胡 俊（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

大型回轉(zhuǎn)類設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)介紹

胡 俊
（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

激光修復(fù)是目前國內(nèi)一種新型的表面處理技術(shù)，但基本上都需要將待修復(fù)設(shè)備拆卸運(yùn)輸至專業(yè)廠家進(jìn)行修復(fù)。介紹了關(guān)于大型軸頸類設(shè)備由于運(yùn)輸困難、拆裝工期長(zhǎng)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的情況下，提出并解決了現(xiàn)場(chǎng)激光修復(fù)的應(yīng)對(duì)措施，在國內(nèi)大型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)尚屬首次，對(duì)大型軸頸類現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)具有很好的參考價(jià)值。

主軸；激光；熔覆；支撐工裝；加工工裝

1 引言

貴溪冶煉廠選礦車間任務(wù)是處理銅冶煉閃速爐爐渣，回收爐渣中的銅。1#半自磨機(jī)于2007年投產(chǎn)，是選礦車間的核心設(shè)備。該設(shè)備每小時(shí)處理量達(dá)120t爐渣，設(shè)備自重加礦石和磨礦用鋼球，總重量達(dá)350余t，設(shè)備運(yùn)行時(shí)筒體內(nèi)部物料產(chǎn)生偏心力及鋼球拋落沖擊力，因此，該設(shè)備運(yùn)行存在很大的沖擊變載荷。2011年11月份，1#半自磨機(jī)在運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)周期性強(qiáng)烈震動(dòng)，經(jīng)解體檢修出口主軸承座，發(fā)現(xiàn)軸承座有開裂、磨損，軸承外圈斷裂，初步判斷故障為出口軸承內(nèi)圈與主軸過盈量不夠，長(zhǎng)期運(yùn)行后造成它們之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致主軸過度磨損。若半自磨機(jī)故障停止運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，銅冶煉生產(chǎn)出的大量爐渣將無場(chǎng)地堆放，直接導(dǎo)致工廠降料或者停產(chǎn)。為了不影響工廠生產(chǎn)，臨時(shí)采取在主軸上面粘貼銅皮來補(bǔ)償主軸過度磨損部分，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)磨機(jī)又出現(xiàn)周期性強(qiáng)烈震動(dòng)，解體檢修發(fā)現(xiàn)銅皮出現(xiàn)移位、擠出現(xiàn)象，從2011 年11月至2013年底，共臨時(shí)采取在主軸上面粘貼銅皮的檢修4次，因此必須要尋找方法徹底解決主軸過度磨損的問題。因主軸與端蓋是整體部件無法拆分，直徑約7.5m，高3.5m，總重量約60t，體積龐大運(yùn)輸非常困難，拆除，運(yùn)輸，送維修廠家修復(fù)，安裝等過程初略估計(jì)一個(gè)多月，顯然無法滿足生產(chǎn)上的要求。經(jīng)過與國內(nèi)多家單位咨詢，選定其中一家實(shí)力強(qiáng)、愿意到現(xiàn)場(chǎng)采用激光修復(fù)的廠家。

2 激光熔覆原理及優(yōu)點(diǎn)

激光熔覆是利用激光束聚焦能量極高的特點(diǎn)，瞬間將特殊金屬粉末熔化，同時(shí)使基體表面微熔，激光離去后熔化的基體及金屬粉末快速凝固，獲得與基體為冶金結(jié)合的金屬熔覆層，此種方式可恢復(fù)零件表面幾何尺寸［6］。激光熔覆輸入熱能量極高（溫度高達(dá)5500℃），但基材溫度不超過80℃；故零部件熔覆修復(fù)后只產(chǎn)生小變形、微變形甚至無變形，這是其他表面焊接技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)的；熔覆層在基材表面產(chǎn)生微熔，屬于冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，不低于原基材的90%；激光熔覆技術(shù)可對(duì)局部失效或受損的部件基體表面進(jìn)行性能和功能補(bǔ)償，使該部件恢復(fù)甚至提升原有的性能和功能，大大提高和延長(zhǎng)部件的使用壽命［5］。

3 激光熔覆工藝

按照不同的合金材料供應(yīng)方式，能夠?qū)⒓す馊鄹补に嚪譃橥椒ê皖A(yù)置法兩類。

（1）預(yù)置法。

預(yù)置法是指在基材表面預(yù)先放置待熔覆的合金材料，通過高能激光束覆蓋并輻照基材表面，讓部分基材和合金覆蓋層同時(shí)熔化，激光束停止輻照以后，熔化的基材和合金會(huì)迅速凝固，從而在基材表面產(chǎn)生一層熔覆層良好的冶金結(jié)合。預(yù)置法通過手工的方式在基材表面涂覆合金粉末，具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。將粉末用粘合劑調(diào)成糊狀，在基材表面均勻涂抹，利用烘焙箱進(jìn)行干燥，并完成激光熔覆。但是，該方法效率低、工作量大，無法保證涂抹的均勻?！邦A(yù)處理基材待熔覆表面—清洗、打磨—熔覆材料預(yù)置—預(yù)熱—激光熔化—后熱處理”是預(yù)置法的主要流程。

（2）同步法。

同步法是指利用專業(yè)的送粉系統(tǒng)為激光作用輸送合金粉末，完成激光熔覆，合金材料和基體在激光作用下會(huì)一起熔化，形成熔池，當(dāng)溫度降低以后熔池中的熔融合金冷卻結(jié)晶轉(zhuǎn)化為與基材完全融合的合金熔覆層的方法。同步法具有工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、材料利用率高、自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方便、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。相較于預(yù)置法，同步法更利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的激光熔覆工藝，標(biāo)志著未來激光熔覆工藝的發(fā)展方向?！盁崽幚砘娜鄹脖砻妗す馊刍土稀鬅崽幚怼笔峭椒ǖ闹饕鞒蹋?］。本次激光修復(fù)采用同步法。

4 現(xiàn)場(chǎng)與返廠激光修復(fù)相比的難點(diǎn)和解決辦法

（1）超大超重型半自磨機(jī)熔覆回轉(zhuǎn)問題：若在激光修復(fù)廠家進(jìn)行維修，激光修復(fù)利用工廠的超大型機(jī)床設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)待加工部件回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一次性不間斷熔覆，可以精確測(cè)量熔覆厚度（控制加工余量），節(jié)約熔覆時(shí)所用的冶金粉末材料（價(jià)格昂貴）。但在現(xiàn)場(chǎng)不拆卸的情況下進(jìn)行熔覆時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)待修復(fù)件的回轉(zhuǎn)是本次修復(fù)的難點(diǎn)之一。因半自磨出口主軸修復(fù)的過程中，原有軸承及軸承座必需拆除，并用四個(gè)液壓千斤頂支撐并固定筒體，所以無法采用半自磨機(jī)配套的電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。然而在主軸修復(fù)過程中，又必須使半自磨機(jī)整體回轉(zhuǎn)才能對(duì)磨損部位進(jìn)行處理。為了克服半自磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)回轉(zhuǎn)問題，專門設(shè)計(jì)制作了臨時(shí)支撐工裝（圖1）代替原有軸承及軸承座。并提出改變?nèi)鄹补に嚕捎梅侄未罱尤鄹厕k法，加大加工余量（消耗的冶金粉末材料較多），使連續(xù)回轉(zhuǎn)變?yōu)殚g斷性回轉(zhuǎn)，因而可采用現(xiàn)場(chǎng)行車提升筒體側(cè)面，實(shí)現(xiàn)半自磨機(jī)按變更后的熔覆施工工藝需要實(shí)現(xiàn)間斷性旋轉(zhuǎn)。

圖1 支撐工裝

（2）主軸磨損表面車削去疲勞層加工及熔覆后精加工問題：若返廠修復(fù)，只需調(diào)整大型機(jī)床的進(jìn)刀量能很好的保證主軸的圓柱度及加工精度。而在現(xiàn)場(chǎng)車削加工，首先因大型加工車床體積重量無法運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，其次現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，不具備安裝超大型車床。因此為了實(shí)現(xiàn)狹小的現(xiàn)場(chǎng)工況專門設(shè)計(jì)制作了如下的加工工裝，安裝上驅(qū)動(dòng)裝置，就相當(dāng)于車床。如圖2所示。

圖2 加工工裝

（3）精加工時(shí)主軸同軸度的保證：返廠修復(fù)時(shí)利用機(jī)床的定位基準(zhǔn)很容易保證加工尺寸及粗糙度等要求。而此次現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，通過使用兩只百分表以圓柱體形式分布在待修復(fù)磨損部位兩處損傷程度較小處進(jìn)行粗調(diào)找中。直到粗調(diào)加工工裝主軸軸線接近于筒體軸線。借用筒體另一端為安裝基準(zhǔn)，找中加工工裝，以紅外射線找中（加工工裝主軸兩端有同心小孔）。微調(diào)斜楔撐緊機(jī)構(gòu)使紅外射線同時(shí)穿過軸線及找中加工工裝中心點(diǎn)。達(dá)到三點(diǎn)一線的目標(biāo)。

（4）半自磨主軸1∶12的錐度實(shí)現(xiàn)：為了保證軸頸本身1∶12的錐度，將手動(dòng)絲桿軸向行走（圖2中的加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)平行于軸部分）設(shè)計(jì)為1∶12錐度。使加工工裝在車削加工過程中刀具軸向運(yùn)動(dòng)軌跡與中心軸軸線成1∶12錐度。

5 現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)工藝過程

（1）設(shè)計(jì)制作的臨時(shí)支撐工裝支撐磨損端主軸，支撐工裝端面安裝輔助防竄動(dòng)擋板。

（2）安裝調(diào)整加工工裝，粗車表面裂紋和磨損部位。

（3）車削疲勞層，確定熔覆層厚度尺寸（適當(dāng)放大加工余量）。

（4）機(jī)器人進(jìn)行激光熔覆，并用游標(biāo)卡尺測(cè)量熔覆厚度［4］。

（5）達(dá)到需要熔覆厚度后進(jìn)行探傷檢測(cè)，要求無裂紋、縮孔及其他夾雜等缺陷［4］。

（6）以軸頸端蓋端面為基準(zhǔn)，安裝加工工裝，用24個(gè)M24固定螺絲和4個(gè)定位調(diào)節(jié)部件在內(nèi)腔預(yù)張緊，使用斜楔機(jī)構(gòu)調(diào)整做進(jìn)一步的調(diào)整緊固。

（7）啟動(dòng)加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)切削銑刀，調(diào)整手動(dòng)絲桿到切削位置；每一次徑向走刀量控制在0.2mm。

（8）精加工后使配合尺寸的過盈量控制在0.90mm（原裝過盈量為0.87mm）。

6 激光熔覆過程中應(yīng)注意的問題

（1）確定選用激光熔覆材料的組成，使基體和熔覆材料性能要接近。通過加工前后對(duì)比可以觀察到熔覆材料的抗氧化性、耐腐蝕性、耐磨性等性能優(yōu)于基材［2］。

（2）盡量要求均勻、連續(xù)進(jìn)行熔覆，抑制殘余應(yīng)力的形成和增強(qiáng)，減少或控制熔覆層裂紋產(chǎn)生。

（3）同步法熔覆基體表面, 粉末的固態(tài)流動(dòng)性要好。熔覆材料的造渣、脫氧能力要強(qiáng)，熔覆涂層要均勻、平滑，基體和熔覆材料的濕潤性要好。材料表面張力會(huì)影響濕潤性和流動(dòng)性，表面張力越小，流動(dòng)性能越好［3］。

（4）半自磨主軸激光修復(fù)完成后，安裝前在主軸激光修復(fù)部位涂紅丹粉試裝，通過試裝軸承，保證軸承與軸的接合面。

7 結(jié)語

通過貴溪冶煉廠選礦車間1#半自磨機(jī)出口端主軸過度磨損部件的激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，解決了大型設(shè)備關(guān)鍵部件送外檢修難、檢修時(shí)間長(zhǎng)的難題，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性，為大型回轉(zhuǎn)類設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過近三個(gè)月的運(yùn)行觀察，1#半自磨機(jī)運(yùn)行的參數(shù)如溫度和振動(dòng)均在允許的范圍內(nèi)，本次檢修達(dá)到了恢復(fù)設(shè)備的性能的目的。

［1］楊寧. 激光熔覆工藝及熔覆材料進(jìn)展[J]. 銅業(yè)工程, 2012:2-3.

［2］楊永強(qiáng), 田乃良. 激光熔覆高溫合金及其應(yīng)用[J]. 中國激光, 1995, 22(8):632-635.

［3］閆忠琳, 葉宏. 激光熔覆技術(shù)及其在模具中的應(yīng)用[J]. 激光雜志, 2006, 27(2):73-74.

［4］關(guān)振中. 激光加工工藝手冊(cè)[M]. 北京:中國計(jì)量出版社, 1998.

［5］陶錫麟, 潘鄰. 激光熔覆用鈷基合金粉末的研究[J]. 材料保護(hù), 2002, 35(10):28-29.

［6］劉錄錄. 激光熔覆技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 熱加工工藝, 2007:1-3.

Introduction on Site Repair of Large Rotary Equipment

HU Jun
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Laser repair is currently a new surface treatment technology, but basically all equipment which needs to be repaired should be disassembled and transported to the professional manufacturer for repair. In this article, due to the transport difficulties, long term for disassembly which affected the production seriously for large shaft neck equipment, the measures of site laser repair are put forward and solves. It is the first time for domestic large-scale equipment repair on site, which has a very good reference value for large scale shaft neck field repair.

spindle；laser；laser cladding；support tooling；processing tool

TD453

B

1009-3842（2015）03-0075-03

2015-01-23

胡俊（1985-），男，湖北孝感人，本科，從事工程管理和預(yù)決算工作。E-mail:234442927@qq.com