摘 要：針對(duì)粵西某電廠脫硫濕式球磨機(jī)空心軸軸頸磨損深度約5 mm的情況，技術(shù)人員綜合比較了國(guó)內(nèi)幾種常用的大型軸頸修復(fù)工藝，因施工條件限制以及軸頸磨損過(guò)深，幾種修復(fù)工藝均不適用于該項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)分析研究，探索出該項(xiàng)目適合采用手工電弧焊修復(fù)的工藝并成功實(shí)施，為類(lèi)似大型空心軸軸頸磨損修復(fù)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：球磨機(jī);空心軸;軸頸磨損;修復(fù)

1 項(xiàng)目背景

粵西某電廠脫硫系統(tǒng)濕式球磨機(jī)由克萊德貝爾格曼供貨，2018年4月發(fā)現(xiàn)其入口軸承跑內(nèi)圈，塞尺測(cè)量軸承與軸裝配位置間隙4～5 mm，因此需對(duì)其入口中空軸進(jìn)行修復(fù)處理。技術(shù)人員對(duì)比了國(guó)內(nèi)幾種大型軸頸修復(fù)工藝，通過(guò)分析比較并結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)因施工條件限制以及軸頸磨損過(guò)深，這幾種修復(fù)工藝均不適用于本項(xiàng)目，所以決定針對(duì)本項(xiàng)目特點(diǎn)，依托自身檢修力量開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，探索出一種采用手工電弧焊修復(fù)的工藝對(duì)空心軸進(jìn)行修復(fù)。本項(xiàng)目實(shí)施后，修后設(shè)備各運(yùn)行參數(shù)均達(dá)優(yōu)良值，設(shè)備保持長(zhǎng)周期正常平穩(wěn)運(yùn)行，取得了顯著成效。

2 各種修復(fù)工藝對(duì)比研究

脫硫濕式球磨機(jī)空心軸直徑為750 mm，壁厚97.5 mm，空心軸與大端蓋為整體鑄造成型，大端蓋直徑2 800 mm。報(bào)告顯示空心軸硬度為HB135。軸頸磨損量約5 mm。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)比研究了對(duì)目前國(guó)內(nèi)常用的幾種修復(fù)工藝。

2.1? ? 高分子納米材料修復(fù)工藝

高分子納米材料是由航空級(jí)樹(shù)脂、納米無(wú)機(jī)材料和高性能碳材料、纖維等先進(jìn)材料通過(guò)聚合工藝生成的一種高科技納米新型材料，該材料最大的優(yōu)點(diǎn)在于粘結(jié)強(qiáng)度高、綜合力學(xué)性能好、抗腐蝕、易于成型、可加工等，且對(duì)修復(fù)厚度沒(méi)有要求。高分子納米材料修復(fù)工藝施工簡(jiǎn)單且不用拆卸大端蓋，可直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)，施工工期短。修復(fù)過(guò)程不產(chǎn)生熱量，不會(huì)造成空心軸變形，費(fèi)用相對(duì)較低。前述空心軸于2017年曾出現(xiàn)磨損故障，采取了該工藝修復(fù)，但修復(fù)完的設(shè)備投運(yùn)不足一年就又出現(xiàn)納米材料破碎造成軸承損壞的問(wèn)題。該工藝不夠成熟，耐沖擊性能差，不適用于球磨機(jī)空心軸這種重負(fù)載運(yùn)行的工況。

2.2? ? 激光熔覆修復(fù)工藝

激光熔覆修復(fù)工藝是一種表面強(qiáng)化技術(shù)，以激光熔覆為修復(fù)技術(shù)平臺(tái)，以金屬粉末為材料，在修復(fù)部位逐層熔覆，之后對(duì)其進(jìn)行機(jī)加工[1]。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是激光熔覆焊材與基體熔合強(qiáng)度高，耐磨性好，修復(fù)質(zhì)量有保證。激光熔覆對(duì)基體產(chǎn)生的熱量較少，空心軸在修復(fù)過(guò)程中升溫不超過(guò)80 ℃，產(chǎn)生的熱應(yīng)力少不易變形。但該工藝也存在激光熔覆機(jī)工作時(shí)要噴射金屬粉末焊材進(jìn)行熔焊，焊機(jī)只能在焊接體上方作業(yè)，無(wú)法進(jìn)行仰焊作業(yè)的問(wèn)題。在軸修復(fù)時(shí)，焊機(jī)固定，將軸盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)軸進(jìn)行圈周補(bǔ)焊，但球磨機(jī)軸頸修復(fù)需拆除軸承，筒體無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，故該工藝無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。此外，修復(fù)厚度過(guò)厚，質(zhì)量不容易控制，加上用該工藝修復(fù)的費(fèi)用較高，機(jī)加工難度大，因此不適用于本項(xiàng)目。

2.3? ? 脈沖閃焊修復(fù)工藝

脈沖閃焊就是利用脈部閃焊設(shè)備發(fā)出的可控脈沖電流（實(shí)際上是一種脈況電能）在補(bǔ)材與工件修復(fù)面接觸處0.5～1.0 mm，由于接觸電阻而在瞬間將補(bǔ)材加熱并與工件修補(bǔ)部位的基材熔（焊）合在一起而形成焊補(bǔ)層，從而達(dá)到修復(fù)目的。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有熱輸入小，可避免因熱輸入大而使工件基體材質(zhì)產(chǎn)生熱影響區(qū)和尺寸變形;結(jié)合強(qiáng)度高，幾乎與堆焊和噴焊的結(jié)合強(qiáng)度相當(dāng)[2]。缺點(diǎn)是設(shè)備較大，不易操作;修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，加工效率低，且大面積磨損修復(fù)難度較大等;對(duì)深度超過(guò)5 mm的工件修復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，多層焊接質(zhì)量難以保證。由于本項(xiàng)目空心軸的磨損深度已超過(guò)5 mm，因此該工藝不適用于本項(xiàng)目。

其余的還有摩擦電噴鍍修復(fù)工藝[3]、熱噴焊修復(fù)工藝、微弧焊修復(fù)工藝等，這些修復(fù)工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，但大多都存在需要修復(fù)工件能轉(zhuǎn)動(dòng)，或修復(fù)的厚度不能太厚等問(wèn)題。本項(xiàng)目的空心軸軸頸是套裝軸承的部位，軸承已損壞需拆除，空心軸無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，只能就地修復(fù)或拆下大端蓋，裝在專(zhuān)用工裝上轉(zhuǎn)動(dòng)修復(fù)。但大端蓋的直徑為2 800 mm，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，施工難度較大。大部分修復(fù)工藝的修復(fù)厚度達(dá)不到5 mm，若修復(fù)厚度過(guò)厚則質(zhì)量難以保證，且費(fèi)用也較高。

綜合考慮，上述幾種工藝均不適用于本項(xiàng)目，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員決定立足于自身的技術(shù)力量探索新的修復(fù)工藝。

3 本項(xiàng)目的特點(diǎn)和方案研究

本項(xiàng)目有以下3個(gè)特點(diǎn)：（1）軸頸磨損深度達(dá)5 mm，遠(yuǎn)超一般大型軸頸所需的修復(fù)厚度。（2）球磨機(jī)的運(yùn)行工況對(duì)耐沖擊要求較高，修復(fù)焊材與軸頸的結(jié)合度要好。（3）球磨機(jī)筒體的轉(zhuǎn)速較低，只有21.06 r/min，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或汽輪機(jī)大軸相比，轉(zhuǎn)速低得多，對(duì)加工精度的要求沒(méi)有那么高。技術(shù)人員經(jīng)研究和論證決定本項(xiàng)目采用手工電弧焊修復(fù)工藝進(jìn)行修復(fù)。手工電弧焊修復(fù)工藝的優(yōu)點(diǎn)是焊材結(jié)合度好，修復(fù)效果有保證，且不受堆焊厚度的限制，適用于本次修復(fù)工作。經(jīng)過(guò)一些技術(shù)手段可以將加工精度控制在可接受范圍內(nèi)，不影響設(shè)備正常運(yùn)行。但該修復(fù)工藝很少有工程實(shí)例，有幾方面的技術(shù)問(wèn)題需要解決。

4 手工電弧焊堆焊工藝的技術(shù)難點(diǎn)

（1）需保證焊接質(zhì)量，確保手工電弧焊修復(fù)后達(dá)到空心軸的質(zhì)量要求。（2）手工電弧焊產(chǎn)生的熱量較大，空心軸會(huì)形成較大的熱應(yīng)力。而且空心軸的尺寸較大，壁厚較厚，空心軸受熱過(guò)大形成熱應(yīng)力后容易發(fā)生變形。（3）需將大端蓋拆下進(jìn)行堆焊及車(chē)削，在回裝時(shí)要保證進(jìn)出口軸的同心度，否則會(huì)使球磨機(jī)筒體進(jìn)出口不同心而產(chǎn)生跳動(dòng)，使設(shè)備振動(dòng)過(guò)大而無(wú)法投運(yùn)。

5 施工方案制訂及實(shí)施

（1）為保證焊接質(zhì)量和避免焊接過(guò)程熱應(yīng)力過(guò)大使空心軸變形，采用了以下施工工藝：1）用砂輪機(jī)及金屬磨頭消缺。首先將原納米高分子修復(fù)層全部去除，表面打磨后經(jīng)光譜檢驗(yàn)，確定修復(fù)層全部打磨消除后，再把表面修復(fù)平整。2）對(duì)堆焊區(qū)采用履帶式整體加熱方式，對(duì)外壁加熱。預(yù)熱溫度為200～250 ℃，保溫3～5 h，預(yù)熱范圍為堆焊區(qū)200 mm左右。禁止在空氣對(duì)流的場(chǎng)所進(jìn)行補(bǔ)焊。3）焊條為？準(zhǔn)4 mm，型號(hào)E5015，使用前經(jīng)350 ℃烘焙1 h，或按焊接條說(shuō)明書(shū)進(jìn)行烘焙，焊條烘焙后放在保溫桶中，隨用隨取。4）采用直流電焊機(jī)，反接法，電流130～160 A。5）焊接時(shí)，焊條不應(yīng)擺動(dòng)過(guò)大，應(yīng)分段、交錯(cuò)焊接，采用短弧、窄焊道多層焊。焊接時(shí)注意操作手法，防止產(chǎn)生夾渣氣孔缺陷，并與兩側(cè)本體圓滑相接，如需要多層多道焊時(shí)，填充層每焊接1/2～1根焊條，即停焊清渣。使用小手錘或風(fēng)鏟，先打掉焊縫藥皮，再對(duì)焊縫細(xì)密捶擊3個(gè)來(lái)回以松弛應(yīng)力，再接著焊接下一層，保證焊道不擺動(dòng)或擺動(dòng)幅度較小，捶擊時(shí)先捶擊焊道中間再捶擊焊道邊界，蓋面層不需要捶擊。層間溫度低于預(yù)熱溫度下限后，應(yīng)停焊再次加熱達(dá)到預(yù)熱溫度后才可以繼續(xù)焊接。焊接時(shí)空心軸內(nèi)部要填滿(mǎn)保溫，以減緩溫度的降低速度。蓋面層焊縫略高于大軸表面1～2 mm，以保證有加工余量。6）補(bǔ)焊過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)裂紋及缺陷，應(yīng)徹底清除后方可繼續(xù)補(bǔ)焊。7）空心軸堆焊后必須立即進(jìn)行焊后熱處理，采用履帶式加熱方法對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行整體加熱，考慮到空心軸表面精度或脫碳影響使用，回火溫度應(yīng)適當(dāng)降低，因此對(duì)焊接區(qū)加熱可采用兩種方法：一是500～550 ℃保溫2 h，二是350～400 ℃保溫6 h。8）焊后補(bǔ)焊區(qū)域的硬度應(yīng)不高于原母材硬度的40%，焊縫表面著色探傷Ⅱ級(jí)合格。9）把焊接后的空心軸送車(chē)床進(jìn)行粗加工后再進(jìn)行表面探傷，合格后再進(jìn)行精加工。10）對(duì)空心軸進(jìn)行堆焊的過(guò)程中用百分表多次測(cè)量偏心度，若某方向偏心度過(guò)大即減慢堆焊速度或停止堆焊，或采用在對(duì)面的相應(yīng)位置堆焊的方式進(jìn)行調(diào)整。焊接完成并且熱處理完畢后再次仔細(xì)測(cè)量，確認(rèn)最終偏心值。上車(chē)床加工時(shí)也在水平方向和垂直方向用兩塊百分表進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)粗車(chē)后再進(jìn)行精加工，確保加工后空心軸偏心度在可接受范圍內(nèi)。（2）對(duì)回裝進(jìn)出口大端蓋同心度調(diào)整采用了如下施工方案：1）在拆卸大端蓋前將大端蓋均分為八等份，以筒體邊沿為基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量筒體邊沿與大端蓋側(cè)面的偏差值，做好記錄。2）分析球磨機(jī)筒體和前后大端蓋的結(jié)構(gòu)，找準(zhǔn)安裝測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。3）回裝大端蓋時(shí)采用帶錐度的螺桿對(duì)大端蓋的同心度進(jìn)行初步調(diào)整?；匮b到位后再次測(cè)量原8個(gè)點(diǎn)筒體與大端蓋邊沿的偏差值，并與拆卸前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。數(shù)據(jù)不同的根據(jù)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行微調(diào)，直至調(diào)整后的偏差數(shù)值與原數(shù)值相符。4）利用4個(gè)百分表測(cè)量軸向及徑向跳動(dòng)值，超標(biāo)的應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，保證齒圈的中心位置正確。大齒輪徑向跳動(dòng)不超過(guò)0.4 mm，軸向跳動(dòng)不超過(guò)0.4 mm。5）調(diào)整大齒輪圈與小齒輪的齒頂間隙和齒側(cè)間隙直至符合規(guī)程要求。

6 項(xiàng)目實(shí)施效果

按照施工方案嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工藝要求，對(duì)空心軸進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)后的檢測(cè)表面硬度符合要求，表面著色探傷檢查合格。車(chē)床粗加工和精加工后表面金屬粗糙度達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)出口空心軸同心度調(diào)整后符合要求，回裝大端蓋后調(diào)整各數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求。整機(jī)修后試運(yùn)時(shí)進(jìn)出口軸承振動(dòng)值最大不超過(guò)0.02 mm/s，優(yōu)于指標(biāo)0.15 mm/s。設(shè)備修后已投運(yùn)兩年多，設(shè)備狀況良好，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

7 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不適合采用國(guó)內(nèi)較普遍使用的修復(fù)工藝，故根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，立足自身技術(shù)力量，研究出一套修復(fù)質(zhì)量?jī)?yōu)良且成本低、工期短的修復(fù)工藝，打破了球磨機(jī)大型空心軸必須外委修復(fù)的技術(shù)壟斷。本項(xiàng)目采用傳統(tǒng)的手工電弧焊修復(fù)工藝，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，克服了對(duì)空心軸補(bǔ)焊易產(chǎn)生熱應(yīng)力引起變形的技術(shù)難題。同時(shí)研究出回裝大端蓋調(diào)整同心度的施工方案，設(shè)備投運(yùn)后各參數(shù)達(dá)到優(yōu)良值，且保證了設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，項(xiàng)目取得了成功，為修復(fù)脫硫濕式球磨機(jī)大型空心軸提供了經(jīng)驗(yàn)。

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收稿日期：2021-01-21

作者簡(jiǎn)介：劉毅（1977—），男，廣東湛江人，鍋爐工程師，研究方向：火力發(fā)電廠環(huán)化設(shè)備檢修管理。