輥磨軸承座鑄造缺陷現(xiàn)場處理方案

周亞斌

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輥磨軸承座鑄造缺陷現(xiàn)場處理方案

周亞斌

輥磨集細碎、烘干、粉磨、選粉、輸送于一體，具有占地面積小、工藝流程簡單、粉磨效率高、能耗低、噪音小、烘干能力大、產品細度易于調節(jié)、無粉塵污染和檢修方便、運行可靠等特點，被廣泛用于冶金、電力、水泥、化工、陶瓷、非金屬礦、電廠脫硫、水渣、礦渣、爐渣、煤炭、水泥熟料、玻璃、石英、石灰石等行業(yè)的大規(guī)模物料粉磨和超細粉磨加工。隨著輥磨使用范圍的擴大，普及率的提高，輥磨的一些維修問題引起我們的關注。LM輥磨磨機搖臂軸承座采用鑄造結構，因鑄造缺陷及頻繁沖擊載荷造成的損壞，現(xiàn)場雖不常見，但因軸承座尺寸較大，現(xiàn)場修理受到場地、工具、精度要求等因素制約而難以實施和控制。本文將結合摩洛哥SATTET項目的實際操作經驗介紹磨機軸承座的現(xiàn)場修復（磨機修復至今已有10年時間，經受了時間的檢驗，目前磨機運轉良好）。

摩洛哥SATTET水泥磨磨機采用LM56.3+3磨機。磨機在安裝結束后的檢查中發(fā)現(xiàn)3號軸承座存在鑄造缺陷，鑄件表面有肉眼可見的裂紋。經與HOLCIM業(yè)主及LOESCHE焊接專家討論，決定在現(xiàn)場實施修補作業(yè)。通過12d的修補工作，修復了軸承座的缺陷，并將軸承座的尺寸偏差控制在了正常工作允許的偏差范圍內，具體操作步驟見圖1。

1修復步驟1——畫線

畫線是用來確定缺陷存在的區(qū)域，根據構件表面的裂紋位置來選取切割點，用切割機對存在缺陷的部位進行切割，將存在缺陷的組織進行徹底清理。

圖1　磨機軸承座修復步驟

畫線首先應對軸承座進行超聲波探傷，根據探傷結果初步確定存在缺陷的位置和深度，再對軸承座表面進行標識；其次根據標識線用切割機對軸承座進行切割，觀察內部缺陷的形狀、性質以及程度。注意事項：如是橫向裂紋，為防止裂紋在切割的過程中受外力而繼續(xù)擴大，可在裂紋的兩端用鉆頭鉆止裂孔，可以很好地控制裂紋的擴大。切割時為確保缺陷全部清理，且防范缺陷向軸承座縱深發(fā)展，建議在缺陷存在的上方一定距離并與水平呈30h角的位置開始切割（既可減少切割量又可獲得較好的切割效果），切割順序見圖2。根據超聲波探傷初步確定的缺陷位置，計算出底部水平切割線距離缺陷的距離H1（取1cm）和缺陷上部的斜切線距離缺陷的距離H2（高出缺陷～1cm）。在實際切割的過程中，注意對切割完成的表面進行著色探傷，如發(fā)現(xiàn)缺陷仍存在，則必須選取適當的位置（H2～HX）繼續(xù)切割直至所有的缺陷完全剔除。為防止軸承座變形過大，缺陷的剔除宜采用手持切割機進行切割，不能使用碳弧氣刨。具體步驟見圖3～6所示的順序。

圖2　確定缺陷區(qū)域畫線示意圖

圖3　確定存在缺陷的區(qū)域

圖4　對確定存在缺陷的區(qū)域進行切割

圖5　著色檢查

圖6　直至所有缺陷清除完畢，畫線工作結束

2修復步驟2——預熱

軸承座鑄件使用的材料是焊接性能較好的鑄鋼：G20Mn5+N（N代表正火處理），材料特性如表1和表2所示。

因為軸承座部件體積較大，焊接是在極狹小的范圍內，易造成急熱，而冷卻速度又像油淬作業(yè)一樣迅速，焊接熱影響區(qū)比母材硬度高得多，這會助長焊道下裂縫或焊趾裂縫的發(fā)生。為了防止淬硬，可采取預熱母材的辦法。預熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，避免產生氫致裂紋。同時也可減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高焊接接頭的抗裂性。預熱還可降低焊接應力，減少焊接區(qū)域與被焊工件之間的溫度差（也稱為溫度梯度）。這樣，一方面可降低焊接應力，另一方面，可降低焊接應變速率，有利于避免產生焊接裂紋。預熱到多少度才有效果？這主要應根據材料的成分來決定，通常以含碳量或碳當量來規(guī)定預熱的溫度。采用Seferain法的預熱溫度計算公式如下：

這種方法考慮了碳當量及板厚兩個因素，碳當量的計算公式［1］為：

［C］c=C+40（Mn+Cr）/360+20Ni/ 360+28Mo/360（1）

另外引入了一個板厚碳當量［C］t

［C］t=0.005t［C］c（2）式中：t——板厚，mm

總的碳當量

［C］=［C］c+［C］t=［C］c+（1+0.005t）（3）設預熱溫度為Tp

預熱溫度可由式（4）得出，結合表1、2中數據，通過計算預熱溫度應控制在200℃左右。

表1　化學成分，%

表2　熱處理及力學性能

加熱工具可以使用電加熱（采用高溫伴熱帶可以加熱到190℃，具有升溫效果好、溫度恒溫控制、操作簡單等優(yōu)點，推薦使用），也可以使用烘槍加熱（禁忌使用氣割槍進行加熱），具體視現(xiàn)場條件決定。本次修復工作因受當地條件限制，采用的是烘槍加熱。

注意事項：為了防止軸承座在加熱過程中產生形變，在加熱之前應將軸承座上下蓋用螺栓擰緊，端部用端蓋擰緊（見圖7）。加熱宜緩慢加熱，溫升速度不能過快，烘槍應圍繞著焊接處四周進行均勻加熱，禁忌烘槍在一處長時間加熱，以防局部溫度過高。加熱過程中用紅外線測溫槍，時時檢測加熱溫度，防止軸承座過熱變形。

圖7　軸承座端部用端蓋進行固定

3修復步驟3——堆焊

軸承座的施焊預熱溫度＜300℃，故屬于冷焊范疇，宜采用焊條電弧焊對軸承座進行施焊。焊條的選擇，打底焊接選用直徑較小的? 2.5mm焊條，焊接電流設置為～110A，這樣焊條可以深入根部，很好地控制電弧長度，從而避免焊接不透的缺陷。堆焊焊條的直徑也應選用小直徑的焊條（?3.2mm焊條），這樣可以減少輸入焊件的熱量。在保證焊條與軸承座金屬基本融合的前提下，焊接電流也盡量采用小電流進行施焊，以免焊接溫度過高產生應力。焊條型號的選擇最基本的設想，應當是選用焊接金屬與母材成分相同的焊條。但是現(xiàn)在生產的焊條中很難找到焊接金屬成分與中碳、高碳鋼、低合金鋼成分相同的焊條，最好選用由同樣熱處理后、在抗拉強度或硬度大體上差不多的焊條?？梢赃x用國內的Z116低氫焊條，本案使用的是摩洛哥當地采購的歐洲牌號的焊條。補焊前，應首先檢查焊條是否預熱，一般焊條應經150～250℃烘干1h。預熱后的焊條應置保溫箱中，做到隨用隨取。焊條反復預熱3次，若焊條表面藥皮有脫落、開裂和生銹，應不予使用。為減少殘余應力，可采用水平疊置法進行焊接。每層焊層之間應完全清除焊渣，注意不要出現(xiàn)氣孔、熔深不良等缺陷。為防止焊接處脹大，出現(xiàn)難于矯正的變形，或者由于熔敷金屬的收縮，產生大的應力，以致在焊接中產生裂縫，應在每層焊道上進行錘擊（見圖8），務必使熔敷金屬得到延伸。錘擊時的溫度通常在100～200℃為宜，在這個溫度內能有效防止氫脆。錘擊的方式可使用手錘或風鏟等方法。但應注意：如果錘擊過重過激，反而容易形成塑性變形，會在變形處引起裂縫，因此應很好掌握錘擊的程度。

圖8　焊后錘擊釋放焊接應力

注意事項：焊接過程中應注意觀測焊接區(qū)域的溫度變化，不可高強度連續(xù)施焊，避免局部溫度過高。焊接的過程中要保持軸承座的整體溫度≮150℃，需要持續(xù)對軸承座進行加熱（見圖9），全部焊接完成后，為避免熱影響區(qū)域對金屬淬硬，減慢冷卻速度，防止冷裂紋產生，要對軸承座進行保溫處理，以使軸承座緩冷（見圖10），焊后不需對軸承座進行熱處理。軸承座冷卻后對焊接部位進行探傷檢查，確保焊接質量（見圖11）。

圖9　焊前預熱

圖10　焊后保溫

圖11　焊接質量檢查

4修復步驟4——打磨與拋光

軸承座在堆焊修復處理前后，雖然在焊接的整個過程中從軸承座本體加固到焊接工藝上采取了減少形變的措施，但仍不可避免地會產生形變。如何在有限的現(xiàn)場條件下，消除形變帶來的不利影響，從而使軸承座的圓柱度和粗糙度要求達到圖紙值、滿足使用要求，是修復的關鍵所在。

德國專家推薦的方案是使用專用的鏜孔機在現(xiàn)場對軸承座進行鏜孔處理，這種方法的優(yōu)點是可以很好地保證加工精度，其缺點是，專用設備的使用成本高，現(xiàn)場操作時間長。與德國專家協(xié)商后決定先采用形變抵消法進行處理，此方法是CBMI項目總監(jiān)魯鳳鳴同志結合自己多年的經驗所提出的方法。其核心思想是利用金屬的熱變形抵消堆焊階段所產生的焊接形變。此方法的操作關鍵在于以下幾點：

（1）準確測量出軸承座的形變量和形變方向，從而確定出施加熱變形的區(qū)域和程度，注意要在軸承座完全冷卻的狀態(tài)下進行測量。

（2）熱變形施加區(qū)域大小及位置的確定以及內部溫度的控制完全需要依靠豐富的焊接經驗來確定，沒有準確的計算公式可用。具體實施中注意不要追求一次成功，通過幾次校正來使軸承座的各項指標滿足使用要求。矯正的次數也不易過多，控制在3次左右為宜。圖12～15是一次完整的矯正過程，每次矯正完后進行測量檢查校正的結果。

圖12　選擇校正點進行切割

圖13　對校正區(qū)域進行焊接

圖14　軸承座內部打磨

圖15　軸承座內部拋光

軸承座的內部打磨先用?150的磨光片，角度與接觸點和圓心的連線垂直，沿水平方向橫向打磨。待打磨區(qū)域的高度接近軸承內表面時改用拋光機進行細磨，細磨的方向先橫向再縱向，直至打磨區(qū)域完全和內表面一致時結束，注意打磨的力度和方向，磨光片與軸承座內表面的夾角應盡可能的小。

5修復步驟5——測量

測量是檢測軸承座的形變和各項尺寸的手段。測量工作與步驟4是交叉進行的，為軸承座的修復提供數據支持。測量工具可以使用內徑千分尺，測量前需要畫出測量輔助線，先在軸承內部沿圓周方向將軸承座進行12等分（也可更多，越多越準確）畫線，再沿軸方向將軸承座表面進行6等分（也可更多）畫線，以保證測量在同一平面的直徑方向上進行，減小測量誤差（圖13中可以看到所畫的測量輔助線）。當軸承座的所有指標達到圖紙要求時測量工作結束，軸承座的修復工作也宣告成功完成。

［1］副島一雄，仁熊賢次.焊接技術叢書--鑄鋼焊接［M］.黑龍江：黑龍江人民出版社，1980. ［2］陳伯蠡.金屬焊接性基礎［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1982.

［3］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［4］王黎明，王曉，左秀珍，劉廣偉，楊秀英.鋼零件焊接預熱溫度的確定［A］.黑龍江八一農墾大學學報.2002，14(3).

Field Treatment Scheme of Casting Defects of Roller Mill Machine Bearing Seat

TQ172.632.5文獻標識碼：A文章編號：1001-6171（2016）02-0073-04

通訊地址：中材建設有限公司，北京100176；2015-06-02；編輯：趙蓮