吉林省辽源市大唐辽源发电厂 吉林省辽源市 136200
摘要：本项目因现场实际情况不适合采用国内较普遍使用的修复工艺，故根据项目特点，立足自身技术力量，研究出一套修复质量优良且成本低、工期短的修复工艺，打破了球磨机大型空心轴必须外委修复的技术垄断。本文主要分析脱硫湿式球磨机大型空心轴轴颈磨损修复工艺探索及应用。
关键词：球磨机；空心轴；轴颈磨损；修复
引言
本项目采用传统的手工电弧焊修复工艺，采取相应的技术措施，克服了对空心轴补焊易产生热应力引起变形的技术难题。同时研究出回装大端盖调整同心度的施工方案，设备投运后各参数达到优良值，且保证了设备长周期稳定运行，项目取得了成功，为修复脱硫湿式球磨机大型空心轴提供了经验。
1、各种修复工艺对比研究
1.1高分子纳米材料修复工艺
高分子纳米材料是由航空级树脂、纳米无机材料和高性能碳材料、纤维等先进材料通过聚合工艺生成的一种高科技纳米新型材料，该材料最大的优点在于粘结强度高、综合力学性能好、抗腐蚀、易于成型、可加工等，且对修复厚度没有要求。高分子纳米材料修复工艺施工简单且不用拆卸大端盖，可直接在现场进行修复，施工工期短。修复过程不产生热量，不会造成空心轴变形，费用相对较低。前述空心轴于2017年曾出现磨损故障，采取了该工艺修复，但修复完的设备投运不足一年就又出现纳米材料破碎造成轴承损坏的问题。该工艺不够成熟，耐冲击性能差，不适用于球磨机空心轴这种重负载运行的工况。
1.2脉冲闪焊修复工艺
脉冲闪焊就是利用脉部闪焊设备发出的可控脉冲电流（实际上是一种脉况电能）在补材与工件修复面接触处0.5～1.0mm，由于接触电阻而在瞬间将补材加热并与工件修补部位的基材熔（焊）合在一起而形成焊补层，从而达到修复目的。该工艺的优点有热输入小，可避免因热输入大而使工件基体材质产生热影响区和尺寸变形；结合强度高，几乎与堆焊和喷焊的结合强度相当。缺点是设备较大，不易操作；修复时间较长，加工效率低，且大面积磨损修复难度较大等；对深度超过5mm的工件修复时间过长，多层焊接质量难以保证。由于本项目空心轴的磨损深度已超过5mm，因此该工艺不适用于本项目。其余的还有摩擦电喷镀修复工艺、热喷焊修复工艺、微弧焊修复工艺等，这些修复工艺各有优缺点，但大多都存在需要修复工件能转动，或修复的厚度不能太厚等问题。本项目的空心轴轴颈是套装轴承的部位，轴承已损坏需拆除，空心轴无法转动，只能就地修复或拆下大端盖，装在专用工装上转动修复。但大端盖的直径为2800mm，结构不规则，施工难度较大。大部分修复工艺的修复厚度达不到5mm，若修复厚度过厚则质量难以保证，且费用也较高。综合考虑，上述几种工艺均不适用于本项目，专业技术人员决定立足于自身的技术力量探索新的修复工艺。
2、传统焊接工艺存在的问题
按照传统的修复方法，球形磨料轴在拆卸和检查后放在v型车轮托架上，用磨煤机手动研磨磨损轴的位置，直至其在白色后通过手动对称轴承横向焊接。虽然初始输入成本低，安装简单，但焊接工艺的熔炼程度低，表面成型质量差，热点分布不均，极易变形，从而大大增加了修复后的时间和工作量。球磨剂的某些轴经过光学车后，新轴颈的表面还存在黑点、空穴、小裂纹等缺陷。球磨机轴线是球磨机的一个重要组成部分，其材料通常由45#碳钢组成#钢作为中碳钢的代表，尽管其强度强，组合性能好，但焊接性能差，但也会产生诸如轴曲率变形之类的结果。(1)焊层混合的原因是焊前轴颈预处理不完整。用过的轴颈不仅表面有磨痕，而且还有椭圆、麻花钻等仅依靠手动砂轮很难完全清洗，这意味着局部表面焊层的熔胶不足。
(2)空穴的原因是焊接前手柄的预处理和预热不全，表面仍存在水汽；手柄用涡轮磨碎后，虽然外观清晰白，但表面上仍留有小的砂砾点和坑；焊接时，杂质或水蒸气可能污染熔炼池，导致泄漏或混合；CO2气体保护焊时周围空气，焊罐无保护，CO2气体保护丢失；焊接材料不完全干燥，有残留水汽等(3)裂纹原因是焊前预热温度不足，预热不均匀；使用过大的焊接电流；主流材料中熔焊材料比例过高，焊接中碳量增加，焊层表面形成不良；焊接后没有及时热处理，导致焊接层内部应力较大，容易产生裂纹。(4)轴弯曲变形的原因除了轴变形之外，还包括焊接方法不当引起的轴弯曲变形甚至是磨料搬运和轴承严重磨损引起的变形，轴承底座和底座孔变形，以及运输过程引起的变形，拆卸不当等引起的变形外，最常见的还是采用不恰当的焊接方法引起的轴弯曲变形。
3、施工方案制订及实施
（1）为保证焊接质量和避免焊接过程热应力过大使空心轴变形，采用了以下施工工艺：1）用砂轮机及金属磨头消缺。首先将原纳米高分子修复层全部去除，表面打磨后经光谱检验，确定修复层全部打磨消除后，再把表面修复平整。2）对堆焊区采用履带式整体加热方式，对外壁加热。预热温度为200～250℃，保温3～5h，预热范围为堆焊区200mm左右。禁止在空气对流的场所进行补焊。3）焊条为准4mm，型号E5015，使用前经350℃烘焙1h，或按焊接条说明书进行烘焙，焊条烘焙后放在保温桶中，随用随取。4）采用直流电焊机，反接法，电流130～160A。5）焊接时，焊条不应摆动过大，应分段、交错焊接，采用短弧、窄焊道多层焊。焊接时注意操作手法，防止产生夹渣气孔缺陷，并与两侧本体圆滑相接，如需要多层多道焊时，填充层每焊接1/2～1根焊条，即停焊清渣。使用小手锤或风铲，先打掉焊缝药皮，再对焊缝细密捶击3个来回以松弛应力，再接着焊接下一层，保证焊道不摆动或摆动幅度较小，捶击时先捶击焊道中间再捶击焊道边界，盖面层不需要捶击。层间温度低于预热温度下限后，应停焊再次加热达到预热温度后才可以继续焊接。焊接时空心轴内部要填满保温，以减缓温度的降低速度。盖面层焊缝略高于大轴表面1～2mm，以保证有加工余量。6）补焊过程中若发现裂纹及缺陷，应彻底清除后方可继续补焊。7）空心轴堆焊后必须立即进行焊后热处理，采用履带式加热方法对焊接区域进行整体加热，考虑到空心轴表面精度或脱碳影响使用，回火温度应适当降低，因此对焊接区加热可采用两种方法：一是500～550℃保温2h，二是350～400℃保温6h。8）焊后补焊区域的硬度应不高于原母材硬度的40%，焊缝表面着色探伤Ⅱ级合格。9）把焊接后的空心轴送车床进行粗加工后再进行表面探伤，合格后再进行精加工。10）对空心轴进行堆焊的过程中用百分表多次测量偏心度，若某方向偏心度过大即减慢堆焊速度或停止堆焊，或采用在对面的相应位置堆焊的方式进行调整。焊接完成并且热处理完毕后再次仔细测量，确认最终偏心值。上车床加工时也在水平方向和垂直方向用两块百分表进行测量，经过粗车后再进行精加工，确保加工后空心轴偏心度在可接受范围内。
（2）对回装进出口大端盖同心度调整采用了如下施工方案：1）在拆卸大端盖前将大端盖均分为八等份，以筒体边沿为基准点测量筒体边沿与大端盖侧面的偏差值，做好记录。2）分析球磨机筒体和前后大端盖的结构，找准安装测量的基准点。3）回装大端盖时采用带锥度的螺杆对大端盖的同心度进行初步调整。回装到位后再次测量原8个点筒体与大端盖边沿的偏差值，并与拆卸前的数据进行对比。数据不同的根据测量数值进行微调，直至调整后的偏差数值与原数值相符。4）利用4个百分表测量轴向及径向跳动值，超标的应进行调整，保证齿圈的中心位置正确。大齿轮径向跳动不超过0.4mm，轴向跳动不超过0.4mm。5）调整大齿轮圈与小齿轮的齿顶间隙和齿侧间隙直至符合规程要求。
结束语
机轴的轴颈修复作业，具有通用性强、实用性强、效益高效、使用范围广等优点，该功能也不限于球磨机，还适用于其他轴类的轴颈或管材表面等类似的快速堆焊及修复。相信经过不断的实践和改进，球磨机轴磨损后的堆焊修复工艺将会更加灵活高效，从而更大地促进球磨机的发展。
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