水輪機(jī)水導(dǎo)軸徑磨損電鍍硬鉻修復(fù)工藝探討

劉 韋 陳乃莉

（1.寶雞市馮家山水庫管理局，鳳翔 721405；2.寶雞市水利水電規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，寶雞 721000）

1 概述

馮家山一級(jí)電站是馮家山水庫樞紐工程的一部分，位于渭河一級(jí)支流千河下游，地處陜西寶雞。電站為壩后式，1989年建設(shè)，裝機(jī)兩臺(tái)，容量2×1250KW，設(shè)計(jì)水頭17.5m，設(shè)計(jì)流量15 m3/s。水輪機(jī)由重慶水輪機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)HL123—LJ—120， 電機(jī)采用 TSL260/42—24。

2008年6月，由于1#機(jī)水導(dǎo)軸承磨損漏油，水機(jī)盤根磨損，漏水嚴(yán)重，1#機(jī)大修。大修中吊出水機(jī)大軸檢查，發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸徑磨損嚴(yán)重，表面均布大量直徑1～2mm的氣蝕麻點(diǎn)或小孔，氣蝕深度0.30mm左右，有十余處氣蝕孔洞接近1mm深；盤根不銹鋼段也有大量深度0.10mm的溝痕，水機(jī)大軸需進(jìn)行表面光潔度處理，才能使用。

2 水導(dǎo)軸徑磨損修復(fù)方法

工件表面損壞修復(fù)的方法有機(jī)械加工修理法、焊接修理法、電鍍修理法和熱噴涂等，應(yīng)用于軸徑表面磨損常見修復(fù)方法有以下幾種。

2.1 研磨修復(fù)

水導(dǎo)軸徑輕度磨損可研磨處理。對(duì)直徑大于1m的油潤滑軸徑，單側(cè)磨損大于0.10mm時(shí)；水潤滑的橡膠瓦導(dǎo)軸承的軸徑，單側(cè)磨損大于0.50mm時(shí)，均要對(duì)軸徑進(jìn)行磨圓處理。對(duì)于不銹鋼軸徑上的溝痕，如果只有幾道小溝，可以不處理；若溝痕較深，深度大于0.50mm時(shí)，可用堆227或OK2015焊條補(bǔ)焊，然后磨光。

2.2 電鍍修復(fù)

電鍍修復(fù)技術(shù)是利用電解的原理將鍍液中的金屬離子還原成金屬原子并在金屬表面形成具有較高結(jié)合力和一定厚度的修復(fù)層。如果水導(dǎo)軸徑磨損嚴(yán)重，大軸磨光后不能滿足與軸瓦配合的間隙，須電鍍找回尺寸后，再磨圓處理。

2.3 鑲套法

鑲套法先分兩塊做5mm厚的鋼套，長度比導(dǎo)瓦長10cm，并在上面均布3cm×3cm直徑5mm的小孔。車去主軸多余尺寸將套包在車削處，用CO2保護(hù)焊在小孔中將套焊在主軸上，補(bǔ)平小孔和鋼套縫，再磨圓鋼套到設(shè)計(jì)尺寸。鑲套法在高含砂抽水站水泵水導(dǎo)軸徑磨損處理中應(yīng)用較多，且效果良好。

2.4 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)是將涂層材料（粉末或絲材）送入某種熱源（燃燒火焰等）中熔化，并利用高速氣流將其射到基材表面形成覆蓋層的工藝。先在車床上車去軸徑上多余尺寸，保證噴涂層厚度5mm，噴涂耐磨材料（含鉻、鎢、鎳等）后，對(duì)軸徑進(jìn)行磨圓處理到設(shè)計(jì)尺寸，此法在電廠水泵和風(fēng)機(jī)軸修復(fù)方面應(yīng)用較多。

通過分析各種工件修復(fù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，電鍍硬鉻滿足水輪機(jī)大軸的使用要求，鍍層硬度（HV800～900）高、耐磨、耐蝕，工藝相對(duì)比較簡單，成本較低，決定對(duì)1#機(jī)水導(dǎo)軸徑采用電鍍硬鉻的方法修復(fù)表面磨損。

3 電鍍硬鉻修復(fù)工藝

電鍍的種類很多，但用于修復(fù)的主要有兩類方法，即低溫鍍鐵和鍍硬鉻。鍍鐵鍍層沉積速度快，強(qiáng)度低。鍍硬鉻時(shí)鍍層沉積速度0.01mm/h，沉積速度慢，生產(chǎn)效率低，費(fèi)用高。為降低費(fèi)用，也可先鍍一層鐵，再鍍硬鉻罩面。

電鍍硬鉻是一種在低溫條件下恢復(fù)工件尺寸的傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，不會(huì)因局部高溫產(chǎn)生應(yīng)力，電鍍硬鉻最大鍍層厚度1mm。

電鍍硬鉻修復(fù)適合在專業(yè)的電鍍廠進(jìn)行，其一般工藝流程包括：焊修法填坑→機(jī)械修磨（整體磨光）→低溫鍍鐵→機(jī)械修磨（整體磨光）→鍍硬鉻罩面→機(jī)械修磨（磨削加工至符合尺寸及光潔度）等。各流程要根據(jù)工件實(shí)際磨損和生產(chǎn)要求選用合適的操作技術(shù)參數(shù)或工藝，提高工件修復(fù)質(zhì)量。

3.1 焊修法填坑

針對(duì)1#水輪機(jī)大軸水導(dǎo)段十余處1mm深的孔洞，采用直接電鍍難以恢復(fù)尺寸，并且會(huì)加大成本，決定采用對(duì)大軸上孔洞的先采用焊修技術(shù)填坑，再電鍍罩面的方法。對(duì)于工件表面局部損傷，常用的焊修方法包括補(bǔ)焊、堆焊、冷焊等，每種焊修方法都有其自身的特點(diǎn)和不足，為了減少溫度應(yīng)力對(duì)大軸的影響，選用冷焊法中氣體保護(hù)熔絲焊填坑。

氣體保護(hù)熔絲焊也稱微弧冷焊，是一種常見的冷焊技術(shù)。它是在氬弧焊基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型焊修技術(shù)。設(shè)備主要構(gòu)成部分包括脈沖電源，保護(hù)氣體（氬氣等惰性氣體）和用以補(bǔ)缺陷的金屬絲。利用焊槍產(chǎn)生的電弧（電弧溫度一般在6000℃以上）將金屬絲熔化，用保護(hù)氣體（惰性氣體）把熔化的金屬液吹射到工件的局部缺陷處，從而填平工件表面的凹坑。氣體保護(hù)熔絲焊與傳統(tǒng)的氣體保護(hù)焊技術(shù)不同，被熔化的金屬焊絲不會(huì)在修復(fù)部位形成焊接熔池，施工中工件溫升小，不會(huì)產(chǎn)生明顯的熱影響，且焊層與基體結(jié)合牢固，缺點(diǎn)生產(chǎn)效率低，焊層多孔，有微觀缺陷，表面粗糙。一般對(duì)焊層修磨后，再鍍金屬層來提高表面光潔度。

3.2 機(jī)械預(yù)磨（整體磨光）

為了提高電鍍面結(jié)合力及電鍍質(zhì)量，須對(duì)水輪機(jī)水導(dǎo)軸段表面雜質(zhì)用研磨的方法去除。研磨按照由粗到細(xì)的順序修磨至平滑，并符和公差要求。在臥式車床找大軸中心，測(cè)量其直徑，平行度和垂直度，若大軸平行度和垂直度不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)調(diào)直處理。根據(jù)大軸設(shè)計(jì)尺寸，計(jì)算確定大軸預(yù)磨尺寸，電鍍層設(shè)計(jì)厚度，制定電鍍技術(shù)參數(shù)。測(cè)量水導(dǎo)軸徑氣蝕麻點(diǎn)深度0.30mm，故大軸預(yù)磨切削量0.30mm （單側(cè)），研磨后軸徑的表面粗糙度應(yīng)控制在1.6～6.3μm，圓度0.05mm，垂直度0.05mm。

3.3 電鍍硬鉻

水輪機(jī)水導(dǎo)軸徑機(jī)械修磨后根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量大軸單側(cè)缺失為0.30mm，電鍍后加工拋光需切削去0.05mm，故電鍍后鍍層最小厚度應(yīng)達(dá)到0.35mm。鍍硬鉻在工裝電極結(jié)合處，電鍍層度比設(shè)計(jì)尺寸薄約1/3，計(jì)算設(shè)計(jì)電鍍層厚度。經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)電鍍層厚度應(yīng)達(dá)到0.53mm，鍍層厚度小于1mm，滿足鍍層強(qiáng)度，故決定采用直接鍍硬鉻的方法。

不同類型工件電鍍硬鉻工藝，必須根據(jù)工件形狀、鍍層厚度、硬度、鍍液溫度、電流密度等具體要求采用相應(yīng)鍍鉻工藝，才能達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。根據(jù)水輪機(jī)水導(dǎo)軸徑的實(shí)際使用要求，鍍層應(yīng)結(jié)合牢固，表面無起泡、脫皮現(xiàn)象，同時(shí)大軸材料為優(yōu)質(zhì)鋼，表面沾有油污，采用的電鍍工藝流程為：手工除油→上掛→水洗→化學(xué)除油→水洗→酸洗活化→水洗→鍍硬鉻→水洗→下掛。大軸表面沾污油脂，影響鍍層與基體之間的結(jié)合力，鍍前須除油和清洗。酸洗是電鍍生產(chǎn)中的重要一環(huán)，大軸酸洗不只為了溶解表面的銹蝕，也是為了除去氧化膜，使大軸基體暴露出金屬組織；同時(shí)酸洗能去掉機(jī)加工過程中殘留于表面的鐵屑，提高電鍍層的結(jié)合力，防止鍍層起泡、脫皮現(xiàn)象。電鍍硬鉻過程中鍍鉻液的成分，溫度，電源，以及鍍鉻工藝的參數(shù)，對(duì)電鍍質(zhì)量影響很大。電鍍過程中通過制作合適的掛具，采用合適的參數(shù)，加強(qiáng)工藝控制，可提高電鍍質(zhì)量，保證硬度，耐腐蝕度，結(jié)合力，表面平行度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4 機(jī)械修復(fù)（恢復(fù)尺寸、表面拋光）

水輪機(jī)水導(dǎo)軸徑的表面粗糙度為1.6μm，圓跳度 0.03mm，圓度 0.05mm，垂直度 0.05mm。磨床研磨或在臥式車床走刀架上固定砂輪研磨可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，研磨結(jié)束后用細(xì)砂紙拋光電鍍面，使表面達(dá)到鏡面光澤，提高表面光潔度。

4 修復(fù)效果

1#水輪發(fā)電機(jī)組回裝結(jié)束，對(duì)機(jī)組試運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行大修質(zhì)量驗(yàn)收，經(jīng)監(jiān)測(cè)水導(dǎo)軸承溫度正常，無甩油現(xiàn)象，水機(jī)盤根漏水減小，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常，設(shè)備質(zhì)量符合檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1#機(jī)經(jīng)過兩年多時(shí)間的運(yùn)行，機(jī)組設(shè)備基本完好，運(yùn)行工況穩(wěn)定，振動(dòng)、大軸擺動(dòng)、油溫、油質(zhì)等要素均符合運(yùn)行要求。

5 結(jié)論

工件表面磨損修復(fù)的方法很多，應(yīng)結(jié)合工件表面實(shí)際損壞程度，通過分析比較不同工件修復(fù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定合適、經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法和工藝來修復(fù)工件。電鍍硬鉻修復(fù)工藝技術(shù)簡單，費(fèi)用低，鍍層硬度高、耐磨、耐蝕，整個(gè)工藝流程約一周時(shí)間，滿足水輪機(jī)大修施工進(jìn)度要求，在水輪機(jī)水導(dǎo)軸徑表面的磨損修復(fù)方面優(yōu)于其他修復(fù)工藝。

近年來電鍍硬鉻鍍工藝有了新的發(fā)展，應(yīng)選用新的工藝提高鍍層質(zhì)量，并減少對(duì)環(huán)境的污染。

[1]張素蘭,不同類型工件電鍍硬鉻[J].電鍍與環(huán)保.2006

[2]徐招才,陳建農(nóng),等.水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行與維護(hù)[M].北京:中國計(jì)劃出版社,1999.

[3]中國水利地電企協(xié)中小水電設(shè)備分會(huì),聯(lián)合國國際小水電中心.小型水電站設(shè)備管理[M].北京:中國計(jì)劃出版社,1999.