馮映科

摘要：2250熱軋粗軋萬(wàn)向軸是軋線的關(guān)鍵設(shè)備之一，然而長(zhǎng)期處于高負(fù)荷、重載荷的環(huán)境中運(yùn)行，易造成萬(wàn)向軸的叉頭部位磨損過(guò)大。目前針對(duì)叉頭磨損過(guò)大的情況，主要通過(guò)更換新的萬(wàn)向軸來(lái)解決問(wèn)題，造成生產(chǎn)成本的增加。由于激光熔覆材質(zhì)更加耐磨，通過(guò)激光熔覆方式，恢復(fù)萬(wàn)向軸叉頭原有孔位尺寸補(bǔ)償，延長(zhǎng)原有萬(wàn)向軸的使用壽命，提高設(shè)備的使用率，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，該修復(fù)方法具有可行性。

關(guān)鍵詞：萬(wàn)向軸;激光熔覆;修復(fù);生產(chǎn)效益

中圖分類(lèi)號(hào)：TG333.17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0100-02

0? 引言

冶金設(shè)備價(jià)格昂貴，且經(jīng)使用一定周期后，零部件磨損，部分功能失效，若更換新的零部件，采購(gòu)時(shí)間長(zhǎng)，且成本高。可通過(guò)綠色再制造的修復(fù)，恢復(fù)原有設(shè)備的功能，降低設(shè)備的使用成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)發(fā)展的必由之路之一[1]。

萬(wàn)向軸作為寶鋼2250熱軋線粗軋的主要傳動(dòng)設(shè)備，在熱軋生產(chǎn)線的緊湊布局中實(shí)現(xiàn)不在同一軸線上且兩軸線較大夾角下情況下動(dòng)力傳輸。

粗軋的附近都是高溫高濕的環(huán)境，萬(wàn)向軸負(fù)載較大。由于以上因素的影響，容易造成萬(wàn)向軸的叉頭磨損過(guò)大，從而造成萬(wàn)向軸在工作過(guò)程打滑、振動(dòng)等現(xiàn)象。張博等人針對(duì)萬(wàn)向軸叉頭微量磨損情況提出有效的解決方法[2]，其方法不適用在修復(fù)磨損量過(guò)大的萬(wàn)向軸，目前只能采用新制萬(wàn)向軸來(lái)替換，從而增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。在整根萬(wàn)向軸的制造過(guò)程中，叉頭的成本占其比例不超過(guò)15%，因此，通過(guò)修復(fù)叉頭部位，更換新的十字包與其配對(duì)，重新投入生產(chǎn)，修復(fù)成本低，修復(fù)后的叉頭耐磨性更好，符合國(guó)家節(jié)能減排的政策，綠色環(huán)保。

激光熔覆的表面具有良好冶金結(jié)合，并且稀釋母體成份低及變形量小。激光熔覆常作為冶金設(shè)備再制造修復(fù)的一種途徑之一[3]。董澤軍等人成功利用激光熔覆對(duì)軌梁廠的軋機(jī)牌坊進(jìn)行修復(fù)，取得良好的成效[4]。韓晨陽(yáng)等人對(duì)不銹鋼冷軋輥表面利用Ni60自熔性合金粉激光熔覆，分析激光熔覆各參數(shù)的影響，利用最佳的參數(shù)組合獲得最優(yōu)的修復(fù)效果[5]。詹臺(tái)凡亮等人以不同鐵基粉末作為打底層、過(guò)渡層和工作層，對(duì)42CrMo材質(zhì)的扁頭套工作表面進(jìn)行熔覆，結(jié)果表明熔覆層良好，扁頭套的修復(fù)質(zhì)量得到保證，有效提高扁頭套使用壽命[6]。裘偉峰等人通過(guò)激光熔覆在層流冷卻輥表面來(lái)提高輥?zhàn)拥氖褂脡勖芷?，兩年以上的使用壽命達(dá)到進(jìn)口件的使用時(shí)間指標(biāo)[7]。

因此，本文利用激光熔覆的方法修復(fù)萬(wàn)向軸叉頭，從綠色制造角度出發(fā)，闡述其修復(fù)的必要性。

1? 萬(wàn)向軸叉頭修復(fù)試驗(yàn)材料選用

萬(wàn)向軸叉頭的材質(zhì)是用合金結(jié)構(gòu)鋼34CrNi3Mo鍛造的，利用熱處理工藝手段提高叉頭的機(jī)械使用性能。其材料的化學(xué)成分為C：0.3%至0.36%、Mn：0.05%至0.8%、Si：0.3%至0.6%、Cr：0.9%至1.2%、Ni：1.5%至1.8%、Mo：0.35%至0.5%、P≤0.015%、S≤0.007%。由此可知，叉頭的材質(zhì)具有可焊性差和對(duì)裂紋敏感指數(shù)高的特點(diǎn)。

如圖1所示，萬(wàn)向軸的叉頭使用過(guò)后尺寸磨損嚴(yán)重，單邊磨損量出現(xiàn)大于1mm以上，磨損表面出現(xiàn)大大小的坑洼，必須恢復(fù)原有叉頭的形位尺寸方可恢復(fù)萬(wàn)向軸的使用功能。

2? 萬(wàn)向軸修復(fù)工藝流程

萬(wàn)向軸的修復(fù)工藝：先對(duì)萬(wàn)向軸的叉頭部分進(jìn)行拆解和清洗，接著磁粉探傷整個(gè)叉頭部位，鏜削修復(fù)部位疲勞層，然后激光熔覆，并鏜叉頭內(nèi)孔，最后修復(fù)后探傷。

2.1 拆解和清洗萬(wàn)向軸的叉頭

萬(wàn)向軸為SWP類(lèi)型萬(wàn)向軸，因此先拆卸萬(wàn)向軸叉頭上的螺栓，然后將法蘭側(cè)的叉頭分離，再分離十字包，最后將所有配件均解體完成。叉頭本體上遺留較多的干油，需要進(jìn)行清洗干凈后方可進(jìn)入探傷。

2.2 探傷萬(wàn)向軸的叉頭

萬(wàn)向軸的叉頭是萬(wàn)向軸受力的核心部位之一，運(yùn)行中反復(fù)受到較大的交變載荷，經(jīng)使用一段時(shí)間后在叉頭的表面容易產(chǎn)生裂紋源。為了保證修復(fù)后的叉頭可靠性，對(duì)其叉頭部位采用磁粉探傷，并按照J(rèn)B/T5000.15-2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.3 鏜削萬(wàn)向軸的叉頭

針對(duì)萬(wàn)向軸叉頭磨損的部位進(jìn)行鏜削，祛除表面磨損層和疲勞層，顯現(xiàn)出母材本體的金屬光澤，為了保證熔覆質(zhì)量，母體的光潔度在一定粗糙度范圍。

2.4 激光熔覆萬(wàn)向軸的叉頭

由于叉頭的材質(zhì)具有可焊性差和對(duì)裂紋敏感指數(shù)高的特點(diǎn)，因此采用鐵基牌號(hào)603作為本次激光熔覆的粉末。由于鐵基材料具有良好的熔覆性，因此采用一種材質(zhì)多層熔覆到位，保證一定的機(jī)械加工余量即可。其激光熔覆的粉末化學(xué)成份為C：0.07%、Mo：2%至2.5%、Ni：32%至36%、Cr：18%至22%、Si：0.9%至1.3%、B：0.7%至1.3%、Nb：0.8%至1.2%。

本次萬(wàn)向軸修復(fù)的激光熔覆設(shè)備功率為3kW;采用純度大于99.99%的氬氣為保護(hù)氣體，流量為13-25L/min;送粉量為5-7g/min，熔覆槍頭移動(dòng)的速度為1100-1200mm/min。激光熔覆前將粉末烘烤干燥，叉頭本體采用氧乙炔進(jìn)行加熱，并且防止過(guò)燒，叉頭預(yù)熱的溫度為130-150℃。為防止熔覆的缺陷出現(xiàn)，采用多層熔覆時(shí)保證層間溫度為170℃左右。叉頭激光熔覆操作如圖2所示。

2.5 鏜削萬(wàn)向軸的叉頭

十字包軸承外圓與叉頭的過(guò)盈量≤0.05mm，能保證萬(wàn)向軸運(yùn)行平穩(wěn)及壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)[2]，將檢測(cè)十字包軸承外圓尺寸，配鏜削叉頭的尺寸。先將叉頭用M20螺栓緊固，采用定力矩扳手三次緊固，保證叉頭緊固的可靠性。接著半精鏜和精鏜叉頭內(nèi)孔，保證主軸中心與叉頭孔位跳動(dòng)≤0.02mm。

2.6 修復(fù)后探傷萬(wàn)向軸的叉頭

因該萬(wàn)向軸的工作轉(zhuǎn)速低于500r/min，因此不需要做動(dòng)平衡，按照J(rèn)B/T5000.15-2007做無(wú)損探傷即可。

3? 萬(wàn)向軸叉頭修復(fù)的效果分析

經(jīng)修復(fù)后的萬(wàn)向軸與新制件有明顯的區(qū)別，本文主要從激光熔覆宏觀的效果、硬度和使用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面進(jìn)行分析，對(duì)激光熔覆萬(wàn)向軸叉頭的可行性做詳細(xì)的分析。

3.1 萬(wàn)向軸叉頭內(nèi)孔激光熔覆宏觀分析

如圖3所示，經(jīng)過(guò)激光熔覆2層熔覆的效果圖。從宏觀上觀察，激光增材層成形較為良好的表面，熔覆區(qū)域未出現(xiàn)孔洞、裂紋等外觀可視缺陷，熔覆的寬度較為穩(wěn)定，每層激光增材層較為均勻。

激光熔覆后的激光增材層經(jīng)鏜削表面，再進(jìn)行磁粉探傷，無(wú)發(fā)現(xiàn)裂紋，說(shuō)明熔覆的效果良好。

3.2 萬(wàn)向軸叉頭激光增材層硬度分析

為進(jìn)一步對(duì)激光熔覆后的硬度進(jìn)行分析，萬(wàn)向軸的激光增材層不同厚度做硬度分析，發(fā)現(xiàn)硬度均在32-34HRC范圍內(nèi)。從硬度檢測(cè)結(jié)果可知，鐵基粉末激光熔覆的硬度較為穩(wěn)定，取得良好的修復(fù)效果。

3.3 萬(wàn)向軸修復(fù)的經(jīng)濟(jì)效益分析

萬(wàn)向軸激光熔覆修復(fù)的周期7天，且修復(fù)的成本僅為新品的一半左右。因此，萬(wàn)向軸在經(jīng)濟(jì)效益的角度上占據(jù)了優(yōu)勢(shì)。修復(fù)好的萬(wàn)向軸在軋線上的使用壽命上與新品件等同。由此可見(jiàn)，通過(guò)激光熔覆修復(fù)好的萬(wàn)向軸在性價(jià)比方面更占據(jù)優(yōu)勢(shì)。圖4為修復(fù)好的萬(wàn)向軸圖。

4? 結(jié)束語(yǔ)

2250熱軋粗軋萬(wàn)向軸在叉頭磨損嚴(yán)重的情況下，通過(guò)激光熔覆的方式對(duì)叉頭內(nèi)孔的形位尺寸進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工恢復(fù)原有的尺寸要求，并且保證萬(wàn)向軸的叉頭內(nèi)孔硬度符合圖紙要求。修復(fù)后的萬(wàn)向軸使用壽命與新品一致，且在修復(fù)成品只占用新品價(jià)格的一半。在修復(fù)時(shí)間周期短和等同壽命上，證明激光熔覆修復(fù)萬(wàn)向軸的可行性和價(jià)值性，也符合綠色制造的理念，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建宏，王啟業(yè).冶金設(shè)備再制造技術(shù)應(yīng)用及分析[J].冶金設(shè)備，2021，2（1）：47-50.

[2]張博，劉暢.寶鋼1580熱軋產(chǎn)線粗軋主傳動(dòng)萬(wàn)向軸的修復(fù)技術(shù)[J].冶金設(shè)備，2017，4（2）：33-35.

[3]王凱弘，劉曉英.激光再制造技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021，01（上）：195-196.

[4]董澤軍，楊建鳴.利用激光熔覆技術(shù)修復(fù)軌梁廠軋機(jī)牌坊[J].包鋼科技，2020，46（6）：46-50.

[5]韓晨陽(yáng)，孫耀寧，王國(guó)建，等.不銹鋼冷軋輥激光表面修復(fù)工藝研究[J].應(yīng)用激光，2020，4：598-604.

[6]澹臺(tái)凡亮，田洪芳，顧振杰，等.鋼廠扁頭套激光增材再制造工藝及實(shí)驗(yàn)研究[J].熱噴涂技術(shù)，2018，10（4）：80-86.

[7]裘偉峰，呂艷春.層流冷卻輥激光熔覆修復(fù)及再制造技術(shù)[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021，04（上）：181-182.