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轴承知识
立磨减速机输出轴花键在线修复
王守锁,王晓伟,庞朝兴,白东文,贠海坤
(金隅冀东水泥(唐山)有限责任公司唐山分公司)
摘 要:立磨减速机输出轴花键及相配合的齿套齿面出现磨损、裂缝及局部断裂等问题,拆装更换费用较高,通过在线堆焊对其进行修复,既节约资金又达到了正常使用的效果。
关键词:立磨;减速机;花键齿;磨损;裂缝;在线修复
1 概述
我公司二线原料立磨为1996年引进丹麦史密斯的ATOX.R-50型立磨,立磨减速机型号TTVL3980A,输入功率4000kW,输入转速995r/min,速比1∶40.36,其结构示意见图1。
立磨减速机输出轴花键及齿套齿面长期使用出现较大程度损伤,共计72套齿齿面均存在2~3mm磨损,从而导致配合出现约3mm的相互错位移动,配合间隙超标,且花键齿已断裂或裂缝共计10处(见图2),齿套齿断裂或裂缝共计16处,严重影响设备安全正常使用。
此减速机为史密斯ATOX50立磨首批配套减速机,属平行轴式结构,整体体积及重量较大,整体抽出进行解体更换损坏输出轴难度极大,且修复工期长、费用高,同时对各级齿轮啮合调整恢复技术风险大,综合分析决定对减速机输出轴花键齿实施现场堆焊及工装专用铣床修形修复,齿套齿离线熔敷及机加工修复方案。
图1 ATOX50立磨减速机结构
图2 输出轴花键齿面损坏情况
2 修复方案设计
(1)对于减速机输出轴花键齿面进行现场手工堆焊,需对部件进行预热及保温等,根据减速机相关图纸核实,输出轴下部装配组件含有上轴瓦、大齿圈及下轴瓦,花键焊接预热及保温热量传导到上轴瓦位置,输出轴在此部位的热膨胀量可能会损坏轴瓦,存在输出轴热膨胀损坏轴瓦的风险,下部大齿圈及下轴瓦组件远离花键修复区,必要时可以通过冷却手段控制下部大齿圈及下轴瓦组件与输出轴的温度,避免因为温度过高导致轴瓦烧毁,最终采取将减速机整体抽出至立磨壳体外部,对减速机输出法兰、输出轴上轴瓦进行拆除以解决热量传递造成轴瓦损坏的问题,亦可增大现场修复的操作空间。
(2)减速机输出轴母材材质为30CrNiMo8(原图纸标注),可焊性较差。经综合分析,决定采用药芯焊丝气体保护堆焊,焊接质量控制重点包括:①堆焊材料选用梯度材料,即过渡层+工作层方式;②修复时采用双人对称焊接以控制焊接变形;③采用超高能高频消应力方式逐层去除焊接应力。
(3)减速机输出轴花键齿共计72个,除部分齿断裂或裂缝外,每个齿工作面磨损约2~3mm,堆焊后的修形工作量大,同步必须保证齿位及齿廓等齿形的修复精度,经多方面研究,采取对此花键齿修形研制组装专用小铣床,安装固定在输出轴顶部,对72个齿进行现场机加工,不仅可保证齿形精度,还可提高工作效率。
(4)对于相配合的齿套,在减速机输出法兰拆除后,再行单独拆除,在上述期间实施离线激光熔敷及机加工修复方案(以下不再赘述)。
3 输出轴花键齿面焊接工艺
3.1 减速机输出轴母材材质分析
母材30CrNiMo8钢系中碳调质高强钢,钢的Ceq值高达0.95%,可焊性较差,当Ceq≥0.4%,冷裂纹敏感性将增大,焊接时容易产生焊接裂纹和淬硬组织。
3.2 母材可焊性分析
3.2.1 热裂纹
母材金属中含碳量高,结晶温度区间宽,容易出现偏析,因此对结晶裂纹比较敏感,焊接时容易在弧坑及焊缝中凹下部位开裂。为防止产生热裂纹,要求采用低碳钢焊丝,一般焊丝含碳量<0.15%。
3.2.2 冷裂纹
母材的成分和淬火透性,都决定了它在快速冷却时极易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织。焊接时为防止冷裂纹必须提高预热温度,焊后及时进行去应力处理。
3.2.3 焊接材料选择
根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能,焊材的选择应保证其力学性能,且不应超过母材的抗拉强度上限,综合考虑选用焊接材料焊接材料牌号:过渡层(NiMo11G)、工作层(Fluxofil42)。
3.2.4 堆焊后硬度匹配
母材硬度HB270,Fluxofil42焊材堆焊后硬度HB266,可用于堆焊承受载荷大的花键齿面。
3.3 焊接工艺
3.3.1 焊前准备
(1)PT探伤,确定裂纹走向及位置。
(2)气刨前,待刨部位预热80~100℃,保温0.5h。气刨要平整,边缘处要圆滑过渡,气刨成U型坡口,打磨彻底清除渗碳层。
(3)将花键齿面用角向砂轮机整体打磨1.5~2mm,去除硬化层。
3.3.2 焊接
(1)预热:焊前预热采用局部加热方式,加热装置采用LWK-180型电加热温度控制设备,用履带式加热片局部加热待焊部位,加热片外包覆硅酸盐保温材料。工件预热温度≥350℃,并持续保持,焊接层间温度不低于预热温度。
(2)焊接方式采用混合气体保护焊,混合气体:80%Ar+20%CO2。
(3)为防止工件变形,双人对称操作,焊接时需采用小线能量的方式焊接,断续焊,焊接电流90~110A,单层焊道不大于2mm。
(4)焊接工艺参数:过渡层焊接I=90~110A,U=20~22V;工作焊接I=120~150A,U=22~24V。
(5)采用超能高频消应力设备逐层消除焊接应力,防止裂纹萌生同时控制焊接变形。通过超能高频消应力处理,能够消除焊趾处的微小裂纹及熔渣缺陷,降低焊趾处应力集中,同时产生理想的压应力状态。
(6)焊接时,注意与母材充分熔合,随时观察是否存在气孔、夹渣等焊接缺陷,若有则及时清除。
3.3.3 焊后热处理
焊接后热处理温度控制见图3。
图3 焊接后热处理温度控制
4 花键齿形在线加工及装配研磨
根据现场空间,将专用铣床设备经过调整现场加工齿面(见图4),将铣床固定在轴中心位置,用百分表的针头靠近花键齿齿根位置(此位置未焊接,为原始形状)调整好后,提前按图线切割制作宽体齿形样块进行齿形梯度检查,同步进行磁粉探伤检查,不得有裂纹、未熔合、夹渣等缺陷。加工完成后,在已离线机加工完毕的齿套及输出轴花键齿面涂抹红丹粉,进行手工配研,同时使用手动盘动减速机输入轴使花键轴与花键套贴合,此时使用塞尺测量间隙,使整体齿面配合与原始安装要求相近。
图4 调整后的铣床
5 修复效果
立磨减速机输出轴花键齿修复完成后,经探伤检测无缺陷,表面硬度值与原齿面硬度值相近(原始母材硬度HB270,堆焊后硬度HB266),花键齿与齿套配合间隙与原始安装间隙相差不大(见图5、图6、图7)。立磨目前已正常投产运行一年,检查各齿面无磨损及裂纹,齿面配合间隙正常,符合生产使用要求。
证明立磨减速机输出轴花键齿面修复成功。
图5 花键修复完成
图6 齿套修复完成
图7 配研修复完成
发布时间:2021-02-19


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