船舶尾軸中間軸承的巴氏合金修復方法

黃建偉

摘? ? 要：在船舶建造過程中，巴氏合金廣泛應用于船舶上的各類軸瓦。在船舶修理時，為了提高巴氏合金軸瓦的重復使用率，減少委外重新鑄造的資金和時間，根據三十多年來修復巴氏合金軸瓦的實踐經驗，總結出一套合格率高的巴氏合金的焊補修復技術。

關鍵詞：巴氏合金;軸瓦;修復

中圖分類號：U664.21 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Babbitt Metal Repair Method of Intermediate

Bearing of Ship Stern Shaft

HUANG Jianwei

（ Guangzhou Wenchong Ship Repairing Co.， Ltd.， Guangzhou 511462 ）

Abstract： ln the process of ship building， the babbitt metal is widely used in all kinds of pillows on ships. In ship repair， in order to improve the repeated utilization rate of babbitt metal pillow and reduce the capital and time of outsourcing recasting， according to the practical experience of repairing babbitt metal pillow in the past more than 30 years， a set of welding repair technology of babbitt metal with high qualified rate is summarized.

Key words： Babbitt metal; Pillow; Welding repair

1? ? ?前言

船舶中許多轉動設備都是依靠各種軸承的支撐及潤滑油對軸承進行潤滑來工作的。船舶的尾軸中間軸承軸瓦、主機的連桿軸瓦、發電機的軸瓦等，都是采用巴氏合金。由于在長期運行中因震動或供油系統出現故障，引起軸瓦上的巴氏合金磨損，甚至導致巴氏合金脫落和燒損，因此在修復中經常采用澆鑄和補焊的方法。本文將介紹軸瓦損壞、損傷采用TIG焊接修復技術的成功實踐。

2? ? ?巴氏合金簡介

2.1? ?巴氏合金的特點

巴氏合金具有較高的減磨性能、很好的嵌入性，以及摩擦順應性和耐軸性。在軟相基體均勻分布著硬相質點，軟相基體使合金具有良好的嵌藏性、順應性和抗咬合性，并在磨合后軟基體內凹、硬質點處凸，使滑動面之間形成微小間隙成為貯油空間和潤滑油通道，利于減磨;而上凸的硬質起支撐作用，有利于承載。

2.2? ?常用巴氏合金的型號

船舶尾軸中間軸承軸瓦、主機的連桿軸瓦和發電機的軸瓦，大多采用牌號為ZSnSb11Cu6和ZSnSb8Cu4這兩種巴氏合金，如表1所示。

2.3? ? 巴氏合金的缺陷和損壞形式

船舶尾軸中間軸承軸瓦（巴氏合金）的主要損壞形式如下：

（1）局部缺損或磨損

由于軸瓦長期運行中，因振動原因引起軸瓦上巴氏合金層磨損和脫落，如見圖1所示。

（2）完全成為碎渣或脫層

若供油系統出現故障就會出現燒損現象，這樣上下瓦都會出現燒損和碎渣，特別是下瓦甚至有巴氏合金層卷起的脫層。此種嚴重的損壞不能進行焊補，需采用重新澆鑄的方法來進行修復。

3? ? 巴氏合金的材料和焊接特性

巴氏合金是一種軟金屬材料，通常都是采用重新澆鑄和焊補的方法來修復。由于巴氏合金的熔點低（為240 ℃），流動性強，溶池的錫液很容易流失，故無論是澆鑄或焊補都較困難。通過不斷的實踐，探索出比傳統簡單的新的修復方法和工藝。下面介紹嚴重損壞時采用TIG焊補的修復方法。

3.1? ?巴氏合金的材料特性

錫基焊料屬于軟焊料，熔點低，利用釬焊方法就可以在比較低的溫度將其融化，并使需焊接的街頭聯接起來。它是提供連續導熱和導電的一種方法，或者用于液體和氣體容器密封，焊點不承受大的應力作用。

軟焊料應該符合以下要求：

（1）有一定的導熱和導電能力;

（2）在200 ℃以下能保持與聯接件之間要求的強度;

（3）組織致密，有好的密封性;

（4）軟焊料與被釬焊的零件及基本材料之間有好的潤濕性。

軟焊料的導熱、導電性較差，僅為銅的8%～15%。但在道路中（如電路）并沒有明顯的阻力（如電阻），這是因為導路短、焊點處接觸面積大的緣故。

焊接街頭品質取決于需焊合的表面本性、軟焊料性質和焊劑的選擇，實際上是取決于熔融的軟焊料對固態的需焊接的金屬表面的潤濕過程，錫是許多軟焊料組元中的活性元素，能與被焊接的基體金屬如Cu、Fe、Ni等潤濕和熔合，形成很薄的一層金屬化合物。

使用焊劑是為了清潔需焊接的金屬表面，避免影響潤濕性。焊劑主要成分是ZnCl2，有水時產生游離的鹽酸。釬接銅時，氧化層溶解為氯化物離開基體銅，熔融的焊錫在銅上逐漸地鋪開。

3.2? ? 軟焊料成分和性能

軟焊料一般為Sn - Pb系合金，共晶成分為26.1%Pb，共晶溫度為183 ℃，可保證釬焊溫度低，避免損壞溫度敏感的元件。

手工釬焊時，選用Sn - 50%Pbd合金。由于隨溫度的降低，Sn在Pb中的溶解度減小，Sn析出，焊料軟化;在Sn - Pb-Sb合金焊料中，析出SnSb金屬間化合物尤為明顯;Sn - 5%Ag和Sn - 5%Sb合金，不僅能使焊料強度保持至200 ℃，還具有與共晶合金相似的濕潤性。

在低溫下使用的焊料，應選高Pb合金，如Pb-10%Sn或Pb - 5% Sn-1.5%Ag合金。這種合金的濕潤性和強度會受些影響，但不會在低溫下（如173K）Sn出現相變導致焊料塑料和沖擊強度受到嚴重損失。

在這些焊料中，含0.001%Al就會引起氧化，氧化鋁膜在液態焊料和焊劑界面上影響濕潤性;在焊料中一般都含0.1%～0.5%Sb，在抗蠕變焊料中可達到5%Sb，含少量銻（0.1%～0.5%）能提高Pb- Sn焊料對黃銅的濕潤性，加入0.1%～0.25%Bi能提高共晶Sn-Pb焊料的鋪展速度，超過0.5%Bi時焊料表面會變色。

鎘會降低潤濕速度，其氧化膜使焊料表面變暗會引起釬接缺陷;銅對焊料潤濕性影響不大，但超過0.25%Cu時，由于產生Cu-Sn化合物影響釬焊表面外觀;磷超過0.01%P會影響焊料在銅和低碳鋼上的潤濕性;硫S影響釬焊表面外觀，焊料中限定S含量在0.0015%之內;Zn容易氧化產生氧化物，超過0.003%Zn時焊料表面品質變壞。因此各種雜質的聯合作用不可低估，應給予嚴格限制。

3.3? ?巴氏合金在修復過程中的難點

以前的焊補主要是采用傳統的風釬焊或大功率電鉻鐵來修復，這些修復手段存在如下缺陷：

（1）焊絲的制作

需要自制焊條，使用氧-乙炔焰直接加熱塊狀巴氏合金。其缺陷時：一方面，當加熱熔化時流出來的焊絲液會立即凝固，成為大小不一的焊絲，直徑較粗且不均勻;另一方面，由于是氧-乙炔焰直接加熱巴氏合金，其中所含的雜質不能去除，也會一并凝固到焊絲中，使得到的焊絲十分粗糙，在傳統的風釬焊或大功率電鉻鐵修復中很難將填充材料融化;

（2）修復的效果

傳統的采用氣焊方法焊接修復軸瓦，融化功率無法滿足修復焊接要求：① 用風燈直接對準軸瓦，雖然融化功率滿足修復焊接要求，但這樣會損壞母體或修復部位相鄰的完好部位，焊補處與完好部位無法融接合;② 用風燈烤未加熱由純銅制作的榔頭，利用榔頭來傳導熱量進行焊補，這樣會散熱快導致降溫無法融化達成焊補，焊補處與完好部位也很難融接合，接合處經常存在咬邊;③ 使用大功率的電鉻鐵來焊補，以500 A的電鉻鐵為例，焊補氣孔和薄壁的小面積的軸瓦修復尚可，但對厚壁的軸瓦則存在溫度不夠，融化功率無法滿足修復焊接要求，而且接合處也經常存在咬邊。

4? ? ?采用TIG的修復方法

對于巴氏合金軸瓦的小面積損壞和缺陷，常規的焊接修復方法有氧乙炔釬焊和烙鐵焊。由于氧乙炔釬焊和烙鐵焊容易產生咬邊、未焊透及產生氣孔。特別是氧乙炔釬焊操作工藝復雜，容易損壞母體。

下面介紹一種完全不同的巴氏合金軸瓦的焊接修復方法，不僅操作簡單，還不需要助焊劑，簡化修復工藝且焊接質量高，修復后合格率可達100%，克服了氧乙炔釬焊和烙鐵焊易產生的咬邊、未焊透及產生氣孔等缺陷，而且修復后的軸瓦壽命得到延長;可適用于巴氏合金軸瓦上厚度更大的損傷，節約成本和提高生產效率。

根據多年來修復巴氏合金軸瓦的經驗，采用TIG的焊接修復方法在眾多方法中脫穎而出，TIG焊接巴氏合金的具體工藝步驟如下介紹。

4.1? ?焊前準備工作

（1）焊絲的制備

軸瓦的材料為巴氏合金，型號為ZSnSb11Cu6和ZSnSb8Cu4，是一種熔點低的軟金屬。

選用匹配的巴氏合金材料進行熔煉（小坩鍋）自制焊絲，經過小坩鍋熔煉出來的焊絲比較純，可去除里面的雜物，并將懸浮于表面的漂浮物清除;將∠30×30×2的不銹鋼角鋼傾斜，使不銹鋼角鋼槽與水平面夾角為20°～40°，然后用小鐵勺將熔化后的巴氏合金液體倒在不銹鋼角鋼槽內，轉動不銹鋼角鋼，收集從不銹鋼角鋼脫落的焊絲。

（2）軸瓦表面的處理

長期處于潤滑油之中的軸瓦，油分子已深入機體，在焊接修復時這些滲油會阻礙金屬間的熔合，故應認真清理。

首先，確定焊接修復的部位，并將軸瓦進行超聲波的清洗，沒有條件的可使用金屬清洗劑對其表面氧化膜和油污清洗，然后保持軸瓦的干凈，并立即進行焊接修復。

4.2? ?焊接修復過程

（1）選用TIG的直流焊接：采用氬氣保護，氬氣流量為8～10 L/min、電極直徑3、2 mm;小號的陶瓷保護嘴;使用頭帶感光變色面罩，拿焊絲時動作要輕;

（2）采用平位焊接，左向焊法：在焊底層不要急于填補，先在焊接區域進行起弧，因舊軸瓦在使用過程中滲入很多滑油，在清洗后也無法完全清除干凈，焊補時反復在焊接區域來回起弧，利用TIG的弧光來逼出里面的油分子;然后用干凈的抹布蘸上小許的丙酮，把浮出表面的油分子擦干凈;最后用鋼絲刷將浮于表面的氧化物刷除，再進行填絲修復焊接;

（3）巴氏合金的熔點較低，在起弧時電極正確對準焊接區域，采用壓弧的方法，以免非焊接部位的巴氏合金產生融化;制作的焊絲盡可能細小，有利于焊接時壓弧的操作;

（4）焊補時利用感光變色面罩，進行精準送絲，將焊機調整為延遲斷氣;在每次焊接收弧時，不要立即將噴嘴脫離焊接部位，使延時的氣體有效地保護區域，以免引起氣孔;特別要注意在焊補時不能有風吹，必要時采取擋風的措施;

（5）最后一層焊道表面要比軸瓦原始表面略高，并注意在與原始表面交界處不要產生咬邊和未融合缺陷，通過機加工最后得到表面光滑的軸瓦。圖2所示為經過TIG的焊接修復得到的軸瓦表面。

5? ? 修復效果

為了驗證本文軸瓦的修復效果，作者選用相同軸瓦，分別人為損壞面積為3 cm深度2 mm的刮傷、深度5 mm的損傷、深度12 mm的缺損、深度30 mm的缺失、深度35 mm的缺失，然后進行修復，試驗結果如表3所列。

由表3可見：傳統的軸瓦修復方法局限于小修小補;而本文的軸瓦修復方法，可應用于更厚損傷的巴氏合金的修補，修復厚度可達35 mm，對厚度不超過30 mm的軸瓦損傷修復效果最佳。

巴氏合金廣泛應用于船舶上的各類軸瓦，它的質量關系到船舶的主機、發電機和尾軸的正常運作。在船舶修理時，采用澆鑄及使用TIG焊補巴氏合金，將得到高質量的產品。在多種的焊接修復巴氏合金方法的比較中，TIG焊是目前操作最簡單、結果最為理想的焊補方法。

參考文獻

[1] 黃伯云，李成功，石力開等.有色金屬材料手冊[上].北京：化學工業出版社.2009.