船用大型柴油機曲軸再制造技術綜述

臧愛清，金 迪

（1大連航運職業技術學院輪機系 遼寧 大連 116052）

（2大連海事大學馬克思主義學院 遼寧 大連 116052）

1 引言

船用大型柴油機曲軸（以下簡稱船用曲軸）再制造作為一種先進的理念，是采用先進的技術手段和現代化的制造工藝方式，對壽命到期或報廢的曲軸進行加工。再制造可以最大限度保留設備的附加值，有利于環保和可持續發展，具有非常好的經濟效益和社會效益[1]。

2 船用曲軸失效分析

船用曲軸作為柴油機的核心部件，多采用紅套、冷套或焊接等形式連接曲柄銷、曲柄臂和主軸頸。船用曲軸對材質、尺寸和結構要求嚴格，表面需經過熱處理，套合（配合）面精度要求高，還要采用倒角以防止應力集中。在主軸頸和曲柄銷鉆有油孔。由于其尺寸較大、受力復雜，在長時間使用過程后容易造成失效[2]。

（1）彎曲。船用曲軸彎曲主要由于主軸承下瓦的不均勻磨損、機座變形和下沉、船舶裝載、活塞運動裝置和爆發壓力、飛輪和軸系連接誤差等影響造成的。曲軸彎曲造成曲軸整體軸線彎曲或個別曲柄單元彎曲。

（2）擦傷與磨損。船用曲軸軸頸表面擦劃痕和拉毛等損傷主要是潤滑油中的雜質或磨損的產物造成的。船用曲軸經長期運轉后會產生不均勻磨損。磨損失效多發生在船用曲軸與其他零件的配合面。

（3）紅套滑移。船用曲軸的紅套滑移指組合式或半組合式曲軸的曲柄臂和主軸頸或者與曲柄銷套合處相對位置發生錯動的現象。主要是由于曲軸受到過大的沖擊，扭轉等造成的[3]。

船用曲軸失效形式除上述情況外，還有斷軸等極端情況，此類情況一般通過壽命評估，滿足再制造要求的進行局部更換，不滿足的則按照報廢處理。

3 船用曲軸再制造

對于船用曲軸的再制造過程應分析再制造的可行性，并采用壽命預測技術進行評估，結合曲軸失效形式，決定再制造方式。對于主軸頸、曲柄臂、曲柄銷等關鍵部位的再制造應按照以下工藝流程處理：拆卸與運輸→清洗→檢測與探傷→修復尺寸（熱噴涂、鍍鐵、融覆、更換等）→精加工→檢測→檢測裝配[4]。本文側重曲軸的修復尺寸的表述。

在船用曲軸的再制造過程中，除彎曲采用校直或局部更換外，各關鍵部位的再制造首先采用機械加工的方法，將曲軸主軸頸與連桿軸頸直徑局部或全部減小適當尺寸，采用以下修復工藝進行加工以恢復軸頸的尺寸、精度和表面性能。

（1）電刷鍍技術。電刷鍍是采用電化學方法，在曲軸表面鍍上一層金屬的工藝方法。此工藝具有鍍厚快、結合力好、硬度高、鍍層不需要精加工處理、成本低等優點，適用于磨損量不大的曲軸修復。但鍍層中往往存在微裂紋，影響鍍層本身的性能。若鍍前處理稍有疏忽，結合強度將大大降低，導致曲軸整體的使用性能下降[5]。

（2）堆焊。是在金屬材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蝕等特殊合金層的一種工藝方法。當曲軸軸頸磨損超過許用極限時，可采用振動堆焊的方法來增補磨損表面。但堆焊技術對前處理要求較高，如果處理不當，容易產生裂紋和氣孔。堆焊后需采用精加工工藝保證尺寸和精度[6]。

（3）激光熔鑄。是指在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料，經激光輻照使之和基體表面位置薄層同時熔化，與基體成冶金結合的表面涂層的加工方法。此工藝具有結合性強、無加工變形和表面硬度高、抗磨性能好等優點。但由于在熔鑄過程中，激光的高溫作用會使曲軸有殘余應力產生。另外，涂層材料使用的特種合金粉末和梯度功能材料，也限制了熔鑄材料的選擇范圍[7]。

（4）熱噴涂。是利用熱源將噴涂材料加熱至溶化或半溶化狀態，并以一定的速度噴射沉積到經過預處理的基體表面形成涂層的方法。通過改變熱噴涂工藝和熱噴涂材料來制備減磨、耐磨、耐腐蝕等符合船用功能的涂層[8]。

（5）無刻蝕鍍鐵。是指電鍍工件無需鍍前進行陽極刻蝕而直接進行電鍍的工藝。該工藝修復周期短、電流效率高、沉積速度快、鍍層與基體結合強度高，鍍層無需磨拋光處理等特點。但由于內應力存在，鍍層之間存在微裂紋，且會隨著鍍層厚度的增加而增加，影響曲軸本身的性能。另外，鍍層的材料硬度也高會降低鍍層的綜合應用性能[9]。

（6）恢復尺寸法。是將待修復的配合副中的一個零件利用機械加工的方式，使其恢復相對應尺寸，然后選配具有適合尺寸的零件與其相配，恢復兩者配合性質的修理方法。對于拉毛等磨損量不大和局部更換的曲軸，可采用這種方法使其達到使用標準。

4 船用曲軸再制造后檢測

船用曲軸由于其尺寸巨大和使用過程中的唯一性，必須進行嚴格的檢測來保證曲軸的質量。檢測過程是通過對再制造后曲軸整體性能的試驗來獲得的。對于批量化曲軸應以試驗來檢驗是否達到要求，并進行各項指標采集監控。

對于單件或小批量再制造的曲軸上述試驗很難進行，常規檢測后即投入使用。常規檢測包括曲軸尺寸精度、幾何形狀精度、表面粗糙度、熱處理工藝和金相組織等方面。此外，對于中、低速柴油機的曲軸不要進行靜平衡試驗，對于高速柴油機的曲軸應該進行動平衡試驗以保證運轉的平衡性。

5 結語

船用曲軸的特殊工作環境和性質決定其再制造過程的復雜性。我國表面工程技術近年來發展迅速，各種先進的制造工藝已經研發并陸續投入使用，而船用曲軸的蘊含的再制造經濟價值也必將引起關注，相信在不久將來，船用曲軸再制造會有廣闊的市場。