船用大型柴油機(jī)曲軸再制造技術(shù)綜述

臧愛清，金 迪

（1大連航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)系 遼寧 大連 116052）

（2大連海事大學(xué)馬克思主義學(xué)院 遼寧 大連 116052）

1 引言

船用大型柴油機(jī)曲軸（以下簡稱船用曲軸）再制造作為一種先進(jìn)的理念，是采用先進(jìn)的技術(shù)手段和現(xiàn)代化的制造工藝方式，對壽命到期或報(bào)廢的曲軸進(jìn)行加工。再制造可以最大限度保留設(shè)備的附加值，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。

2 船用曲軸失效分析

船用曲軸作為柴油機(jī)的核心部件，多采用紅套、冷套或焊接等形式連接曲柄銷、曲柄臂和主軸頸。船用曲軸對材質(zhì)、尺寸和結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格，表面需經(jīng)過熱處理，套合（配合）面精度要求高，還要采用倒角以防止應(yīng)力集中。在主軸頸和曲柄銷鉆有油孔。由于其尺寸較大、受力復(fù)雜，在長時(shí)間使用過程后容易造成失效[2]。

（1）彎曲。船用曲軸彎曲主要由于主軸承下瓦的不均勻磨損、機(jī)座變形和下沉、船舶裝載、活塞運(yùn)動(dòng)裝置和爆發(fā)壓力、飛輪和軸系連接誤差等影響造成的。曲軸彎曲造成曲軸整體軸線彎曲或個(gè)別曲柄單元彎曲。

（2）擦傷與磨損。船用曲軸軸頸表面擦劃痕和拉毛等損傷主要是潤滑油中的雜質(zhì)或磨損的產(chǎn)物造成的。船用曲軸經(jīng)長期運(yùn)轉(zhuǎn)后會產(chǎn)生不均勻磨損。磨損失效多發(fā)生在船用曲軸與其他零件的配合面。

（3）紅套滑移。船用曲軸的紅套滑移指組合式或半組合式曲軸的曲柄臂和主軸頸或者與曲柄銷套合處相對位置發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象。主要是由于曲軸受到過大的沖擊，扭轉(zhuǎn)等造成的[3]。

船用曲軸失效形式除上述情況外，還有斷軸等極端情況，此類情況一般通過壽命評估，滿足再制造要求的進(jìn)行局部更換，不滿足的則按照報(bào)廢處理。

3 船用曲軸再制造

對于船用曲軸的再制造過程應(yīng)分析再制造的可行性，并采用壽命預(yù)測技術(shù)進(jìn)行評估，結(jié)合曲軸失效形式，決定再制造方式。對于主軸頸、曲柄臂、曲柄銷等關(guān)鍵部位的再制造應(yīng)按照以下工藝流程處理：拆卸與運(yùn)輸→清洗→檢測與探傷→修復(fù)尺寸（熱噴涂、鍍鐵、融覆、更換等）→精加工→檢測→檢測裝配[4]。本文側(cè)重曲軸的修復(fù)尺寸的表述。

在船用曲軸的再制造過程中，除彎曲采用校直或局部更換外，各關(guān)鍵部位的再制造首先采用機(jī)械加工的方法，將曲軸主軸頸與連桿軸頸直徑局部或全部減小適當(dāng)尺寸，采用以下修復(fù)工藝進(jìn)行加工以恢復(fù)軸頸的尺寸、精度和表面性能。

（1）電刷鍍技術(shù)。電刷鍍是采用電化學(xué)方法，在曲軸表面鍍上一層金屬的工藝方法。此工藝具有鍍厚快、結(jié)合力好、硬度高、鍍層不需要精加工處理、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于磨損量不大的曲軸修復(fù)。但鍍層中往往存在微裂紋，影響鍍層本身的性能。若鍍前處理稍有疏忽，結(jié)合強(qiáng)度將大大降低，導(dǎo)致曲軸整體的使用性能下降[5]。

（2）堆焊。是在金屬材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蝕等特殊合金層的一種工藝方法。當(dāng)曲軸軸頸磨損超過許用極限時(shí)，可采用振動(dòng)堆焊的方法來增補(bǔ)磨損表面。但堆焊技術(shù)對前處理要求較高，如果處理不當(dāng)，容易產(chǎn)生裂紋和氣孔。堆焊后需采用精加工工藝保證尺寸和精度[6]。

（3）激光熔鑄。是指在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面位置薄層同時(shí)熔化，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層的加工方法。此工藝具有結(jié)合性強(qiáng)、無加工變形和表面硬度高、抗磨性能好等優(yōu)點(diǎn)。但由于在熔鑄過程中，激光的高溫作用會使曲軸有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。另外，涂層材料使用的特種合金粉末和梯度功能材料，也限制了熔鑄材料的選擇范圍[7]。

（4）熱噴涂。是利用熱源將噴涂材料加熱至溶化或半溶化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。通過改變熱噴涂工藝和熱噴涂材料來制備減磨、耐磨、耐腐蝕等符合船用功能的涂層[8]。

（5）無刻蝕鍍鐵。是指電鍍工件無需鍍前進(jìn)行陽極刻蝕而直接進(jìn)行電鍍的工藝。該工藝修復(fù)周期短、電流效率高、沉積速度快、鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，鍍層無需磨拋光處理等特點(diǎn)。但由于內(nèi)應(yīng)力存在，鍍層之間存在微裂紋，且會隨著鍍層厚度的增加而增加，影響曲軸本身的性能。另外，鍍層的材料硬度也高會降低鍍層的綜合應(yīng)用性能[9]。

（6）恢復(fù)尺寸法。是將待修復(fù)的配合副中的一個(gè)零件利用機(jī)械加工的方式，使其恢復(fù)相對應(yīng)尺寸，然后選配具有適合尺寸的零件與其相配，恢復(fù)兩者配合性質(zhì)的修理方法。對于拉毛等磨損量不大和局部更換的曲軸，可采用這種方法使其達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

4 船用曲軸再制造后檢測

船用曲軸由于其尺寸巨大和使用過程中的唯一性，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢測來保證曲軸的質(zhì)量。檢測過程是通過對再制造后曲軸整體性能的試驗(yàn)來獲得的。對于批量化曲軸應(yīng)以試驗(yàn)來檢驗(yàn)是否達(dá)到要求，并進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)采集監(jiān)控。

對于單件或小批量再制造的曲軸上述試驗(yàn)很難進(jìn)行，常規(guī)檢測后即投入使用。常規(guī)檢測包括曲軸尺寸精度、幾何形狀精度、表面粗糙度、熱處理工藝和金相組織等方面。此外，對于中、低速柴油機(jī)的曲軸不要進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，對于高速柴油機(jī)的曲軸應(yīng)該進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)以保證運(yùn)轉(zhuǎn)的平衡性。

5 結(jié)語

船用曲軸的特殊工作環(huán)境和性質(zhì)決定其再制造過程的復(fù)雜性。我國表面工程技術(shù)近年來發(fā)展迅速，各種先進(jìn)的制造工藝已經(jīng)研發(fā)并陸續(xù)投入使用，而船用曲軸的蘊(yùn)含的再制造經(jīng)濟(jì)價(jià)值也必將引起關(guān)注，相信在不久將來，船用曲軸再制造會有廣闊的市場。