錨纜機(jī)軸頸磨損后堆焊修復(fù)工藝的改進(jìn)

趙福志　李振星

摘? ? 要：本文詳細(xì)介紹了錨纜機(jī)軸軸頸磨損后修復(fù)過程中，針對(duì)傳統(tǒng)修復(fù)工藝存在的不足，提出了合理的工藝改進(jìn)措施，包括焊接前的預(yù)處理、焊接修復(fù)工藝、校直的方法、加工要求等工藝流程改進(jìn)，為行業(yè)同類錨纜機(jī)軸的修復(fù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：錨纜機(jī);軸頸;焊接;修復(fù)

中圖分類號(hào)：U664.4+4 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In the repair process of shaft journals of windlass and mooring winch by overlaying welding， aiming at the shortcomings of traditional repair technology， this paper puts forward reasonable improvement measures， including pretreatment before welding， welding repair technology， straightening method， processing requirements and other technological process improvements， which provides reference for the repair of similar shaft journals.

Key words： Windlass and mooring winch; Shaft journal; Welding; Repair

1? ? ?前言

錨纜機(jī)是船舶的重要甲板設(shè)備，錨纜機(jī)軸作為錨纜機(jī)的傳動(dòng)受力部件，受作業(yè)環(huán)境惡劣、潤滑缺乏、載荷大、沖擊大等的影響，軸頸及軸承會(huì)經(jīng)常磨損，需要修復(fù)。錨纜機(jī)軸一般采用細(xì)長軸結(jié)構(gòu)，軸頸位多，受磨損、銹蝕、軸線變形等影響，對(duì)軸頸位的堆焊修復(fù)技術(shù)要求高。為此，本文提出一套錨纜機(jī)軸頸磨損后的堆焊修復(fù)改進(jìn)工藝，高效高質(zhì)量地修復(fù)錨纜機(jī)軸，不但可以節(jié)約成本，而且可大大提高修船廠的核心競爭力。

2? ? ?傳統(tǒng)焊接工藝存在的問題

采用傳統(tǒng)的修復(fù)方法，將拆檢完成后的錨纜機(jī)軸放置V型滾輪胎架上，由人工用砂輪機(jī)對(duì)磨損的軸頸位進(jìn)行打磨，直至出白后由人工對(duì)稱滾動(dòng)橫向焊接。這種方法雖然前期投入成本低、設(shè)施簡單，但這樣的焊接工藝焊層熔合度欠佳、表面成型質(zhì)量差、受熱點(diǎn)分布不均、容易引起變形，大大增加了后期校直的時(shí)間和工作量。部分錨纜機(jī)軸經(jīng)過光車后，新軸頸表面還會(huì)出現(xiàn)黑斑、氣孔、細(xì)小的裂紋等缺陷，需要返工處理。

錨纜機(jī)軸作為錨纜機(jī)的重要部件，其材質(zhì)通常采用優(yōu)質(zhì)碳素45#鋼。45#鋼作為中碳鋼的代表，雖然強(qiáng)度高且具有良好的綜合性能，但焊接性能欠佳。如果采用常規(guī)焊接，焊層不僅容易出現(xiàn)夾雜、氣孔、裂紋等缺陷，而且還容易引起軸線彎曲變形等后果。

（1）焊層夾雜的原因

焊前軸頸預(yù)處理不徹底。磨損后的軸頸，表面不但有磨痕，而且有橢圓、麻點(diǎn)凹坑等，僅依靠人工用砂輪機(jī)打磨難以徹底清理干凈，導(dǎo)致局部表面焊層熔合度不足。

（2）氣孔的原因

焊前軸頸預(yù)處理及預(yù)熱不徹底，表面還殘留有水汽;用砂輪機(jī)打磨后的軸頸，盡管外觀明亮出白，但表面還殘留有細(xì)小的麻點(diǎn)、凹坑;焊接時(shí)雜質(zhì)或水汽會(huì)污染熔池，導(dǎo)致氣孔或夾雜的出現(xiàn);CO2氣體保護(hù)焊在焊接過程中周圍有吹風(fēng)，焊池缺乏防護(hù)，失去CO2氣體的保護(hù);焊材烘干不徹底，有殘留水汽等。

（3）裂紋的原因

焊前預(yù)熱溫度不夠，預(yù)熱不均勻;采用焊接電流過大;焊材熔入母材比例過高，增加了焊縫中的含碳量，焊層表面成型差;焊后沒有及時(shí)熱處理，導(dǎo)致焊層內(nèi)應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋。

（4）軸彎曲變形的原因

除了錨纜機(jī)軸頸及軸承嚴(yán)重磨損、軸承底座及座孔變形后等引起的軸本身變形，以及運(yùn)輸過程、拆卸不當(dāng)?shù)纫鸬淖冃瓮?，最常見的還是采用不恰當(dāng)?shù)暮附臃椒ㄒ鸬妮S彎曲變形。

3? ? 傳統(tǒng)修復(fù)焊接工藝的改進(jìn)

解決上述45#鋼焊接過程中存在的問題，提高堆焊層的質(zhì)量和修復(fù)效率，需要對(duì)傳統(tǒng)的焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn)。

3.1? ?軸頸位焊接前的預(yù)處理

（1）錨纜機(jī)軸上車床校正，確認(rèn)需要修復(fù)的軸頸位。對(duì)不需要修復(fù)的原軸頸位，確保其最大跳動(dòng)量≤0.20 mm;

（2）被修復(fù)的軸頸位，應(yīng)先進(jìn)行光車出白，單邊光車量1.5～2 mm不等;對(duì)剩余的個(gè)別凹坑麻點(diǎn)，可用合金磨頭進(jìn)行局部人工打磨至出白及邊緣圓滑過渡為止，目的是徹底去除舊軸頸表面的銹蝕麻點(diǎn)、磨損痕跡及表面的氧化層，從而提高堆焊層的質(zhì)量以及與母材的熔合質(zhì)量;

（3）光車后的軸頸位應(yīng)進(jìn)行著色探傷檢查，確認(rèn)無氣孔、無裂紋等影響焊接質(zhì)量的缺陷存在。

3.2? ?在變位機(jī)焊接平臺(tái)上進(jìn)行自動(dòng)焊接

（1）錨纜機(jī)軸轉(zhuǎn)移至變位機(jī)焊接平臺(tái)，調(diào)正錨纜機(jī)軸的中心軸線，并合理設(shè)置好中間輔助滾輪托架的支撐點(diǎn)位置，讓焊接受熱點(diǎn)減少，盡可能減少軸線變形彎曲;

（2）用薄白鐵皮和保溫棉對(duì)堆焊軸頸位除外的其它軸頸位進(jìn)行包覆，以免受焊接過程飛濺影響;

（3）根據(jù)上述的錨纜機(jī)軸材質(zhì)，選用合適的焊接材料及焊接方法;

① 焊材—低氫、焊后可熱處理的焊絲，如GB/T17493? ?E551T1-K2C或等同;

② 極性—直流反接（DC+）;

③ 方式—CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊接;

④ 保護(hù)氣體—CO2，純度在99.98%以上。

（4）焊接前用電加熱毯或用烘槍對(duì)軸頸位進(jìn)行滾動(dòng)均勻加熱，預(yù)熱至150 ℃～250 ℃為止。目的是徹底去除母材殘留水份，減緩被焊軸頸的冷卻速度、減少加熱區(qū)與周邊母材金屬的溫度梯度，以及降低焊接應(yīng)力和避免裂紋，從而獲得高質(zhì)量的焊接塑性;

（5）從被修復(fù)軸頸位的端部開始，將CO2 焊槍固定在10 點(diǎn)鐘的位置上，焊絲端頭與焊件保持2～3 mm的距離進(jìn)行焊接，見圖1所示;同時(shí)慢慢旋轉(zhuǎn)錨纜機(jī)軸做反方向滾動(dòng)，焊接工藝參數(shù)見表1;目的是利用焊池受自身重力下墜的影響，在熔池下墜的同時(shí)軸往上逆向旋轉(zhuǎn)，熔池迅速冷卻成型，堆焊層的焊縫表面會(huì)更光滑平整，從而減少熔敷金屬和光車裕量;

（6）錨纜機(jī)軸每旋轉(zhuǎn)一圈，周向焊接軸頸位一圈;滑移自動(dòng)控制裝置同時(shí)控制焊槍均勻軸向移動(dòng)5～6 mm，以保證焊縫間的重疊量約占焊縫寬度的1/3～1/2，焊后焊縫圓潤，焊層層高均勻;

（7）每堆焊完一層后，均用鋼絲刷清理干凈焊渣;再焊接下一層時(shí)，確保層間溫度等于或略高于預(yù)熱溫度，否則應(yīng)重新進(jìn)行預(yù)熱，每層間焊接的起焊點(diǎn)和終點(diǎn)均需要錯(cuò)開至少50 mm以上;

（8）同理，焊接第二層、第三層... 直到堆焊后的新軸頸整體尺寸比原標(biāo)準(zhǔn)軸頸尺寸單邊大4～5 mm為止，確保有足夠的加工裕量;

（9）焊接完畢清理干凈表面焊渣后，及時(shí)將電加熱墊對(duì)堆焊軸頸進(jìn)行包覆，用多層保溫面覆蓋，總厚度不小于150 mm，長度比軸頸位每端分別延長200 mm;

（10）根據(jù)中碳鋼的熱處理程序要求，及時(shí)對(duì)堆焊的軸頸位進(jìn)行焊后熱處理，用電加熱毯和多層保溫棉堆焊層覆蓋，利用溫控儀控制，慢慢加熱到600～650 ℃左右，保溫2小時(shí)后，再緩慢冷卻至室溫，以消除堆焊層軸頸位的焊接應(yīng)力，減少脆裂傾向;

（11）保溫及緩慢冷卻過程中，確保錨纜機(jī)軸還要繼續(xù)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，直到所有軸頸緩冷卻到常溫時(shí)停止，目的是盡可能減少及預(yù)防焊接后錨纜機(jī)軸的彎曲變形。

3.3? ?焊后校直檢查

（1）常溫下，利用變位機(jī)焊接平臺(tái)的校中功能，調(diào)整好錨纜機(jī)軸首尾兩端的中心;

（2）慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)錨纜機(jī)軸，用磁力座百分表配合，檢查測量錨纜機(jī)軸的各軸頸位的直線度，特別是非堆焊修復(fù)的原軸頸位，確保其最大變形處的跳動(dòng)量≤0.20 mm ;

（3）如最大變形處的跳動(dòng)量≥0.20 mm，將錨纜機(jī)軸頸上跳動(dòng)量的最大點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至正上方，并做好馬克，從正上方處利用烘槍進(jìn)行點(diǎn)狀加熱的火焰矯正方法，進(jìn)行反變形校直;

（4）校直后確保錨纜機(jī)軸還要繼續(xù)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，直到軸頸緩冷卻到常溫時(shí)停止;常溫下再次測量，確保上述最大變形處的原軸頸位跳動(dòng)量≤0.20 mm;

3.4? ?重新上車床加工恢復(fù)軸頸尺寸

（1）錨纜機(jī)軸重新上車床校正軸線中心后，檢查非堆焊修復(fù)的原軸頸位的跳動(dòng)量，必須滿足跳動(dòng)量≤0.20 mm的要求;

（2）參照錨纜機(jī)的各軸頸的原始尺寸，對(duì)堆焊后的各軸頸先進(jìn)行整體粗車，單邊預(yù)留1～2 mm的精加工裕量，目視檢查各軸頸粗車后的表面焊接質(zhì)量，檢查堆焊層有無氣孔、夾雜、裂紋等缺陷，如有必要可著色探傷配合檢查;

①如表面均完好，則繼續(xù)精車拋光到原始標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

② 如表面有氣孔、雜質(zhì)、裂紋等缺陷，則需做好標(biāo)識(shí)和馬克;錨纜機(jī)軸重新下車床，對(duì)局部缺陷的位置進(jìn)行打磨、探傷檢查，直至消除缺陷、修整周圍至圓滑過渡為止;局部焊接修復(fù)后，重新上車床校正，再精車拋光到原始標(biāo)準(zhǔn)尺寸;

（3）錨纜機(jī)軸精加工完畢后，再次測量檢查各軸頸位的直線度、最大跳動(dòng)量（≤0.05 mm）、軸頸表面粗糙度（≤1.6 μm）、表面硬度（HB≥1 589 N/mm2）;對(duì)修復(fù)位置、矯正位置以及它們兩側(cè)100 mm長度的圓周范圍內(nèi)進(jìn)行無損探傷檢查，確保無裂紋等缺陷并報(bào)驗(yàn)。

4? ? 結(jié)語

錨纜機(jī)軸堆焊新工藝，優(yōu)化了焊前處理、焊接過程控制、焊后處理和檢驗(yàn)等流程，總結(jié)出一套可靠的焊接修復(fù)工藝參數(shù)，運(yùn)用廠里由焊接變位機(jī)技術(shù)改造后的自動(dòng)焊接平臺(tái)設(shè)備，有效地解決了傳統(tǒng)錨纜機(jī)軸堆焊工藝中存在的工作環(huán)境差、焊前處理不徹底、焊接應(yīng)力大且易彎曲變形、焊后校直困難、耗時(shí)長等問題，大大提升了錨纜機(jī)軸的堆焊修復(fù)的工作效率和質(zhì)量。

該工藝程序，多年來指導(dǎo)我廠平均每年100余根錨纜機(jī)軸的軸頸堆焊修復(fù)作業(yè)，具有通用性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、效益高效、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，該功能也不限于錨纜機(jī)軸，還適用于其他軸類的軸頸或管材表面等類似的快速堆焊及修復(fù)。相信經(jīng)過不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，錨纜機(jī)軸磨損后的堆焊修復(fù)工藝將會(huì)更加靈活高效，從而更大地促進(jìn)修船行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張絲雨，馬維田，馬雁冰，等. 最新金屬材料牌號(hào)、性能、用途及中外牌號(hào)對(duì)照速用速查實(shí)用手冊[M]. 北京：中國科技文化出版社，2005.

[2] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 17493-2018 熱強(qiáng)鋼藥芯焊絲[S].? ? ??2018.

[3] 全國海洋船標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)CSAC/TC 12），GB/T 34001-2016中國修船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[4]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，?2008.

[5]全國海洋船標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)修船分技術(shù)委員會(huì). CB/T 3688-1995 船用起錨機(jī)和起錨絞盤修理技術(shù)要求[M]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.