0 引言

齒輪是風(fēng)電裝備的重要部件之一，風(fēng)電機(jī)組工作時(shí)，齒輪之間嚙合將動(dòng)力傳輸給發(fā)電機(jī)組。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不僅要承載整個(gè)設(shè)備高速啟動(dòng)時(shí)的巨大沖擊，此外齒輪與齒輪嚙合時(shí)有較大的摩擦運(yùn)動(dòng)，而且齒輪長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)得不到良好的潤(rùn)滑、維護(hù)，使得齒輪極易產(chǎn)生磨損，從而導(dǎo)致失效。然而磨損失效的齒輪只是輪齒部位的尺寸減小而無法正常嚙合，但是齒輪其他部位依然完好無損。如對(duì)這樣的齒輪不采取有效措施進(jìn)行修復(fù)而直接更換新的，這無疑會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)及高昂的生產(chǎn)成本。鑒于以上原因，決定對(duì)磨損失效的齒輪進(jìn)行再制造，而且對(duì)失效件的再制造復(fù)合國(guó)家倡導(dǎo)的“綠色再制造技術(shù)”要求

。

Combustion Failure Diagnosis of Marine Low Speed Diesel Engine Based on Fuel Consumption Rate

目前，失效齒輪的再制造方法主要有堆焊、噴焊等，但是這些方法都有不足之處。若采用堆焊耐磨焊絲的方法，雖然可以獲得質(zhì)硬、耐磨損的堆焊層，但易出現(xiàn)堆焊層與齒輪基層結(jié)合不良而脫落、堆焊層質(zhì)硬而難以加工出形狀復(fù)雜的等問題。若堆焊結(jié)構(gòu)鋼焊絲，雖可獲得與基層結(jié)合性能良好的修復(fù)層，但其硬度低、耐磨性差而達(dá)不到齒輪的使用要求。若采用噴焊的方法，盡管可以獲得高硬度、高耐磨性能及表面光潔不需后加工的齒輪，但是噴焊層厚度受到限制，無法修復(fù)磨損過深的齒輪。因此，在以上這些方法的基礎(chǔ)上提出了“堆焊過渡層+噴焊表面層”的試驗(yàn)方案，以完善齒輪再制造工藝。

1 再制造工藝

齒輪再制造主要分為過渡層的堆焊和表面層的噴焊兩大部分，具體流程為齒輪基材焊接性分析、焊接方法及焊接材料的選擇、焊接參數(shù)及熱處理參數(shù)的選擇、堆焊過渡層、機(jī)加工、噴焊表面層。

1.1 過渡層堆焊工藝

1.1.1 試驗(yàn)材料及焊接性分析

1.1.3 堆焊注意事項(xiàng)

試驗(yàn)材料為40CrNiMoA鋼，40CrNiMoA屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，碳當(dāng)量較高（Ceq=0.8左右），提高淬硬性的合金元素Cr、Mo含量較多，從而焊接時(shí)易出現(xiàn)冷裂、再熱裂紋等缺陷，嚴(yán)重時(shí)堆焊層與母材甚至?xí)冸x開來。為了避免這些缺陷的產(chǎn)生，焊接時(shí)應(yīng)該選擇較小的焊接線能量、低氫低匹配的焊接材料以及合適的預(yù)熱溫度、層間溫度、焊后熱處理溫度。此外，齒輪部位的堆焊修復(fù)不僅要滿足其尺寸要求，更重要的是堆焊層要具有足夠高的結(jié)合強(qiáng)度和沖擊韌性。

隨著全球經(jīng)濟(jì)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)化，數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的核心動(dòng)力，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的規(guī)模正在加速擴(kuò)大。越來越多的企業(yè)正在積極擁抱數(shù)字化，加速轉(zhuǎn)型升級(jí)，重塑競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。自2017年首次向中國(guó)市場(chǎng)推出ABB AbilityTM，ABB已為油氣石化、汽車、機(jī)械、鋼鐵、交通等行業(yè)的數(shù)十家企業(yè)提供了行業(yè)領(lǐng)先的數(shù)字化解決方案，支持用戶實(shí)現(xiàn)安全、高效的數(shù)據(jù)集成和分析，為用戶提高績(jī)效和生產(chǎn)效率提供深度洞見。

堆焊過程中，經(jīng)過大量試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)采用如表2所示的焊接參數(shù)時(shí)，可以得到飛濺較少，成形良好的焊縫，焊縫形貌如圖1所示。

對(duì)堆焊試樣進(jìn)行超聲波探傷，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。從堆焊試樣上切取沖擊、拉伸、彎曲等試驗(yàn)試樣并做相應(yīng)的試驗(yàn)，測(cè)出不同熱處理工藝下的堆焊試樣的相應(yīng)力學(xué)性能結(jié)果如表4。

綜合齒輪材質(zhì)焊接性及使用性能要求，選擇80%Ar+20%CO

的富氬氣體保護(hù)焊焊接方法和中高強(qiáng)度級(jí)別的結(jié)構(gòu)鋼焊絲ER69-1對(duì)其進(jìn)行堆焊，此工藝具有電弧穩(wěn)定、飛濺少、特別是焊縫中非金屬夾雜物少，從而焊縫具有較高的結(jié)合強(qiáng)度和沖擊韌性。母材、焊接材料化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。

當(dāng)各指標(biāo)的度量單位、數(shù)量級(jí)存在差異時(shí)，必須對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后再將各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析[17]。由于不同類型POI街區(qū)密度的數(shù)量級(jí)存在一定程度上的差異，因此為了便于比較分析，本文研究需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，抗拉強(qiáng)度最大的是1號(hào)試驗(yàn)，其次是6號(hào)試驗(yàn)，1號(hào)試驗(yàn)與6號(hào)試驗(yàn)的拉伸試樣如圖2所示。通過觀察圖2可以發(fā)現(xiàn)，1號(hào)試驗(yàn)的拉伸試樣斷裂在堆焊層一側(cè)，且斷口部位似脆性斷裂；而6號(hào)試驗(yàn)的試樣斷裂在母材一側(cè)，并且具有較明顯的頸縮現(xiàn)象?？估瓘?qiáng)度基本相同的試樣為什么一個(gè)屬于脆性斷裂而另一個(gè)則發(fā)生了明顯的塑性變形，究其原因?yàn)閮稍嚇拥乃苄跃哂休^大的差別。彎曲試驗(yàn)正好是反映材料塑性變形能力的，從表4中可以看出1號(hào)試驗(yàn)的彎曲角最小，6號(hào)試驗(yàn)的彎曲角最大。在焊接試驗(yàn)參數(shù)相同的情況下，兩組試驗(yàn)的塑形竟有如此之大的差距，其原因只可能為熱處理工藝參數(shù)的不同，1號(hào)試驗(yàn)的熱處理參數(shù)為250℃預(yù)熱、焊后空冷；6號(hào)試驗(yàn)為300℃預(yù)熱、焊后400℃回火，可見熱處理參數(shù)對(duì)焊縫力學(xué)性能有較大的影響，尤其是焊后回火熱處理工藝對(duì)焊縫的韌塑性的影響最為顯著。

1.1.2 試驗(yàn)工藝

1.2 噴焊表面層工藝

1.2.1試驗(yàn)材料

噴焊層要求具有較高的硬度及良好的耐磨損性能。Ni60合金粉末自熔性、潤(rùn)濕性和噴焊性優(yōu)良，噴焊層不僅具有硬度高、耐磨等特點(diǎn)，而且噴焊層致密，與基體金屬的粘結(jié)性能良好，是修復(fù)各類磨損件的常用材料Ni60合金粉末化學(xué)成分及力學(xué)性能如表3。

1.2.2 試驗(yàn)工藝

對(duì)富氬氣體保護(hù)焊堆焊得到的試樣進(jìn)行表面處理，去除焊接留下的小顆粒飛濺及氧化皮，顯露出新的金屬表面，并對(duì)施噴試樣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300-450℃。在試樣預(yù)熱完成后，采用一步法對(duì)試樣進(jìn)行噴焊。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 過渡層力學(xué)性能

“是啊，黃安人心里都有股狠氣！”陳山利話峰一轉(zhuǎn)，“武漢的女子，都是父母掌心的寶，他們?cè)趺瓷岬米屇惝?dāng)兵？”陳山利望著面前嬌嬌弱弱的李曉英，感慨著，“你后悔嗎？”

表3提供了利用21個(gè)國(guó)家和地區(qū)樣本得到的經(jīng)濟(jì)政策不確定性對(duì)創(chuàng)新產(chǎn)出影響的回歸結(jié)果。從表3可以看到，EPU與INNOVOUT在5%水平上顯著負(fù)相關(guān)，這表明從整體來看，經(jīng)濟(jì)政策不確定性越高，經(jīng)濟(jì)體的創(chuàng)新產(chǎn)出越低，假設(shè)1得到證實(shí)，經(jīng)濟(jì)政策不確定性對(duì)創(chuàng)新的抑制性假說得到了經(jīng)驗(yàn)證據(jù)的支持。另外，EPU與KC和KD不存在顯著相關(guān)性，但與CIA和CGS分別在5%和10%水平上顯著負(fù)相關(guān)，這一結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)政策不確定性對(duì)經(jīng)濟(jì)體創(chuàng)新產(chǎn)出具體維度的影響不同，隨著經(jīng)濟(jì)政策不確定性程度的提高，經(jīng)濟(jì)體的商標(biāo)注冊(cè)等無形資產(chǎn)產(chǎn)出、創(chuàng)意產(chǎn)品與服務(wù)等顯著減少，而經(jīng)濟(jì)體的知識(shí)創(chuàng)造和知識(shí)擴(kuò)散并沒有受到經(jīng)濟(jì)政策不確定性的顯著影響。

焊前，首先對(duì)堆焊試樣進(jìn)行超聲波無損檢測(cè)，將合格的試樣坡口表面及側(cè)面10mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，不得有鐵銹、氧化皮及油污，然后對(duì)堆焊試樣進(jìn)行整體預(yù)熱待焊。堆焊過程中應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度過低將導(dǎo)致堆焊層開裂，溫度過高會(huì)引起接頭脆化，為此選擇層間溫度在200±10℃范圍內(nèi)，用熱電偶測(cè)量。焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火熱處理，此外，焊接過程中若出現(xiàn)成形不良的焊縫，應(yīng)立即用角磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行打磨，然后再進(jìn)行焊接。

2.2 過渡層微觀組織

材料的性能是由其微觀組織決定的，所以從微觀組織中可以反映出試樣力學(xué)性能的優(yōu)劣。觀察了6號(hào)試樣不同區(qū)域焊縫組織形貌如圖3，a為熔合區(qū)形貌，熔合區(qū)組織冶金結(jié)合良好，其組織為鐵素體與珠光體，此珠光體以在鐵素體基體上分布的非層片狀滲碳體形態(tài)存在，這種彌散分布的第二相有利于改善鋼的韌塑性；b為堆焊層形貌，其組織為細(xì)針狀鐵素體、少量塊狀鐵素體，且其組織均勻細(xì)小，低合金高強(qiáng)鋼焊縫金屬中出現(xiàn)大量針狀鐵素體組織時(shí)，焊縫金屬具有較高的強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性；c為熱影響區(qū)形貌，其組織變化不明顯，為回火索氏體與少量呈深色的回火屈氏體，晶粒較母材稍大，但未出現(xiàn)過熱組織；d為母材形貌，基體組織為回火索氏體，其上有少量呈塊狀分布的鐵素體，由于試樣截面較大，淬火時(shí)心部淬不透，故心部存在鐵素體組織。

2.3 噴焊層硬度及耐磨損性能

2.3.1 噴焊層硬度

分別從噴焊試樣、淬火新齒輪試樣上切取硬度實(shí)驗(yàn)切片，在洛氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)上對(duì)切片進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。從表5可見，噴焊試樣的硬度值均高于淬火試樣的，平均值較淬火試樣的高5.5HRC。由此可見，從硬度這一反映耐磨損性能的因素可以初步確定，噴焊試樣的耐磨損性能高于淬火試樣的，即再制造齒輪的耐磨損性能優(yōu)于新齒輪的。

對(duì)于出現(xiàn)在《孟子》一書中的歷史人物，中國(guó)人要比外國(guó)人熟悉得多，而外國(guó)人在閱讀的過程中會(huì)對(duì)一些人物十分陌生。例如，堯舜，中國(guó)人對(duì)這一古代賢君應(yīng)該知之甚多，孟子對(duì)堯舜更是十分推崇，而外國(guó)人則對(duì)于堯舜的了解程度僅限于名字與職位。因此，在翻譯過程中不能夠僅憑音譯，將堯舜翻譯成“Yao and Shun”而是要在顯著的位置對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注，而對(duì)這類人加以注解和說明，能夠輔助外國(guó)人理解《孟子》一書的內(nèi)容。因此，要想很好的翻譯《孟子》，就必須要先了解孟子書中的字義，更要充分了解孟子學(xué)說的核心概念，才能避免去接原意，利用注釋加以補(bǔ)充的辦法，讓外國(guó)讀者更為深刻的了解孟子的學(xué)說理論。

綜合各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)、焊縫組織SEM分析等幾方面情況，可以說明在相同的焊接工藝參數(shù)下，當(dāng)預(yù)熱溫度為300℃，回火溫度為400℃時(shí)，焊接試樣擁有良好的綜合力學(xué)性能。

2.3.2 磨損實(shí)驗(yàn)

齒輪磨損的主要方式為粘著磨損與磨粒磨損。針對(duì)這兩種磨損形式，采用銷盤式磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)噴焊試樣和淬火新齒輪試樣分別進(jìn)行了摩擦副對(duì)磨磨損實(shí)驗(yàn)和磨粒磨損實(shí)驗(yàn)，并對(duì)試樣的損失重量進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

經(jīng)過計(jì)算得出在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)磨磨損實(shí)驗(yàn)中淬火試樣的質(zhì)量損失量是噴焊試樣的3.4倍；磨粒磨損實(shí)驗(yàn)中淬火試樣的失重量大約是噴焊試樣的17倍。從失重方面來看，兩種磨損情況下噴焊試樣的質(zhì)量損失量均小于淬火試樣的，即噴焊試樣的耐磨損性能優(yōu)于淬火試樣的綜合噴焊強(qiáng)化試樣的硬度值及磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出噴焊試樣的硬度及耐磨損性能均高于淬火試樣的，即經(jīng)噴焊強(qiáng)化的齒輪硬度及耐磨損性能優(yōu)于淬火新齒輪的，從而可以使再制造齒輪的使用壽命達(dá)到或超過原來淬火新齒輪的。

3 結(jié)論

①采用“堆焊過渡層+噴焊表面層”的修復(fù)工藝可成功對(duì)磨損失效的齒輪進(jìn)行再制造，再制造后的齒輪各項(xiàng)力學(xué)性能可以達(dá)到新齒輪的性能指標(biāo)。②過渡層選用ER69-1焊絲，打底層電流I為190~210A、電壓U為21~23V；其他層I為220~240A、U為22~24V；預(yù)熱溫度為300℃、回火溫度為400℃時(shí)，焊接試樣具有良好的綜合力學(xué)性能。

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