CN1029796C - 一种制做或修复大型轴瓦新工艺 - Google Patents

Abstract

一种制做或修复大型轴瓦新工艺，以堆焊代替浇铸巴氏合金制做或修复大型转动机械轴瓦，采用的工艺是：瓦胎预热——采用制备好的挂底钎焊合金焊条进行钎焊挂底——将制备好的中分式端挡板模具安装在瓦胎上——采用制备好的堆焊焊条堆焊巴氏合金——全部堆焊合金进行重熔处理——焊后保温及机械加工。采用本发明的工艺方法进行制做或修复大型轴瓦，操作简单，无需大型设备，造介低廉，并可弥补一般公知的浇铸巴氏合金生产工艺的不足。

Description

本发明涉及一种以堆焊代替浇铸，用巴氏合金对大型转动机械轴瓦进行衬层以便制做或修复大型轴瓦的工艺方法。

一些大型转动机械，如汽轮发电机、给水泵等，常因轴瓦巴氏合金的损坏而影响安全运行。为修复巴氏合金轴瓦，一般公知的生产工艺有如下几种：

1、静心浇铸法

该法将瓦胎预热，采用氯化锌、氯化铵药品，用纯锡或锡铅合金挂底，将轴瓦立置，并采用内桶式模具进行浇铸。该法的缺点是：由于预热温度高，合金浇铸量大，瓦胎变形较大，易产生脱胎、重皮、疏松及夹渣等缺陷;容易产生成份及组织偏析现象，金相组织β相和ε相较粗大，巴氏合金硬底较低;采用锡铅合金挂底，导致合金的耐热性降低，合金浪费量较大。

2、离心浇铸法

该法在离心浇铸机上一次性将液态巴氏合金浇入封闭式模具，然后使轴瓦转动，在离心力作用下，液态合金充满瓦胎，轴瓦外通水冷却。

该法的不足是：浇铸须在离心浇铸机上进行，设备投资较大;易产生重皮、脱胎、β相和ε相向瓦胎界面聚集及成分偏析等缺陷。

3、压力浇铸法

该法使浇铸后的巴氏合金在加压状态下冷却，使其得到较致密的浇铸层。对于大型轴瓦，该法实施起来难度较大。

4、参考文献“美国专利4435448”《巴氏合金轴承的制造方法》所述的用巴氏合金对大型轴瓦进行衬层的工艺方法，是通过采用带有内加热装置的专用转动设备，在轴瓦上进行巴氏合金衬层的。该方法与传统的离心浇铸法相比，最大的特点的巴氏合金的熔化、敷着及凝固都是在专用设备上一次完成的。该方法不需要在轴瓦上镀锡和预先将巴氏合金熔化，而是在轴瓦内表面首先涂一层钎剂，并衬上一层固态巴氏合金，在轴瓦转动时使内表面产生相当于二十倍重力加速度的加速度情况下，完成并达到最佳双金属复合效果。

该方法不足之处在于：因衬层是在专用转动设备上完成的，对不同类型的轴瓦需设计不同的加热器、瓦胎模具及制备不同的巴氏合金。致使工序复杂、附加工作较多、轴瓦生产应用范围受到限制;对于高铜锑的锡基巴氏合金之应用而言，由于衬层合金的复合是在较高离心力下完成的，在凝固时，易产生锡铜相向界面聚集，锡锑相随杂质上浮，导致组织偏析、衬层成分不均及结合界面疲劳强度降低。

本发明的目的在于采用新的堆焊工艺代替一般公知的浇铸巴氏合金生产工艺，来制做或修复大型转动机械的轴瓦，使之操作简单，无需大型设备，造价低廉，并可弥补一般公知的浇铸巴氏合金生产工艺的不足。

本发明的目的是采用如下主要工艺流程来实现的;

旧瓦合金清除-轴瓦表面清洗及除锈-瓦胎结构倒角改修-瓦胎预热-采用制备好的挂底钎焊合金焊条进行钎焊挂底-将制备好的中分式端挡板模具安装在瓦胎上-采用制备好的堆焊焊条堆焊巴氏合金-全部堆焊合金进行重熔处理-焊后保温及机械加工。

制备挂底钎焊合金焊条时，钎焊合金的熔炼温度为550°-600℃，炼制的1号挂底钎焊合金的化学成分（重量百分比）为：

锡    89-90.7

银    9-10.7

1号挂底钎焊合金中的杂质含量的重量百分比数应不大于：

锑    0.05

砷    0.02

铁    0.11

铜    0.03

铅    0.05

硫    0.01

采用1号挂底钎焊合金焊条进行钎焊挂底时，瓦胎预热温度为160-220℃。在钎焊表面涂刷焊剂的配方（重量百分比）是：

氯化锌    30

氯化铵    4

氯化锡    3.5

盐酸    3

水    59.5

钎焊表面加热至1号挂底钎焊合金的熔化温度250-270℃，熔化焊料，进行钎焊。

炼制的2号挂底钎焊合金的化学成分（重量百分比）为：

锡    94-95.7

银    4-5.7

2号挂底钎焊合金中的杂质含量的重量百分数与1号挂底钎焊合金中的杂质含量相同。

采用2号挂底钎焊合金焊条进行钎焊挂底时，瓦胎预热温度为140°-200℃。在钎焊表面涂刷焊剂的配方与采用1号挂底钎焊合金焊条进行钎焊挂底时的焊剂配方相同。钎焊表面加热至2号挂底钎焊合金的熔化温度220°-230℃，熔化焊料，进行钎焊。

堆焊巴氏合金时，预热瓦胎后所涂焊剂的配方（重量百分比）是：

氯化锌    70

氯化铵    25

氯化钾    5

加水稀释后百分比浓度为20-50%，堆焊一层 涂焊剂后进行重熔处理，每相邻两道重熔区的重迭尺寸不小于单道熔宽的四分之一。第一层堆焊合金全部重熔后，再涂焊剂进行第二层堆焊，焊后达到堆焊尺寸后，应涂刷焊剂，对全部堆焊合金层进行一次重熔处理;

重熔后的大型轴瓦需冷却和均匀加热，使瓦胎温度均匀达到100-120℃，之后，采用保温材料将轴瓦内外壁包好，进行保温，当瓦胎缓冷至常温后，拆除模板。

在钎焊挂底和堆焊时，先将制备好的模具装到瓦胎上，以防止轴瓦端头液态合金跑漏。

由于采用了上述主要工艺流程与方法，使本发明具有如下特点：

1、采用箱式电阻炉熔炼锡银系挂底合金，熔炼设备简单;

2、采用熔炼的挂底合金并配制专用焊剂，提高了钎焊时的润湿性与抗氧化性;

3、本工艺用于现场制做或修复大型转动机械的轴瓦，尤其是较薄合金层的大型汽轮机主轴瓦，较为方便，无需大型设备;

4、挂底合金中的银在钎焊时有微量的扩散作用，加之严格控制了挂底合金中的杂质成份，因而提高了双金属复合层的结合性能;

5、采用薄钢板及石棉板做中分式端挡板模具，可节省较多的巴氏合金，使用方便，造价低;

6、采用微碳化焰并加钎剂堆焊，进行重熔处理，可清除界面处杂质及假焊等缺陷，消除了脱胎现象，合金成份均匀，硬度较高，冲击韧性较好，瓦胎不变形。

本发明的主要工艺方法与主要流程内容如下：

1、旧瓦合金清除、轴瓦表面清洗及除锈

旧轴瓦在堆焊前，应将原有的巴氏合金清除，应防止损坏瓦胎表面。瓦胎表面的油污采用化学清洗剂清洗，油污严重的部位应进行特殊处理。轴瓦表面的锈斑应除去并保证一定的表面光洁度。

2、瓦胎结构倒角改修

对瓦胎燕尾槽凹肩倒角进行改修，使之成为圆角，以防双金属间的应力集中。

3、制备挂底钎焊合金

采用箱式电阻炉熔炼银系挂底钎焊合金，熔炼温度为550°-600℃。炼制的1号与2号挂底钎焊合金的化学成份一杂质含量同前所述。

4、制备堆焊焊条

采用煤气、氧乙炔焰、电热等热源，用石墨坩埚加木碳熔化巴氏合金，并加氯化铵精炼，在熔融状态下，用不锈钢棒搅拌均匀的情况下，立即铸成堆焊焊条，以免合金成分偏析。熔化温度为480-500℃，铸条温度为380-420℃。

5、钎焊挂底

钎焊挂底时，先将瓦胎预热，同前所述，钎焊1号挂底钎焊合金时的预热温度为160-220℃，2号挂底钎焊合金为140-200℃。瓦胎达到预热温度后，在钎焊表面涂刷焊剂。用氧乙炔焰把钎焊表面加热至焊料熔化温度，1号挂底钎焊合金为250-270℃，2号挂底钎焊合金为220-230℃。熔化焊料，并用麻布沾焊剂涂刷熔化合金，待钎焊面全部钎焊一层后，用钢丝刷沾焊剂并配合火焰加热打刷熔化合金表面，以防出现假焊现象。焊层厚度为100-200微米。

6、堆焊巴氏合金

堆焊前、将已挂底钎焊的瓦胎进行预热，预热后涂焊剂，焊剂配方如上所述。用火焰将水份烤干。堆焊前需根据瓦胎直径及厚度选择焊枪及焊嘴，原则上采用较大焊嘴调至较弱火焰进行堆焊或重熔。

堆焊时，由瓦胎底部在瓦胎宽度方向堆焊一道合金。然后转动瓦胎分别逐道向轴瓦两端头侧堆焊。堆焊全部采用平焊位置，每道焊宽25-50毫米，每层厚度为3-15毫米。堆焊一层，涂焊剂后进行重熔处理。重熔时每相邻两道重熔区的重迭尺寸不小于单道熔宽的四分之一。第一层堆焊合金全部重熔后，再涂焊剂进行第二层堆焊。直至将模具堆平，达到规定机加工尺寸。堆焊层总厚度将依据轴径与瓦胎内径尺寸而定，其计算公式为：

总厚度＝（瓦胎内径-轴外径-（4-8）毫米）/2

焊层达到堆焊尺寸后，应涂刷焊剂，对全部堆焊合金层进行一次重熔处理。

7、中分式端挡板模具制备

本发明的工艺中，钎焊挂底和堆焊时，先将模具装到瓦胎上。所采用的模具系中分式端挡板模具。端挡板模具又分为内套端挡板模具和外套端挡板模具。

以下将结合附图对本发明所采用的模具作进一 步详细说明。

图1是中分式外套端挡板模具示意图。

图2是图1的A-A断面图。

图3是中分式内套端挡板模具示意图。

图4是图3的A′-A′断面图。

参照图1与图2，中分式外套端挡板模具由上瓦胎1与下瓦胎8构成圆柱型壳体，在两瓦胎中间装有中分板2与中分间隙板3，由轴瓦联结螺栓5将上瓦胎1与下瓦胎8连接在一起。在瓦胎两端装有石棉垫板7及外套端板6。

装配模具时，首先将上瓦胎1与下瓦胎8对合，将中分板2与中分间隙板3装入上瓦胎1与下瓦胎8平瓦口中间，以达到堆焊时不使上下巴氏合金连接到一起的目的。中分板2与中分间隙板3的长度与两瓦胎的宽度相等。装配时，中分间隙板3与两瓦胎平瓦口间留有一定间隙，使之该处所堆焊的巴氏合金4留有一定的加之余量。紧固轴瓦联结螺栓5使其压紧中分板2与中分间隙板3，然后将石棉垫板7及外套端板6固定在上瓦胎1与下瓦胎8的两端。

参照图3与图4，中分式内套端挡板模具由上瓦胎9与下瓦胎10构成圆柱型壳体，在两瓦胎中间装有中分板20及中分间隙板19，由轴瓦联结螺栓18将上瓦胎9与下瓦胎10联结在一起，并使外套石棉垫板14及外套端挡板15固定。在上瓦胎9与下瓦胎10内部安装了内套板11及模板联筋12所组成的内套模、还安装了内套石棉垫板13。内套模为单体结构，是由两块半圆型内套板11及模板联筋12焊制而成。该模具装配时先装内套模，后装中分板20，再紧固上瓦胎9与下瓦胎10为一体，然后再装配外套端挡板15。

中分式内套端挡板模具与外套端挡板模具可根据不同瓦型搭配使用。外套端挡板6及15皆可采用点焊或螺栓联结方式固定。

8、焊后保温及机械加工

重熔后的大型轴瓦需冷却和均匀加热，使瓦胎温度均匀地达到100-120℃，之后，采用保温材料将轴瓦内外壁包好，进行保温。当瓦胎缓冷至常温后，拆除模板，焊层经检查合格后进行机械加工。

经试验，采用本发明的工艺方法进行制做或修复大型轴瓦，操作简单，无需大型设备，造价低廉，并可弥补一般公知的浇铸巴氏合金生产工艺的不足。

Claims (2)

1、一种制做或修复大型轴瓦的新工艺，该工艺以堆焊代替浇铸，用巴氏合金对大型转动机械轴瓦进行衬层，其特征是：制备挂底钎焊合金的熔炼温度为550-600℃，炼制的1号挂底钎焊合金化学成份(重量百分比)为：

锡  89-90.7

银  9-10.7

1号挂底钎焊合金中的杂质含量的重量百分比数应不大于：

锑  0.05

砷  0.02

铁  0.11

铜  0.03

铅  0.05

硫  0.01

钎焊表面加热至1号挂底钎焊合金的熔化温度为250-270℃，熔化焊料，进行钎焊，在钎焊表面涂刷焊剂的配方(重量百分比)是：

氯化锌  30

氯化铵  4

氯化锡  3.5

盐酸    3

水      59.5

堆焊巴氏合金时，预热瓦胎后涂焊剂的配方(重量百分比)是：

氯化锌  70

氯化铵  25

氯化钾  5

加水稀释后百分比浓度为20-50%，堆焊一层涂焊剂后进行重熔处理，每相邻两道重熔区的重迭尺寸不小于单道熔宽的四分之一，第一层堆焊合金全部重熔后，再涂焊剂进行第二层堆焊，达到堆焊尺寸后，应涂刷焊剂，对全部堆焊合金层进行一次重熔处理；

该工艺方法所采用的模具为中分式内套端挡板模具由上瓦胎(1)与下瓦胎(8)构成圆柱型壳体，在两瓦胎中间装有中分板(2)与中分间隔板(3)，由轴瓦联结螺栓(5)将上瓦胎(1)与下瓦胎(8)连接在一起，在瓦胎两端装有石棉垫板(7)及外套端板(6)，中分式内套端挡板模具由上瓦胎(9)与下瓦胎(10)构成圆柱型壳体，在两瓦胎中间装有中分板(20)及中分间隙板(19)，由轴瓦联结螺栓(18)将上瓦胎(9)与下瓦胎(10)联结在一起，并使外套石棉垫板(14)及外套端挡板(15)固定，在上瓦胎(9)与下瓦胎(10)内部安装了内套板(11)及模板联筋(12)所组成的内套模、还安装了内套石棉垫板(13)，内套模为单体结构，是由两块半圆型内套板(11)及模板联筋(12)焊制而成；

重熔后的大型轴瓦需冷却和均匀加热，使瓦胎温度均匀地达到100-120℃，之后，采用保温材料将主内外壁包好，进行保温，当瓦胎缓冷至常温后，拆除模板。

2、根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：炼制2号挂底钎焊合金的化学成分（重量百分比）为：

锡  94-95.7

银  4-5.7

2号挂底钎焊合金中的杂质含量的重量百分数与1号挂底钎焊合金中的杂质含量相同，采用2号挂底钎焊合金焊条进行钎焊挂底时，瓦胎预热温度为140-200℃，表面加热至2号挂底钎焊合金的熔化温度220-230℃，熔化焊料，进行钎焊。

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