黃龍鵬 黃煌 雷肖

摘 要：銅軸瓦廣泛應用于低速重載工況，銅軸瓦失效影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，因銅合金價格昂貴，銅軸瓦失效后通過重新澆鑄、堆焊等手段修復，有利于降低企業(yè)維修成本。本文闡述了銅軸瓦修復的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

關鍵詞：銅軸瓦 重新澆鑄 堆焊修復

課 題：本文系桂工職教集團課題（桂工職教集團2018JSYF01）研究成果。

在社會生產(chǎn)中，軸瓦廣泛應用于低速重載工況。銅合金軸瓦抗疲勞強度高，承載能力大，具有較強的抗壓能力和耐高溫性，因此被廣泛應用。但銅軸瓦長期在高濕、高溫、腐蝕環(huán)境下重載荷研磨運行，也會因磨損、腐蝕、刮傷等而失效。而由于軸瓦修復難度大、修復成本高、修復效果不理想，所以企業(yè)在該領域的研究投入也較少，少量的修復研究工藝穩(wěn)定性與可靠性差，沒有得到廣泛推廣應用。

一、銅軸瓦失效形式

軸瓦失效形式主要有：腐蝕、熱疲勞、普通疲勞、磨損、燒瓦、刮傷等。

1.腐蝕

軸瓦在腐蝕介質(zhì)（如腐蝕性空氣、腐蝕性潤滑油等）中服役而產(chǎn)生氧化反應，導致軸瓦合金表面形成脆性氧化物，合金元素剝落。

2.熱疲勞

由于軸瓦某些區(qū)域過度受熱，鉛和錫將會熔化，與銅分離，材料剝落，引起徑向間隙不足，產(chǎn)生雜質(zhì)，曲軸頸部變形，缸體與曲軸中心線不重合。

3.普通疲勞

由于不正?；蜓h(huán)壓力引起強度疲勞，導致軸瓦表面區(qū)域性不規(guī)則的抗摩擦材料分離。

4.磨損

軸瓦磨損造成軸瓦與軸之間間隙增大，受力不均勻，導致軸瓦變形。

5.燒瓦

因潤滑油不足或油質(zhì)低劣，軸與軸瓦之間發(fā)生干摩擦，產(chǎn)生高溫高熱，導致“燒瓦”。

6.刮傷

輥軸在運轉過程中與軸瓦發(fā)生研磨，由于軸瓦表面附著灰塵、污垢或金屬顆粒，在研磨過程中軸瓦表面被研出溝槽。

二、軸瓦的修復方法

銅軸瓦受到磨損后失效，在實際生產(chǎn)中往往通過更換新配件解決，成本較高。通過對銅軸瓦的修復，可降低企業(yè)設備維護成本，提高企業(yè)效益。目前，許多學者或研究機構對銅軸瓦修復工藝有了較深入的研究，其中修復方法主要有以下幾種。

1.重新澆鑄法

重新澆鑄是將失效的物件通過鑄造方法獲得新的金屬成型物件，即把舊物件冶煉成液態(tài)金屬，注入型腔內(nèi)，待冷卻后進行打磨等簡單機加工，獲得具有一定形狀、尺寸、組織和性能的新物件，是材料成型重要的分支。目前，人們廣泛使用離心澆鑄法進行回爐重造。離心澆鑄是將液態(tài)金屬注入高速旋轉的鑄型內(nèi)，使液態(tài)金屬作離心運動充滿鑄型，經(jīng)冷卻、簡單機加工形成鑄件的技術和方法。澆鑄過程中要注意控制澆鑄溫度并加快液態(tài)合金的冷卻速度。澆鑄溫度過高或過低，都會導致合金的晶粒粗大;若離心機轉速太快，會促使產(chǎn)生比重偏析，特別是當冷卻速度不夠快時更為嚴重。該修復工藝操作復雜，技術難度大，很難保證修復質(zhì)量，而且維修成本高。

由于重新澆鑄工序繁雜，鑄造過程難以精確控制合金成分，導致鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性下降，易造成冷隔、澆不足、氣孔、粘砂、夾砂、砂眼、脹砂等缺陷。因此，重新澆鑄修復質(zhì)量依賴于金屬液態(tài)成型技術的更新與技術水平的提高。

2.電刷鍍修復方法

電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過程。電刷鍍既能實現(xiàn)物件尺寸的改變，獲得較高公差精度，又能改變工件表面材料組織，達到優(yōu)化性能的效果，因而在工業(yè)上獲得廣泛應用。軸瓦的電刷鍍修復是采用電刷鍍，修復軸瓦瓦面缺陷，恢復或提高瓦面性能。劉惠明等采用電刷鍍巴氏合金液的方法，修復失效的車軸瓦，刷鍍后的軸瓦表面狀態(tài)良好，鍍層平整、光滑，色澤均勻一致，光亮而美觀。電鍍刷修復不需要電鍍槽，設備簡單，不受零件尺寸的限制;電鍍工藝簡化，如：不需要包扎絕緣等;沉積速度快，是有槽電鍍的10～15倍;鍍后一般不要加工，鍍層厚度可控制。但勞動強度大，消耗鍍液較多，消耗陽極包纏材料，鍍液的好壞直接影響鍍層與基體之間的結合，易出現(xiàn)鍍層脫落等現(xiàn)象，不適用于大厚度修復層。

3.壓鉚（焊）銅套法

壓鉚（焊）銅套修復是通過切削加工，去除缺陷，采用鉚釘或者焊接的方法在軸瓦內(nèi)安裝新瓦面，恢復軸瓦使用功能的方法。采用壓鉚（焊）銅套修復方法，可以獲得新的瓦面，提高軸瓦使用壽命。南寧鈦銀科技有限公司隆成柱、隆小柱用刨床將受磨損的銅合金瓦面刨開，在刨開后的銅合金瓦面部位的四周開有V型焊接口，在銅合金瓦面的中心開有加固孔，更換一塊與磨損面尺寸相同的新的銅合金瓦面，采用焊接及緊固件連接，達到修復效果。壓鉚（焊）銅套修復在實際生產(chǎn)中應用較為廣泛，可行性較強，適用于大面積失效的軸瓦修復，但對小范圍磨損的瓦面修復不適用，更換新瓦面的費用較高。

4.堆焊修復

堆焊修復是用焊接方法在工件表面熔覆一層或多層具有耐腐蝕、耐高溫、耐磨或抗氧化等特性的熔敷金屬，經(jīng)機加工后恢復工件使用性能的工藝過程。堆焊廣泛應用于石化、冶金、礦山、農(nóng)機等行業(yè)的零件制造和修復中，是焊接領域的一個重要分支。堆焊技術在工藝上具有很大的靈活性，人們可以根據(jù)工件服役條件選擇具有特定性能的堆焊合金，通過堆焊實現(xiàn)母材與堆焊合金的冶金結合，恢復和提高工件的使用性能。目前，國內(nèi)外學者嘗試采用多種堆焊修復工藝，獲得多種合金材料體系的硬質(zhì)堆焊層，并對其微觀組織及力學性能（如耐磨損、耐腐蝕性能）等方面進行了廣泛而深入的研究。東北電力試驗研究院劉傳玉以堆焊新工藝代替澆鑄巴氏合金或修復大型軸瓦，獲得發(fā)明專利授權。

堆焊工藝可針對失效的零部件進行修復再制造，是一項重要的再制造工程。零部件再制造的質(zhì)量評估在于再服役壽命周期，選擇合理的堆焊工藝參數(shù)、堆焊材料及堆焊方法對再制造零部件的再服役壽命有著重要影響，評估失效零件“能不能再制造”以及“再制造幾次”對堆焊工藝的選擇具有現(xiàn)實指導意義。目前，針對銅軸瓦的堆焊修復工藝研究的文獻極少。

三、銅軸瓦修復工藝發(fā)展趨勢

制糖業(yè)是廣西的特色產(chǎn)業(yè)，甘蔗壓榨機銅軸瓦是甘蔗壓榨機壓榨輥的支撐部件，承受高達100T重壓及摩擦，工作時發(fā)熱較大，長期高濕、高溫、高壓的工況導致銅軸瓦壽命急劇縮短。調(diào)研結果表明，甘蔗壓榨機銅軸瓦服役條件復雜，主要失效形式有腐蝕、疲勞失效、磨損、燒瓦、刮傷等。目前，廣西制糖產(chǎn)業(yè)甘蔗壓榨機失效銅軸瓦的修復方法有離心鑄造修復法、壓鉚（焊）銅套法及堆焊修復，其中采用離心澆鑄方法對失效銅軸瓦重新澆鑄被廣泛應用。

1.離心鑄造修復

離心鑄造作為一種傳統(tǒng)的特殊鑄造技術，鑄造過程金屬液利用率極高、無需砂芯，可獲得致密的組織、具有特定梯度的材料，具有其他鑄造技術不可代替的優(yōu)點。隨著技術的更新，當人們能夠很好地控制合金液中氣體及雜質(zhì)、進一步細化晶粒及控制成分偏析、提高生產(chǎn)程序的計算機控制技術時，離心鑄造技術將獲得質(zhì)的蛻變，工藝成本大幅度降低，將會廣泛應用于銅、鎂、鈦等合金的鑄造。

2.堆焊修復

堆焊是指借助電弧、氧乙炔等熱源在母體材料的表面熔敷具有特定性能的合金材料，經(jīng)過簡單機加工，恢復母材原有尺寸及特殊性能的工程，是表面工程中的重要分支。堆焊過程是堆焊層與母材冶金結合的過程，因此堆焊層不易剝落，零件再服役壽命長。堆焊修復在工藝上具有極大的靈活性，人們可以根據(jù)母材對耐腐蝕、耐磨損、耐高溫等特殊性能的要求，合理選擇堆焊材料、焊接方法及工藝參數(shù)。

近幾十年來，高能束堆焊技術得到了迅速發(fā)展，激光堆焊作為高能束焊的典型代表，可以準確控制堆焊層成分、稀釋率及熱輸入量，堆焊熱畸變小，可獲性能優(yōu)越的堆焊層，焊層厚度大。但價格昂貴的電子束設備和激光設備，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用。聚光束表面堆焊作為新型表面堆焊技術，設備造價相對低，且具有極高的能源利用率，因此在特殊材料堆焊、精密儀器堆焊、大面積堆焊中具有廣闊的應用前景。

我國還不是堆焊技術發(fā)展強國，堆焊材料不夠系列化，堆焊方法效率低、成本高，堆焊設備局限性大，堆焊未能廣泛應用于銅合金的修復。為了使堆焊技術更好地貢獻于“循環(huán)經(jīng)濟”和“綠色再制造”的發(fā)展，我國學者們正在努力通過改善堆焊方法、設計新型焊接材料，使堆焊材料優(yōu)質(zhì)化、堆焊方法高效化，努力開發(fā)制造出更智能化、專業(yè)化的堆焊設備，使我國堆焊技術走向世界。

四、小結

銅軸瓦失效影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，停產(chǎn)修復時間周期長將給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失，如何縮短修復時間周期，降低修復成本是今后學者們的研究方向。隨著技術的不斷更新，離心鑄造修復將能減少鑄件缺陷，更廣泛應用于構件的“重造”。隨著堆焊材料的系列化、堆焊方法的高效化、堆焊設備的智能化及專業(yè)化，堆焊將廣泛應用于銅合金構件的修復。

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[3]任艷艷，張國賞，魏世忠，徐流杰.我國堆焊技術的發(fā)展及展望[J].焊接技術，2012（06）.

（作者單位：黃龍鵬，廣西工業(yè)技師學院、廣西工業(yè)職業(yè)教育集團;黃煌、雷肖，廣西工業(yè)技師學院）