蘭現(xiàn)卿，韋 瑋，譚宏武，楊東民，趙 剛

（三門峽庫區(qū)水文水資源局，河南 三門峽 472000）

0 引言

螺旋槳起推動船舶前進的作用，它的性能對航行影響很大。 由于黃河泥沙大，加之有暗石、漣子水或應(yīng)力腐蝕等原因，經(jīng)常會造成螺旋槳槳葉彎曲、裂紋、缺口等局部損壞，當損壞嚴重時，會喪失船舶推進性能。 因此，對螺旋槳的修復是非常必要的。

對于船用銅質(zhì)螺旋槳，由于銅及銅合金導熱性強，液態(tài)時具有較強的吸氣性及一定的氧化性，而且高溫時合金元素易被氧化、燒損（如溫度在400℃～700℃時，其強度和塑性劇烈下降，脆性增加）。所以，船用銅質(zhì)螺旋槳容易引起焊接裂縫及氣孔等缺陷。筆者試根據(jù)多年的船舶設(shè)計、維修和管理工作等經(jīng)驗，對船用銅質(zhì)螺旋槳的修復技術(shù)進行探討。

1 銅質(zhì)螺旋槳的焊接特點及技術(shù)

1.1 銅質(zhì)螺旋槳的焊接特點

目前，制造銅質(zhì)螺旋槳的材料主要有Cul(1 級錳青銅)、Cu2(2 級鎳錳青銅)、Cu3（3 級鎳鋁青銅）、Cu4(4 級錳鋁青銅)4 種類型的銅合金。 除此之外，還有GB1176 及GB818 中的幾十種合金牌號的銅合金。

銅質(zhì)螺旋槳的焊接特點有：（1）銅的氧化使塑性降低，并易引起裂紋。 （2）由于導熱性強，對于厚大焊件，還需采用預熱措施。（3）對剛性較大的焊件，易產(chǎn)生裂縫。 （4）合金元素的蒸發(fā)和燒損促使熱裂縫、氣孔以及夾渣等缺陷的產(chǎn)生。 （5）氣孔是銅及銅合金焊接中常見的缺陷之一。若在焊縫金屬凝固前，氣體未能全部逸出，則會在焊縫中形成氣孔。（6）銅在高溫時的低強度和低塑性、過飽和氫的聚集析出等作用，是形成裂縫的主要因素。 （7）銅合金螺旋槳焊接后，在使用中有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的趨向，亦稱“自裂”，原因是焊接引起殘余應(yīng)力的存在和熱影響區(qū)快速冷卻過程中脆性組織的出現(xiàn)。

1.2 焊接準備的技術(shù)工作

（1）清洗焊絲及焊件表面的油污和氧化物。 （2）恰當制備坡口。 坡口制備恰當與否將影響焊接質(zhì)量好壞。（3）根據(jù)螺旋槳的材質(zhì)、修復部位和技術(shù)要求，選擇合適的焊接方法（氣焊、手工電弧焊、鎢極氬弧焊、溶化極氬弧焊等）。 （4）焊接材料的選擇。 焊接材料必須具備良好的抗水腐蝕性能、 焊接工藝性能和一定的機械性能。

1.3 焊接過程中的技術(shù)問題

1.3.1 焊接變形的控制及定位焊

螺旋槳在焊接修復時變形大， 會影響其幾何尺寸。為此，應(yīng)在焊接過程中用焊接胎架固定法或反變形法控制其變形。

1.3.2 預熱

（1）預熱溫度的確定。 根據(jù)焊接方法不同，預熱溫度應(yīng)而有所區(qū)別。 采用氣焊時，預熱溫度應(yīng)在350℃~450℃；采用手工電弧焊時，預熱溫度應(yīng)在200℃~300℃。 預熱溫度過高，容易產(chǎn)生過高焊流，會影響焊接質(zhì)量；溫度過低，熔池達不到要求，會影響焊接強度。

（2）預熱方法的選擇。 預熱方法的正確與否，將形成兩種完全相反的結(jié)果。正確的預熱，能改善焊接應(yīng)力分布，減少應(yīng)力腐蝕開裂的危險程度，防止預熱過程中裂紋進一步擴展。 反之，將造成應(yīng)力集中、金屬組織變壞，使預熱過程中裂紋進一步擴展。通常用遠紅外線、焦炭、柴油等軟性火焰進行加熱，盡可能不用氧氣、乙炔等熱能量集中的熱源。預熱中心位置應(yīng)選擇在裂紋根部以外的部位，以防裂紋擴展。

1.3.3 焊接方法

裂紋及斷塊結(jié)補，采用分段步退焊的措施。 在分段步退過程中，采用多層焊，而步退焊的長度，以使焊縫兩端不產(chǎn)生拉裂為宜，或根據(jù)接縫處厚度來確定。 因銅液流動性大，銅合金焊接較難實現(xiàn)全位置。 采取立向或橫向位置時，應(yīng)采用階梯平面的焊接次序，使每一焊道處于平焊條件下，這是焊接獲得成功的關(guān)鍵。

2 減少焊接應(yīng)力變形的措施

焊接銅質(zhì)螺旋槳時，在工藝上可采用以下幾種方法來減小焊接應(yīng)力及變形。

2.1 選擇合理的裝焊順序

在許多場合下，裝焊順序?qū)ψ冃蔚挠绊懞艽?。例如，在裝焊工字梁時，可將下翼板和復板先裝焊成T 字形，然后，將上翼板焊成工字梁，亦可將它們一起進行定位焊，直接焊成工字梁。 這兩種不同裝焊順序，其結(jié)果變形完全不同。 同樣，在焊接斷裂銅質(zhì)螺旋槳時，亦可對焊接工件的斷裂部分先進行定位點焊，然后將工件固定在模具內(nèi)（或加復板）。 這樣在焊接過程中，剛性及焊縫到焊件中心線間距離都未發(fā)生變化， 因此兩邊焊縫引起的變形相互抵消，最后保持槳葉的原來狀態(tài)。

2.2 選擇合理的焊接順序

合理的焊接順序是減少焊接應(yīng)力及變形最有效的方法之一。 在選擇焊接順序時，通常遵循以下原則。（1）盡可能使焊縫能自由收縮。螺旋槳較厚或焊縫較大的焊接，應(yīng)從中間向四周展開。 在進行焊縫對接焊時，無論采用什么樣的焊接工藝，橫向收縮都會在焊縫內(nèi)引起很大的應(yīng)力， 甚至產(chǎn)生裂紋，所以應(yīng)設(shè)法使它能自由收縮。 為此，可將焊縫留出一段后焊，使對接接頭的橫向收縮能自由地進行，即從中間向四周焊接。（2）采用對稱焊。對稱的焊縫最好由成雙的焊工對稱地進行焊接，如在漿榖圓筒體附近進行對接焊時，為減小變形，應(yīng)按對稱的順序，由兩名焊工對稱地焊接。（3）采用不同焊接順序。在焊接較長焊縫時，可采用逐步退焊法、分中逐步退焊法、跳焊法、交替焊法；對中等長度的焊縫，可采用分中對稱焊法。 一般退焊法和跳焊法每段焊縫長度100～350 mm（較大螺旋槳）較為適宜。 交替焊法因工作位置移動次數(shù)太多，故較少采用。

2.3 采取合理的防變形方法

2.3.1 反變形法

反變形法就是焊前給予焊件一個與焊后方向相反的變形，以此來減少焊件的變形。 實踐表明，這種方法是切實可行的。

2.3.2 剛性固定法

剛性固定法是采用強制的手段來減小焊后變形的焊接方法。 在焊接薄板時，為了減少它的變形，多用這種方法。

2.3.3 敲擊法

用手錘或風錘敲擊焊縫金屬，能促使金屬的塑性變形，從而使焊接應(yīng)力及變形減小。 敲擊時，必須做到要均勻，防止在槳葉表面形成凸凹現(xiàn)象。 如果槳葉表面不光滑，會影響螺旋槳的過水量。

2.3.4 冷卻法

將容易散熱的物體放置在焊接區(qū)域的周圍，使焊件迅速冷卻，以減小焊接受熱區(qū)域，變形會因之減小。冷卻方法有多種，有時可將焊縫四周的焊件都浸在水中。

2.3.5 預熱法

把焊件預先加熱到一定的溫度 （一般150℃～350℃），然后再焊接。 預熱的目的是使焊接部分金屬和周圍基本金屬的溫度差比較接近，可以均勻的同時冷卻，以減少焊件的內(nèi)應(yīng)力。 對于易裂的焊接材料及修補剛性較大的焊件的裂縫，通常應(yīng)用此法。

2.3.6 回火法

對焊接結(jié)構(gòu)進行回火處理，是消除內(nèi)應(yīng)力最好的一種方法?；鼗饻囟纫话阍?00℃～600℃左右。 在這種溫度下，金屬的屈服極限已經(jīng)降低到最低值，金屬具有很大的塑性，原有的內(nèi)應(yīng)力在產(chǎn)生了一定的塑性變形后就會完全消失。 但在進行這種工作時，要注意結(jié)構(gòu)的均勻加熱和冷卻，否則可能引起更嚴重的應(yīng)力。 大構(gòu)件的加熱速度不應(yīng)超過25～60℃/h，冷卻時，應(yīng)隨爐一起冷卻到50℃左右，才可以從爐內(nèi)取出。

3 槳葉的彎曲矯正

3.1 彎曲矯正方法

槳葉的彎曲矯正方法可分為錘擊動載法和用千斤頂壓重載等緩慢矯正法。根據(jù)加熱狀態(tài)，又可分為動載冷態(tài)矯正法和動載熱態(tài)矯正法。 動載冷態(tài)矯正法溫度小于200℃，能防止擊傷葉面，適用于槳葉邊緣彎曲部位厚度小于20 mm 時的矯正，但其工作量大。 動載熱態(tài)矯正法相應(yīng)的工作量小，速度快，但需保證高溫均衡，溫度需保持在550℃～760℃，并且此方法修復的槳葉容易發(fā)脆，需要二次回火。

3.2 彎曲矯正注意事項

（1）動載冷態(tài)矯正法可在任何希望的溫度下使用。 但是，經(jīng)過壓力矯正后的螺旋槳，應(yīng)進行熱處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。 （2）動載熱態(tài)矯正法一般需要加熱到銅合金的再結(jié)晶溫度以上，用此法矯正應(yīng)注意溫度的變化，矯正必須在金屬透明狀態(tài)下或錘擊時沒有清脆的金屬聲。（3）經(jīng)過焊補、矯正修復的螺旋槳，一般應(yīng)進行校正，測量螺距直徑，并進行靜平衡試驗，以便保證螺旋槳的修復質(zhì)量。

4 結(jié)語

由于黃河含泥沙量大，在水文測量工作中，機動測量船舶的螺旋槳容易損壞。 若能及時對損壞的螺旋槳進行修復，不僅可以減少測船的停泊時間，提高其工作效率，還可以減少測船的運行費用。 在對船用銅質(zhì)螺旋槳進行焊接修復時，可以通過選擇合理的裝焊順序、焊接順序和采取相應(yīng)的技術(shù)措施，來減少焊接應(yīng)力變形，從而快速、高質(zhì)量地完成修復工作。

[1] 席龍飛，馮恩德. 船舶設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 武漢：武漢造船工程學會編輯部，1985：289-407.

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