乌金瓦面钎焊修复质量探究

摘 要：轴瓦在许多领域之中都有着广泛的应用，而在轴瓦的生产和修复过程中，都离不开钎焊操作，焊接的质量对于轴瓦的质量有着非常重要的影响，所以必须要注重焊接质量的控制。因此本文首先就乌金瓦面焊接质量控制的意义进行了探讨，然后对乌金瓦面焊接过程中常见的质量问题，同时对于乌金瓦面焊接质量影响因素进行了总结，最后提出了乌金瓦面修复时焊接质量控制措施。

关键词：滑动轴承 钎焊作业 焊接质量

中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）11-0-02

前言

滑动轴承具有承压面积大，工作平稳，无噪音等优点，常用于重载高速的场合，广泛用于汽轮机主轴轴承、大型电机的轴承、大型內燃机的曲轴轴承等。在滑动轴承中，轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金（又称乌金）。轴承乌金瓦面与钢胎属于异种金属，仅能采用火焰钎焊作业进行焊接，其焊接性较差。轴承在工作中不仅承受轴的压力，而且还与轴之间产生强烈的摩擦，可导致轴瓦的损坏和大型设备的停运。由于轴是机器上主要的零件且价格较贵、更换困难，所以在磨损不可避免的情况下从轴瓦材料上、焊接质量上、工艺措施上采取措施，以确保轴受到较小的磨损。

一、乌金瓦面质量保障的意义

1.轴瓦设备的重要性

滑动轴承往往用于大型设备上，对主轴起支撑作用，既要保证轴系的高速运转，又要保证轴系的安全（在产生故障时，主轴不被损坏）。因为大型设备的轴较为贵重，如果轴系损坏不仅更换困难，而且设备本身造价高昂，加之设备停运带来的经济损失更加巨大。故必须在支撑轴的瓦面的材料上、焊接工艺上、焊接质量上寻求突破，只有轴瓦系统的安全稳定来保证轴的安全，保证设备的安全高效运行。

2.常见轴承合金简介

轴瓦的瓦面所用的轴承合金材料巴士合金称之为乌金，这种巴士合金按其化学成分可分为两类，即锡基巴士合金和铅基巴氏合金。 锡基轴承合金，它是锡和锑、铜等元素配置而成的合金。最常用的锡基巴氏合金是ChSnSb11-6，Ch表示轴承合金，其中锑（Sb）的平均含量为11%，铜的平均含量为6%，其中为锡（含量为83%）。在锡基巴氏合金中，软基体为锑在锡中的固溶体，硬质点是化合物SnSb和Cu3Sn。

锡基巴氏合金的摩擦系数小，塑性、导热性和耐蚀性好，主要用于高速重载下的工作的轴承，如汽轮机、电动机上的主要轴承，其许用工作温度不能超过110摄氏度。锡基巴氏合金的疲劳强度低，为了提高其疲劳强度和节约锡基巴氏合金，常在低碳钢的轴瓦上浇铸一层薄的锡基巴氏合金，这种轴承通称双金属轴承。

铅基巴氏合金，它是以铅为基础，加入锑、铜等合金元素的轴承合金。最常用的排号是Chpb16-16-1.8，其中含16%Sb、16%Sn和1.8%Cu，其余为铅（含量约为66.2%）。这种合金的软基体是锡和锑在铅中的固熔体，硬质点是化合物SnSb和Cu3Sn。

铅基巴氏合金的性能不及锡基巴氏合金，但避免了用价格贵的锡，故成本较低，常用来制造中等负荷的轴承，如电厂风机、泵、磨煤机和电动机设备的轴承上，其许用工作温度不能超过120摄氏度。

除了用巴氏合金作为轴承合金外，在生产上还用铜基轴承合金，如ZQPb30、ZQSn10-1等。除此而外还有铅基轴承合金（基本元素是铅，主添加元素有锑和锡）、铸铁轴承合金（如珠光体灰口铁）以及粉末合金轴承材料（将金属粉末或金属与非金属粉末放在模具内加压成形，然后烧结而成为零件）等。

3.轴承合金选用原则

在滑动轴承中，制造轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金，轴承在工作中不仅承受轴的压力，而且还与轴知己产生强烈的摩擦。由于轴是机器上主要的零件且价格较贵、更换困难，所以在磨损不可避免的情况下从轴瓦材料上采取措施，以确保轴受到的磨损较小，为此轴承合金应满足以下要求：

1、具有较小的摩擦系数和足够的强度，抗压强度和疲劳强度；

2、硬度不高以免磨损轴；

3、能够保存润滑油，以保持润滑；

4、良好的导热性与内腐蚀性；

5、良好的的工艺性能——易于浇铸，并易于和瓦底焊合；

6、材料的经济性，制造容易，成本低廉。

为了满足上述性能的要求，除了对材料本身的性能加以考虑外，则应要求轴承合金的组织是：在软的基体上均匀分布着硬的质点。轴承工作时，软的基体很快地被磨凹下去，凹陷处可以储存润滑油，而突起的硬质点承担轴的压力，起着支撑轴的作用，并抵抗磨损。由于轴与轴承的接触面积减少，轴承被磨凹下去的便可存储润滑油，有了润滑油，轴转动时能形成油膜，使轴颈与轴承在转动时不直接接触，因而摩擦系数减小，减少了磨损；流动的润滑油还可以及时带走热量和磨宵。此外软的基体还可以承受冲击和震动，以保证轴承和轴能够很好的磨合等优点。这种轴承合金组织保证了近乎理想的摩擦条件、极低的摩擦系数和机械的安全运转。

二、乌金瓦面常见的质量问题

1.乌金瓦面表面缺陷

1.1气孔

气孔一般是在进乌金焊接过程中，在凝固时熔池中的气泡未能及时的逸出，而出现的空穴现象，成为气孔。诱发气孔的因素包括：乌金表面有油污、水份和锈迹；填充乌金条内存在气孔；操作手法不当等。预防气孔的措施是：焊接区域清理干净，制作填充乌金条讲求工艺，控制焊接熔池温度，控制焊接速度，焊工操作技能娴熟经验丰富，加强焊接过程的层道清理。

1.2夹渣

其主要是指焊接过程中熔渣残存在乌金中。夹渣主要有非金属夹渣和金属氧化物两类，其形状与分布有密集夹渣、条状、链状、点状等，其中焊缝内部深埋的条状、点状夹渣是最常见的一种焊接缺陷。控制夹渣的有效措施有：清理、清洗乌金瓦面氧化层与非金属污物；熔制乌金条时保证干净无渣滓且乌金不被氧化；焊接过程中焊接温度与焊接速度配合得当，乌金瓦面与填充乌金无过烧物质。

1.3 裂纹

裂纹是乌金瓦面特别常见的缺陷，瓦面乌金裂纹相对比较严重的焊接缺陷，其破坏最初是从裂纹处开始的。由于轴系是常时间运转的零件，运转就会有震动的伴生，在长期震动的环境内细小的裂纹往往会随着时间的推移逐渐地延伸，形成加长或通透的裂纹，破坏了零件的整体性，同时零件的强度降低性能变差；加之零件是在一定的油压中工作，裂纹受均匀的力会产生更大的破毁导致乌金瓦面成块的脱落。因此在进行乌金瓦面焊接过程中要采取有效措施来避免裂纹的出现，而且焊接完成之后还需要采取有效方法进行检查，如果发现裂纹要给予针对性的补救与处理，确保零件质量的安全性能。

1.4未熔合

在对乌金瓦面进行焊接时，在瓦面焊接区域层间或补焊焊道出现局部未熔透现象，则称之为未熔合。未熔合是乌金瓦面焊接过程中比较常见的一种缺陷，其会导致乌金瓦面会出现不同程度的间断，从而极大地降低了瓦面的强度，还会诱发裂纹。因此，在进行乌金瓦面焊接過程中，严禁出现未熔合缺陷的存在。乌金焊接未熔合通常是因为焊接乌金时对熔池温度控制不当，或乌金氧化过烧造成这一重大缺陷。

1.5磨损与块状缺损

乌金瓦面由于润滑油中存在渣滓铁屑之类的杂物，会产生轴与瓦面的碰撞磨损或擦伤，因此在轴承润滑进油管路上必须装设滤网装置，以防渣物对轴瓦的磨损与擦伤。乌金瓦面由于长期在交变震动的环境下运行，瓦面与瓦胎是钎焊熔合强度较低，热胀系数也不同，往往会沿着瓦胎成片脱落，形成瓦面块状缺损现象。再者是乌金在焊接的过程中若温度过高，产生过烧造成乌金脆化而脱落，杜绝块状缺损的最有效方法是瓦胎挂锡质量的保证和乌金焊接中不过烧。

2.乌金瓦面内部缺陷

乌金瓦面内部缺陷主要是瓦胎与乌金瓦面过渡层即锡层，锡层的钎焊层未充分扩散或扩散不均匀，使乌金瓦面和过渡的锡层及瓦胎没有达到充分的扩散熔合，而造成间层未熔合，此缺陷是最为常见的缺陷，是造成瓦面局部块状脱落的主要原因之一，其危害程度要大于气孔、夹渣。

三、乌金瓦面修复焊接质量保障措施

1.乌金条的制作工艺

乌金瓦面补焊过程中，填充乌金条必须是粗细、长度适中的条装，便于焊接时操作。乌金条的制作必须讲求工艺，如果工艺不到位往往会产生各种焊接缺陷，由于乌金价格较为昂贵，会造成再次的浪费与损失。乌金出厂时绝大部分都是重量5Kg--10Kg长方体块状物体，而焊接瓦面时一般使用加工成长约50㎝宽约8㎜厚度约为6㎜的椭圆扁条状乌金条使用。熔化乌金条的模具最好用不锈钢加工制成，使用时用砂纸或干净的白布打磨干净凹槽无污物乌为止，乌金熔化时尽量使用坩锅，实现均匀熔化且不产生氧化物和乌金材料过烧。切不可用焊炬火焰直接去熔化，很容易把乌金氧化或过烧，造成乌金变脆、易裂、易脱落等缺陷，所以在制作乌金条的过程中严格控制所用设备的洁净度与温度。

2.乌金瓦面补焊

2.1局部磨损的轴瓦补焊方法

先用刮刀把磨损后需要补焊的瓦面均匀地刮掉薄薄一层，以清除油脂污垢，然后再用10%的盐酸+锌粒反应后的溶解液清洗干净后，再用清水冲洗，将瓦面用白布擦拭干净后进行补焊磨损的瓦面，采用氧乙炔手工焊法进行焊接，将H01-6焊炬的火焰调至碳化焰加热磨损了的瓦面，同时不断地用乌金条擦拭加热处寻找熔池，或当看到加热的乌金瓦面微微凸起时乌金熔池产生，立即开始添加乌金条，随后边加热熔化乌金条边向前移动，移动速度要快，避免乌金过热产生过烧，只要添加乌金条与瓦面乌金熔为一体即可。若看到凹陷的熔池就说明温度偏高，立即停止此处的补焊，重新在温度低的另一处开始补焊，补焊结束瓦面在室内自然冷却，不可强制降温；在补焊的整个过程中一定严格控制瓦面和瓦胎的温度不得超过170°C。

2.2瓦面乌金块状脱落补焊方法

先将乌金脱落的瓦面周围用木锤进行敲打，从敲打声音判断乌金瓦面与瓦胎是否开裂，如找到熔合不良的区域应全部用扁铲剔掉，然后检查瓦胎表面的锡层是否均匀存在，均匀存在可在锡层上直接进行乌金补焊。若乌金脱落面积较大，应分成若干小块，一块一块补焊后连成整体。先加热挂锡后的瓦面，并用乌金条触拭，乌金熔化并能与锡熔在一起时即可加添乌金，同时向前移动，第一层不易太厚2㎜左右即可，以后用同样的方法堆焊，堆焊厚度较第一层厚些，直到符合厚度为止。堆焊的过程中一定要控制温度，切忌温度过高过热，必要时将钢体瓦胎浸在水盆中进行焊接。若补焊一遍厚度不够，可以再焊一遍，切不可一遍焊得过厚。否则乌金将过热、变脆、易裂、易脱落。补焊完毕自然缓冷，冷却后用小木锤敲击乌金瓦面判断焊接质量，直到合格为止。再将轴瓦放入碱水中（10%苛性钠或苛性钾）煮10分钟后取出，用清水清洗；如果轴瓦太大，可用热碱水刷洗，然后用钢丝刷将瓦面刷干净，检查合格后进行切削加工。

3.瓦胎锡层钎焊工艺

瓦胎锡层局部脱落或缺损，是厂家生产时瓦胎温度偏低或偏高锡层扩散的不充分造成，也较为棘手的难题，锡层的钎焊在整个瓦面补焊过程是至关重要的环节，锡层钎焊熔合良好后期的乌金脱落的可能极小，所以锡层的焊接质量必须得到保证。瓦胎挂锡前清理瓦胎污物，再用用碱水清洗挂锡面，然后用氧化火焰把脱锡的瓦胎烧一遍，以清除残留在针孔内的石墨和油垢，之后用中性火焰加热钢胎瓦面挂锡，当瓦胎加热到300°C左右时将氯化锌涂在瓦面上，并用锡条磨擦加热面，锡熔化后薄薄覆盖与瓦面，厚度控制在0.5㎜以内，焊接速度与加热温度匹配得当，防止瓦胎温度过高造成整体锡层脱落和温度偏低而得不到充分的扩散，直到表面全部均匀挂满为止。挂上的锡呈暗银色；如果是发黑色或淡黄色，则表明温度过高，应重新挂锡。挂锡后接着补焊乌金，不可放置时间过长，以免锡层氧化。

4.乌金瓦面焊接检验

乌金瓦面补焊结束冷却至室温时，对补焊的区域进行彻底的检验，确保焊接质量的合格。由于此焊接属于钎焊不同于其他同种金属材料的焊接检验，用射线、超声等方法进行。只能用听其音、观其色的方法进行检验。用木锤敲击瓦面所产生的声音进行判断，敲击瓦面的区域发出特别清脆的声音，说明此区域焊接质量良好，若发出的声音较闷则反应出此处的焊接质量存在问题；观其色是观察补焊后的乌金颜色进行判断，颜色一致说明焊接质量优良，颜色变暗说明高温或过烧，就这样对整个补焊区域进行检验，检验合格后进行切削加工。

5.乌金焊接技能要求

常见的锡基轴承合金（通常称为乌金），其熔 点232℃ 。补焊时一般采用氧乙炔火焰手工气焊进行钎焊焊接，因为乌金的熔点仅有232℃，而焊炬的火焰温度达3000℃以上，在温度的控制上有极大的难度，焊接温度稍微偏低了熔合不在一起造成未熔合重大缺陷，致使补焊失败；焊接温度偏高了轻则造成乌金过烧，重则造成锡层和乌金层整体脱落也就是脱胎。所以必须选用经验丰富气焊技能较高水平的焊工进行施焊，确保乌金瓦面补焊、修复的成功。

四、结束语

综上所述，在进行轴瓦乌金修复焊接过程中，必须要对残存的缺陷进行彻底的清除、清洗，选用钎焊经验特别丰富的焊工进行补焊，并对能焊接过程中各个环节的焊接工艺措施严格执行到位，并采取必要的措施，这样不仅可以保证轴瓦乌金的正常焊接，而且还能提高轴瓦乌金的焊接质量，极大地提高大型成套设备的安全稳定性。

参考文献

[1]宋琳生，电厂金属材料基础知识[J].中国电力出版社，2012.11.

作者简介：王元平，男，（1971.10-），籍贯：内蒙古丰镇市 学历：大专焊工高级技师。神华准能集团焊工技能大师，主要从事焊工技术及焊接工艺和焊接质量方面的研究。