船用大型柴油机曲轴再制造技术综述

2018-02-16臧爱清

信息记录材料 2018年9期

关键词：堆焊曲柄船用

臧爱清，金迪

（1大连航运职业技术学院轮机系辽宁大连 116052）

（2大连海事大学马克思主义学院辽宁大连 116052）

1 引言

船用大型柴油机曲轴（以下简称船用曲轴）再制造作为一种先进的理念，是采用先进的技术手段和现代化的制造工艺方式，对寿命到期或报废的曲轴进行加工。再制造可以最大限度保留设备的附加值，有利于环保和可持续发展，具有非常好的经济效益和社会效益[1]。

2 船用曲轴失效分析

船用曲轴作为柴油机的核心部件，多采用红套、冷套或焊接等形式连接曲柄销、曲柄臂和主轴颈。船用曲轴对材质、尺寸和结构要求严格，表面需经过热处理，套合（配合）面精度要求高，还要采用倒角以防止应力集中。在主轴颈和曲柄销钻有油孔。由于其尺寸较大、受力复杂，在长时间使用过程后容易造成失效[2]。

（1）弯曲。船用曲轴弯曲主要由于主轴承下瓦的不均匀磨损、机座变形和下沉、船舶装载、活塞运动装置和爆发压力、飞轮和轴系连接误差等影响造成的。曲轴弯曲造成曲轴整体轴线弯曲或个别曲柄单元弯曲。

（2）擦伤与磨损。船用曲轴轴颈表面擦划痕和拉毛等损伤主要是润滑油中的杂质或磨损的产物造成的。船用曲轴经长期运转后会产生不均匀磨损。磨损失效多发生在船用曲轴与其他零件的配合面。

（3）红套滑移。船用曲轴的红套滑移指组合式或半组合式曲轴的曲柄臂和主轴颈或者与曲柄销套合处相对位置发生错动的现象。主要是由于曲轴受到过大的冲击，扭转等造成的[3]。

船用曲轴失效形式除上述情况外，还有断轴等极端情况，此类情况一般通过寿命评估，满足再制造要求的进行局部更换，不满足的则按照报废处理。

3 船用曲轴再制造

对于船用曲轴的再制造过程应分析再制造的可行性，并采用寿命预测技术进行评估，结合曲轴失效形式，决定再制造方式。对于主轴颈、曲柄臂、曲柄销等关键部位的再制造应按照以下工艺流程处理：拆卸与运输→清洗→检测与探伤→修复尺寸（热喷涂、镀铁、融覆、更换等）→精加工→检测→检测装配[4]。本文侧重曲轴的修复尺寸的表述。

在船用曲轴的再制造过程中，除弯曲采用校直或局部更换外，各关键部位的再制造首先采用机械加工的方法，将曲轴主轴颈与连杆轴颈直径局部或全部减小适当尺寸，采用以下修复工艺进行加工以恢复轴颈的尺寸、精度和表面性能。

（1）电刷镀技术。电刷镀是采用电化学方法，在曲轴表面镀上一层金属的工艺方法。此工艺具有镀厚快、结合力好、硬度高、镀层不需要精加工处理、成本低等优点，适用于磨损量不大的曲轴修复。但镀层中往往存在微裂纹，影响镀层本身的性能。若镀前处理稍有疏忽，结合强度将大大降低，导致曲轴整体的使用性能下降[5]。

（2）堆焊。是在金属材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蚀等特殊合金层的一种工艺方法。当曲轴轴颈磨损超过许用极限时，可采用振动堆焊的方法来增补磨损表面。但堆焊技术对前处理要求较高，如果处理不当，容易产生裂纹和气孔。堆焊后需采用精加工工艺保证尺寸和精度[6]。

（3）激光熔铸。是指在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面位置薄层同时熔化，与基体成冶金结合的表面涂层的加工方法。此工艺具有结合性强、无加工变形和表面硬度高、抗磨性能好等优点。但由于在熔铸过程中，激光的高温作用会使曲轴有残余应力产生。另外，涂层材料使用的特种合金粉末和梯度功能材料，也限制了熔铸材料的选择范围[7]。

（4）热喷涂。是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。通过改变热喷涂工艺和热喷涂材料来制备减磨、耐磨、耐腐蚀等符合船用功能的涂层[8]。

（5）无刻蚀镀铁。是指电镀工件无需镀前进行阳极刻蚀而直接进行电镀的工艺。该工艺修复周期短、电流效率高、沉积速度快、镀层与基体结合强度高，镀层无需磨抛光处理等特点。但由于内应力存在，镀层之间存在微裂纹，且会随着镀层厚度的增加而增加，影响曲轴本身的性能。另外，镀层的材料硬度也高会降低镀层的综合应用性能[9]。

（6）恢复尺寸法。是将待修复的配合副中的一个零件利用机械加工的方式，使其恢复相对应尺寸，然后选配具有适合尺寸的零件与其相配，恢复两者配合性质的修理方法。对于拉毛等磨损量不大和局部更换的曲轴，可采用这种方法使其达到使用标准。