel metalle ıslanabilir ve kaynaşarak çok ince bir metal bileşikleri tabakası oluşturabilir.

Flux kullanımı, ıslanabilirliği etkilememek için lehimlenecek metal yüzeyini temizlemektir. Fluxın ana bileşeni, suyun varlığında serbest hidroklorik asit üreten ZnCl2'dir. Bakır lehimlenirken, oksit tabakası klorüre dönüşür ve temel bakırı terk eder ve erimiş lehim yavaş yavaş bakır üzerine yayılır.

3.2 Yumuşak lehim bileşimi ve özellikleri

Yumuşak lehim genellikle %26.1 Pb ötektik bileşime ve 183 ℃ ötektik sıcaklığa sahip bir Sn-Pb alaşımıdır, bu da düşük bir lehimleme sıcaklığı sağlayabilir ve sıcaklığa duyarlı bileşenlerin hasar görmesini önleyebilir.

Elle lehimleme yaparken Sn-50%Pbd alaşımını seçin. Sıcaklık azaldıkça Sn'nin Pb'deki çözünürlüğü azalır, Sn çöker ve lehim yumuşar; Sn-Pb-Sb alaşım lehiminde SnSb intermetalik bileşiklerinin çökelmesi özellikle belirgindir; Sn-5%Ag ve Sn-5%Sb alaşımları sadece lehimin mukavemetini 200 ℃'ye kadar korumakla kalmaz, aynı zamanda ötektik alaşımlara benzer ıslanabilirliğe de sahiptir.

Düşük sıcaklıklarda kullanılan lehim için, Pb-10%Sn veya Pb-5% Sn-1.5%Ag alaşımları gibi yüksek Pb alaşımları seçilmelidir. Bu alaşımın ıslanabilirliği ve mukavemeti etkilenecektir, ancak Sn düşük sıcaklıklarda (örneğin 173K) faz değişimine uğramayacak ve bu da lehim plastisitesinde ve darbe mukavemetinde ciddi kayıplara neden olacaktır.

Bu lehimlerde, %0.001 Al oksidasyona neden olur ve alüminyum oksit filmi sıvı lehim ile akı arasındaki arayüzdeki ıslanabilirliği etkiler; lehim genellikle %0.1~%0.5 Sb içerir ve sürünmeye dayanıklı lehim %5 Sb'ye ulaşabilir. Az miktarda antimon (%0.1~%0.5), Pb-Sn lehiminin pirinç üzerindeki ıslanabilirliğini artırabilir. %0.1~%0.25 Bi eklemek, ötektik Sn-Pb lehiminin yayılma hızını artırabilir. Bi %0.5'i aştığında, lehim yüzeyi renk değiştirir.

Kadmiyum ıslatma hızını azaltacak ve oksit filmi lehim yüzeyini koyulaştıracak ve lehimleme kusurlarına neden olacaktır; bakırın lehimin ıslanabilirliği üzerinde çok az etkisi vardır, ancak %0.25 Cu'yu aştığında, Cu-Sn bileşiklerinin oluşumu nedeniyle lehimleme yüzeyinin görünümünü etkileyecektir; %0.01 P'yi aşan fosfor, lehimin bakır ve düşük karbonlu çelik üzerindeki ıslanabilirliğini etkileyecektir; kükürt (S) lehimleme yüzeyinin görünümünü etkiler ve lehimdeki S içeriği %0.001-5 ile sınırlıdır; Zn oksit üretmek için kolayca oksitlenir ve %0.003 Zn'yi aştığında lehim yüzey kalitesi bozulur. Bu nedenle, çeşitli safsızlıkların birleşik etkisi hafife alınamaz ve kesinlikle sınırlandırılmalıdır.

3.3 Babbitt alaşımının onarım sürecindeki zorluklar

Daha önce, kaynak onarımları çoğunlukla geleneksel rüzgar lehimleme veya yüksek güçlü elektrikli krom demir ile onarılırdı. Bu onarım yöntemlerinin aşağıdaki kusurları vardır:

(1) Kaynak teli üretimi

Ev yapımı bir kaynak çubuğu yapmak ve babbitt alaşım bloğunu doğrudan ısıtmak için oksijen-asetilen alevi kullanmak gerekir. Kusurları şunlardır: bir yandan ısıtılıp eritildiğinde, dışarı akan kaynak teli sıvısı hemen katılaşarak farklı boyutlarda, kalın ve düzensiz çaplarda kaynak telleri haline gelecektir; diğer yandan, babbitt alaşımı doğrudan oksijen-asetilen alevi ile ısıtıldığı için, içindeki safsızlıklar giderilemez ve ayrıca kaynak teline katılaşarak ortaya çıkan kaynak telini çok pürüzlü hale getirir. Geleneksel rüzgar lehimleme veya yüksek güçlü elektrikli krom demir onarımında dolgu malzemesini eritmek zordur;

(2) Onarım etkisi

Rulmanları kaynaklamak ve onarmak için kullanılan geleneksel gaz kaynak yöntemi, onarım kaynağı gereksinimlerini karşılayamaz: ① Rulmanı doğrudan hedeflemek için bir rüzgar lambası kullanın. Eritme gücü onarım kaynağı gereksinimlerini karşılasa da, ana gövdeye veya onarım parçasına bitişik sağlam parçaya zarar verir ve kaynaklı parça ile sağlam parça birlikte eritilemez; ② Saf bakırdan yapılmış bir çekici ısıtmadan ısıtmak için bir rüzgar lambası kullanın ve çekici kaynak için ısı iletmek için kullanın. Bu, ısıyı hızla dağıtarak soğumaya ve kaynak elde etmek için erime başarısızlığına neden olur. Ayrıca kaynaklı parçayı ve sağlam parçayı eritmek zordur ve genellikle birleşim yerinde alt kesik olur; ③ Kaynak için 500 A sıcaklığa sahip yüksek güçlü bir elektrikli krom demir kullanın. Elektrokrom demiri örnek olarak alırsak, ince cidarlı gözeneklerin ve küçük alanlı yatakların kaynaklanması kabul edilebilir, ancak kalın cidarlı yataklar için sıcaklık yeterli değildir, eritme gücü onarım kaynak gereksinimlerini karşılayamaz ve ek yerlerinde genellikle alt kesimler olur.

4 TIG kullanarak onarım yöntemi

Babbitt alaşımlı yatakların küçük alanlı hasarları ve kusurları için, geleneksel kaynak onarım yöntemleri arasında oksiasetilen lehimleme ve lehim demiri kaynağı bulunur. Oksiasetilen lehimleme ve lehim demiri kaynağı, alt kesimlere, eksik penetrasyona ve gözeneklere eğilimlidir. Özellikle, oksiasetilen lehimleme işlemi karmaşıktır ve matrise zarar vermek kolaydır.

Aşağıda Babbitt alaşımlı yataklar için tamamen farklı bir kaynak onarım yöntemi tanıtılmaktadır. Sadece kullanımı basit olmakla kalmaz, aynı zamanda akı gerektirmez, onarım sürecini basitleştirir ve yüksek kaynak kalitesine sahiptir. Onarımdan sonra kalifiye oran %100'e ulaşabilir, oksiasetilen lehimleme ve lehim demiri kaynağı ile üretilmesi kolay olan alt kesimlerin, eksik penetrasyonun ve gözeneklerin kusurlarını giderebilir ve onarımdan sonra yatağın ömrü uzatılabilir; Babbitt alaşımlı yataklardaki daha kalın hasarlara uygulanabilir, maliyet tasarrufu sağlar ve üretim verimliliğini artırır.

Yıllar boyunca babbitt alaşımlı yatakların onarımı konusunda edinilen deneyime dayanarak, TIG kaynak onarım yöntemi birçok yöntem arasında öne çıkmaktadır. TIG kaynak babbitt alaşımının belirli işlem adımları aşağıda tanıtılmaktadır.

4.1 Kaynak öncesi hazırlık

(1) Kaynak telinin hazırlanması

Yatağın malzemesi, düşük erime noktasına sahip yumuşak bir metal olan babbitt alaşımıdır, model ZSnSb11Cu6 ve ZSnSb8Cu4.

Ev yapımı kaynak teli yapmak için eritme için eşleşen babbitt alaşımı malzemelerini seçin (küçük pota). Küçük potada eritilen kaynak teli nispeten saftır, bu da içerideki kirleri giderebilir ve yüzeyde asılı duran yüzen nesneleri temizleyebilir; ∠ 30×30×2 paslanmaz çelik açılı çeliği, paslanmaz çelik açılı çelik oluğu ile yatay düzlem arasındaki açı 20°~40° olacak şekilde eğin, ardından erimiş babbitt alaşımı sıvısını paslanmaz çelik açılı çelik oluğuna dökmek için küçük bir demir kaşık kullanın, paslanmaz çelik açılı çeliği döndürün ve paslanmaz çelik açılı çelikten düşen kaynak telini toplayın.

(2) Yatak yüzeyinin işlenmesi

Uzun süre yağlayıcı yağ içinde kalmış yataklarda gövdeye nüfuz etmiş yağ molekülleri vardır. Kaynak onarımı sırasında bu sızan yağlar metallerin kaynaşmasını engelleyeceğinden dikkatlice temizlenmelidir.

Öncelikle kaynak onarımının yerini belirleyin ve yatakları ultrasonik olarak temizleyin. Koşullar karşılanmazsa, yüzeydeki oksit filmini ve yağ lekelerini temizlemek için metal temizleme maddeleri kullanın. Ardından yatakları temiz tutun ve hemen kaynak onarımları yapın.

4.2 Kaynak onarım süreci

(1) TIG DC kaynak kullanın: argon koruması kullanın, argon akış hızı 8 ila 10 L/dak, elektrot çapı 3.2 mm; küçük bir seramik koruma memesi; bir kafa bandı fotokromik maskesi kullanın ve kaynak telini tutarken nazik olun;

(2) Düz kaynak ve sol el kaynak yöntemini kullanın: kaynağın alt katmanını doldurmak için acele etmeyin, önce kaynak alanında arkı başlatın, çünkü eski yataklar kullanım sırasında çok fazla yağlama yağı sızmıştır ve temizlendikten sonra tamamen çıkarılamaz. Kaynak yaparken, TIG kullanarak kaynak alanında ileri geri arkı tekrar tekrar başlatın. İçerideki yağ moleküllerini dışarı atmak için ark ışığı kullanın; ardından yüzeyde yüzen yağ moleküllerini silmek için biraz asetona batırılmış temiz bir bez kullanın; son olarak yüzeyde yüzen oksitleri fırçalamak için bir tel fırça kullanın ve ardından tel doldurma onarım kaynağı yapın;

(3) Babbitt alaşımının erime noktası nispeten düşüktür. Arkı başlatırken, elektrot kaynak alanıyla doğru şekilde hizalanmalı ve kaynak yapılmayan alandaki Babbitt alaşımının erimesini önlemek için ark presleme yöntemi kullanılmalıdır; kaynak teli, kaynak sırasında ark presleme işlemini kolaylaştırmak için mümkün olduğunca ince yapılmalıdır;

(4) Kaynak yaparken, teli doğru bir şekilde beslemek ve kaynak makinesini gaz kapatmayı geciktirecek şekilde ayarlamak için ışığa duyarlı renk değiştiren bir maske kullanın; her kaynak arkı kapatıldığında, gecikmeli gazın gözeneklere neden olmamak için alanı etkili bir şekilde koruyabilmesi için nozulu kaynak alanından hemen çıkarmayın; kaynak sırasında rüzgar olmamasına özellikle dikkat edin ve gerekirse rüzgar engelleme önlemleri alın;

(5) Son kaynak katmanının yüzeyi, yatağın orijinal yüzeyinden biraz daha yüksek olmalı ve orijinal yüzeyle birleşim noktasında alt kesikler ve kaynaşmamış kusurlar oluşmamasına dikkat edilmeli ve son olarak işleme yoluyla pürüzsüz bir yatak elde edilmelidir. Şekil 2, TIG kaynak onarımından sonra yatak yüzeyini göstermektedir.

5 Onarım etkisi

Bu makaledeki yatağın onarım etkisini doğrulamak için yazar aynı yatağı seçti ve yapay olarak 3 c㎡'lik bir çizik alanı ve 2 mm'lik bir derinlik, 5 mm'lik bir hasar, 12 mm'lik bir kusur, 30 mm'lik bir kayıp ve 35 mm'lik bir kayıpla hasar verdi ve ardından onardı. Test sonuçları Tablo 2'de listelenmiştir.

Tablo 2'den görülebileceği gibi, geleneksel yatak onarım yöntemi küçük onarımlarla sınırlıdır; bu makaledeki yatak onarım yöntemi ise daha kalın hasarlı babbitt alaşımlarının onarımına uygulanabilir ve onarım kalınlığı 35 mm'ye ulaşabilir ve onarım etkisi kalınlığı 30 mm'yi aşmayan yatak hasarları için en iyidir.

Babbitt alaşımı gemilerdeki çeşitli yatak tiplerinde yaygın olarak kullanılır ve kalitesi geminin ana motorunun, jeneratörünün ve kuyruk milinin normal çalışmasıyla ilgilidir. Gemileri onarırken, babbitt alaşımlarının dökümü ve TIG kaynağı yüksek kaliteli ürünler üretecektir. Babbitt alaşımını onarmak için çeşitli kaynak yöntemlerinin karşılaştırılmasında, TIG kaynağı şu anda en basit ve en ideal kaynak yöntemidir.