大型磨機(jī)中空軸多裂紋的焊補(bǔ)

摘 要：文章是一起磨機(jī)故障修復(fù)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，磨機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，到備件更換時(shí)仍然處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，得到了一致好評(píng)。

關(guān)鍵詞：大型磨機(jī)；中空軸裂紋；焊補(bǔ)

1 前言

某廠一臺(tái)φ3.8*13m球磨機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)12年，突然發(fā)現(xiàn)磨機(jī)跳動(dòng)變大，中空軸處漏油，軸瓦溫度上升，于是立即停機(jī)開蓋檢查，原來(lái)中空軸在120°范圍內(nèi)出現(xiàn)3條裂紋，如示意圖，其中最長(zhǎng)的一條接近1m（圖中b），其余兩條分別接近）800mm（圖中a），600mm（圖中c），而且呈貫穿性裂紋，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)周向跳動(dòng)達(dá)到1.5mm，這是引起軸瓦溫度上升的主要原因，如果繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將帶來(lái)燒瓦，甚至中空軸斷裂的嚴(yán)重后果，處理的辦法最好是立即停機(jī)更換中空軸，但工廠無(wú)備件，新的備件從制模鑄造到加工，工期最少一個(gè)半月，而生產(chǎn)任務(wù)又非常緊急，經(jīng)辦公會(huì)研究決定，一方面迅速聯(lián)系廠家制作備件，另外著手進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裂紋補(bǔ)焊，爭(zhēng)取達(dá)到磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件：磨機(jī)周向跳動(dòng)0.5mm，最大不超過(guò)1.0mm。

2 焊接性分析

根據(jù)設(shè)備出廠資料，中空軸為ZG25材料制成，筒體部分 （產(chǎn)生裂紋部位）直徑1600mm， 壁厚90mm，材料的焊接性能優(yōu)良，但因?yàn)楸诤褫^大，易出現(xiàn)三維應(yīng)力，補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)該采取預(yù)熱措施，以防止焊接焊接裂紋出現(xiàn)；但結(jié)構(gòu)因素限制，如果整體預(yù)熱，肯定不現(xiàn)實(shí)，局部預(yù)熱焊接，則有可能因?yàn)槭軣岵痪鶆驅(qū)е潞附幼冃芜^(guò)大，最后可能出現(xiàn)裂紋焊補(bǔ)好了，但變形大，磨機(jī)仍然無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)技術(shù)碰頭會(huì)決定，控制焊接變形是主要目標(biāo)。

3 焊接方案制定

以控制焊接變形為主要目標(biāo)，裂紋補(bǔ)焊時(shí)采用不預(yù)熱焊接工藝；冷焊采用小規(guī)范多層多道焊，注意錘擊底層焊縫釋放應(yīng)力；因?yàn)樵撝锌蛰S補(bǔ)焊主要應(yīng)付目前生產(chǎn)，預(yù)期使用壽命3個(gè)月，裂紋焊補(bǔ)不需要補(bǔ)透，但焊接厚度不得低于壁厚80%；采用CO2焊接，盡可能減少焊接變形，為保證質(zhì)量，采用藥芯焊絲ER50-1作為填充材料；以橫焊焊接方法為主，挑選具備豐富焊接經(jīng)驗(yàn)的焊工實(shí)施焊接，保證焊接質(zhì)量；制作一塊標(biāo)準(zhǔn)樣板，焊接過(guò)程中隨時(shí)注意檢查變形情況。

4 焊接實(shí)施

4.1 清洗

用磨機(jī)慢轉(zhuǎn)控制旋將中空軸轉(zhuǎn)至裂紋處于水平位置，便于橫焊焊接；然后徹底清洗內(nèi)外表面油污。

4.2 止裂孔鉆削

著色檢驗(yàn)，找出裂紋內(nèi)外端頭位置，注意分析裂紋走向，在其延伸方向距裂紋頭20-30mm處鉆出φ8-10止裂孔，如果內(nèi)外走向不一致，必須內(nèi)外均鉆止裂孔，防止分叉裂紋向未鉆止裂孔方向擴(kuò)展；

4.3 坡口制備

采用碳弧氣刨開坡口，這是一道非常關(guān)鍵的工序，為了控制變形，每條裂紋必須分段刨出坡口，由于裂紋條數(shù)多，從裂紋b開始，必須兼顧裂紋a，c，具體執(zhí)行方案為：

最長(zhǎng)裂紋b分5段，先刨B3，然后焊接B3內(nèi)外焊縫，內(nèi)外均要求對(duì)稱施焊，但內(nèi)外均要求留10mm左右不要一次填滿；

裂紋b的B3段處理完，就要開始處理裂紋a和c，a和c裂紋至少分3段，方式和裂紋b一樣；這樣處理的最大優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)焊補(bǔ)裂紋b時(shí)，因?yàn)楹附討?yīng)力作用，加上3條裂紋距離較近，必然會(huì)影響裂紋a和c，而裂紋a和c處于完全開放狀態(tài)，因剛度太小，可能引起錯(cuò)口，只有當(dāng)焊接裂紋b的B3段后，馬上將裂紋a和c的中間段也補(bǔ)好，增加了連接剛度，這樣對(duì)防止產(chǎn)生裂紋錯(cuò)口帶來(lái)很大好處；

氣刨的坡口必須光滑，不得有夾碳，不慎夾碳，必須用磨光機(jī)或鋼絲刷清理干凈；

坡口形式及坡口填充焊接順序示意圖

注意填充時(shí)從內(nèi)部開始，必須對(duì)稱填充，即內(nèi)部先焊接3-4層，就需外部焊接2-3層，

4.4 刨焊順序

以裂紋b為例，順序?yàn)锽3→B1→B5→B2→B4，注意不得將一條裂紋一次處理完，這樣裂紋未刨開部位可以支撐防止出現(xiàn)過(guò)大收縮變形。

4.5 焊接工藝參數(shù)及工藝措施

為保證焊接質(zhì)量并控制焊接變形，焊接工藝參數(shù)規(guī)定如下：

焊接電流：120-150A

焊接電壓：24-28V

CO2氣體流量20L/min

采用多層多道焊接，每焊接一道，用圓頭小鑿子輕擊焊縫表面致產(chǎn)生麻點(diǎn)，再焊接下一道；道間溫度控制在50℃左右，即用手摸不至于燙手再焊接后續(xù)焊縫。

對(duì)此類較深坡口（板較厚）又不能開較大角度的焊縫焊接，一般推薦采用加長(zhǎng)窄噴嘴進(jìn)行焊縫填充，如果用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，難以伸到根部導(dǎo)致焊絲伸出過(guò)長(zhǎng)，電弧不穩(wěn)，焊接質(zhì)量難以控制，而采用焊條焊接，一是熔渣難以清理干凈，再則焊接變形較大。

4.6 蓋面焊接

分段處理裂紋時(shí)，注意用樣板檢查中空軸的圓度變形，如果一切正常，則進(jìn)入到蓋面焊接。

蓋面焊接采用先焊接內(nèi)焊縫，后焊接外焊縫的順序，因?yàn)閳A筒型構(gòu)件內(nèi)縫焊接時(shí)產(chǎn)生變形較小，如果筒體已成外棱角，則先焊接外焊縫。

蓋面焊為減小變形，采用分段退焊工藝，焊接參數(shù)與前述一致，層（道）間溫度仍然要控制好。

4.7 止裂孔焊接

止裂孔在裂紋補(bǔ)焊時(shí)，一直留著不焊，等所有焊縫全部焊接完成，再內(nèi)外補(bǔ)焊止裂孔，補(bǔ)焊深度6-8mm即可。

4.8 其它措施

對(duì)于中空軸裂紋等構(gòu)件，由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，材料可能有疲勞現(xiàn)象，同時(shí)裂紋處的拘束度都非常大，這樣常常在焊接根部的1-2道焊縫時(shí)容易出現(xiàn)裂紋，為此選用延伸率比較高的奧氏體填充材料就比較理想。本次維修過(guò)程中我們底層焊縫均采用了ER308L不銹鋼焊絲填充，效果非常理想。

5 焊接效果

該中空軸3條裂紋按上述工藝，經(jīng)過(guò)3天焊接完成后，用角向砂輪打磨，油石拋光，經(jīng)空車運(yùn)行，中空軸的周向跳動(dòng)0.9mm，滿足運(yùn)行條件，于是空車運(yùn)行8h后加50%負(fù)荷，運(yùn)行一個(gè)班，油溫和其它控制系統(tǒng)均顯示正常，再滿負(fù)荷工作。

經(jīng)該工藝修復(fù)后的中空軸，在磨機(jī)上正常運(yùn)轉(zhuǎn)了3個(gè)多月，直到備件回廠才按計(jì)劃進(jìn)行更換，說(shuō)明此次維修是比較成功的。

6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)磨機(jī)中空軸裂紋的分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)查，裂紋的發(fā)源地均為其內(nèi)部零件（進(jìn)料錐筒）固定焊角焊縫處，因?yàn)楹附訒r(shí)出現(xiàn)較大咬邊，在高速長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)形成裂紋源，隨時(shí)間推移而產(chǎn)生擴(kuò)展，差點(diǎn)形成大的設(shè)備事故，所以安裝工作中控制焊接質(zhì)量是非常重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]李亞江，張永喜，王娟.焊接修復(fù)技術(shù)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]曾樂.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1993.

作者簡(jiǎn)介：張運(yùn)孟（1965，12-），1985年畢業(yè)于沈陽(yáng)冶金機(jī)械?？茖W(xué)校焊接專業(yè)，2005年畢業(yè)于湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程專業(yè)，先后在大冶特鋼、華新水泥擔(dān)任焊接工程師職務(wù)，現(xiàn)就職于黃石聚達(dá)電力設(shè)備有限公司，繼續(xù)擔(dān)任壓力容器焊接工程師。