脫硫濕式球磨機大型空心軸軸頸磨損修復(fù)工藝探索及應(yīng)用

摘 要：針對粵西某電廠脫硫濕式球磨機空心軸軸頸磨損深度約5 mm的情況，技術(shù)人員綜合比較了國內(nèi)幾種常用的大型軸頸修復(fù)工藝，因施工條件限制以及軸頸磨損過深，幾種修復(fù)工藝均不適用于該項目。經(jīng)過分析研究，探索出該項目適合采用手工電弧焊修復(fù)的工藝并成功實施，為類似大型空心軸軸頸磨損修復(fù)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：球磨機;空心軸;軸頸磨損;修復(fù)

1 項目背景

粵西某電廠脫硫系統(tǒng)濕式球磨機由克萊德貝爾格曼供貨，2018年4月發(fā)現(xiàn)其入口軸承跑內(nèi)圈，塞尺測量軸承與軸裝配位置間隙4～5 mm，因此需對其入口中空軸進行修復(fù)處理。技術(shù)人員對比了國內(nèi)幾種大型軸頸修復(fù)工藝，通過分析比較并結(jié)合本項目的特點，發(fā)現(xiàn)因施工條件限制以及軸頸磨損過深，這幾種修復(fù)工藝均不適用于本項目，所以決定針對本項目特點，依托自身檢修力量開展技術(shù)攻關(guān)，探索出一種采用手工電弧焊修復(fù)的工藝對空心軸進行修復(fù)。本項目實施后，修后設(shè)備各運行參數(shù)均達優(yōu)良值，設(shè)備保持長周期正常平穩(wěn)運行，取得了顯著成效。

2 各種修復(fù)工藝對比研究

脫硫濕式球磨機空心軸直徑為750 mm，壁厚97.5 mm，空心軸與大端蓋為整體鑄造成型，大端蓋直徑2 800 mm。報告顯示空心軸硬度為HB135。軸頸磨損量約5 mm。專業(yè)技術(shù)人員對比研究了對目前國內(nèi)常用的幾種修復(fù)工藝。

2.1? ? 高分子納米材料修復(fù)工藝

高分子納米材料是由航空級樹脂、納米無機材料和高性能碳材料、纖維等先進材料通過聚合工藝生成的一種高科技納米新型材料，該材料最大的優(yōu)點在于粘結(jié)強度高、綜合力學(xué)性能好、抗腐蝕、易于成型、可加工等，且對修復(fù)厚度沒有要求。高分子納米材料修復(fù)工藝施工簡單且不用拆卸大端蓋，可直接在現(xiàn)場進行修復(fù)，施工工期短。修復(fù)過程不產(chǎn)生熱量，不會造成空心軸變形，費用相對較低。前述空心軸于2017年曾出現(xiàn)磨損故障，采取了該工藝修復(fù)，但修復(fù)完的設(shè)備投運不足一年就又出現(xiàn)納米材料破碎造成軸承損壞的問題。該工藝不夠成熟，耐沖擊性能差，不適用于球磨機空心軸這種重負載運行的工況。

2.2? ? 激光熔覆修復(fù)工藝

激光熔覆修復(fù)工藝是一種表面強化技術(shù)，以激光熔覆為修復(fù)技術(shù)平臺，以金屬粉末為材料，在修復(fù)部位逐層熔覆，之后對其進行機加工[1]。該工藝的優(yōu)點是激光熔覆焊材與基體熔合強度高，耐磨性好，修復(fù)質(zhì)量有保證。激光熔覆對基體產(chǎn)生的熱量較少，空心軸在修復(fù)過程中升溫不超過80 ℃，產(chǎn)生的熱應(yīng)力少不易變形。但該工藝也存在激光熔覆機工作時要噴射金屬粉末焊材進行熔焊，焊機只能在焊接體上方作業(yè)，無法進行仰焊作業(yè)的問題。在軸修復(fù)時，焊機固定，將軸盤動轉(zhuǎn)動對軸進行圈周補焊，但球磨機軸頸修復(fù)需拆除軸承，筒體無法轉(zhuǎn)動，故該工藝無法在現(xiàn)場實施。此外，修復(fù)厚度過厚，質(zhì)量不容易控制，加上用該工藝修復(fù)的費用較高，機加工難度大，因此不適用于本項目。

2.3? ? 脈沖閃焊修復(fù)工藝

脈沖閃焊就是利用脈部閃焊設(shè)備發(fā)出的可控脈沖電流（實際上是一種脈況電能）在補材與工件修復(fù)面接觸處0.5～1.0 mm，由于接觸電阻而在瞬間將補材加熱并與工件修補部位的基材熔（焊）合在一起而形成焊補層，從而達到修復(fù)目的。該工藝的優(yōu)點有熱輸入小，可避免因熱輸入大而使工件基體材質(zhì)產(chǎn)生熱影響區(qū)和尺寸變形;結(jié)合強度高，幾乎與堆焊和噴焊的結(jié)合強度相當(dāng)[2]。缺點是設(shè)備較大，不易操作;修復(fù)時間較長，加工效率低，且大面積磨損修復(fù)難度較大等;對深度超過5 mm的工件修復(fù)時間過長，多層焊接質(zhì)量難以保證。由于本項目空心軸的磨損深度已超過5 mm，因此該工藝不適用于本項目。

其余的還有摩擦電噴鍍修復(fù)工藝[3]、熱噴焊修復(fù)工藝、微弧焊修復(fù)工藝等，這些修復(fù)工藝各有優(yōu)缺點，但大多都存在需要修復(fù)工件能轉(zhuǎn)動，或修復(fù)的厚度不能太厚等問題。本項目的空心軸軸頸是套裝軸承的部位，軸承已損壞需拆除，空心軸無法轉(zhuǎn)動，只能就地修復(fù)或拆下大端蓋，裝在專用工裝上轉(zhuǎn)動修復(fù)。但大端蓋的直徑為2 800 mm，結(jié)構(gòu)不規(guī)則，施工難度較大。大部分修復(fù)工藝的修復(fù)厚度達不到5 mm，若修復(fù)厚度過厚則質(zhì)量難以保證，且費用也較高。

綜合考慮，上述幾種工藝均不適用于本項目，專業(yè)技術(shù)人員決定立足于自身的技術(shù)力量探索新的修復(fù)工藝。

3 本項目的特點和方案研究

本項目有以下3個特點：（1）軸頸磨損深度達5 mm，遠超一般大型軸頸所需的修復(fù)厚度。（2）球磨機的運行工況對耐沖擊要求較高，修復(fù)焊材與軸頸的結(jié)合度要好。（3）球磨機筒體的轉(zhuǎn)速較低，只有21.06 r/min，與發(fā)電機轉(zhuǎn)子或汽輪機大軸相比，轉(zhuǎn)速低得多，對加工精度的要求沒有那么高。技術(shù)人員經(jīng)研究和論證決定本項目采用手工電弧焊修復(fù)工藝進行修復(fù)。手工電弧焊修復(fù)工藝的優(yōu)點是焊材結(jié)合度好，修復(fù)效果有保證，且不受堆焊厚度的限制，適用于本次修復(fù)工作。經(jīng)過一些技術(shù)手段可以將加工精度控制在可接受范圍內(nèi)，不影響設(shè)備正常運行。但該修復(fù)工藝很少有工程實例，有幾方面的技術(shù)問題需要解決。

4 手工電弧焊堆焊工藝的技術(shù)難點

（1）需保證焊接質(zhì)量，確保手工電弧焊修復(fù)后達到空心軸的質(zhì)量要求。（2）手工電弧焊產(chǎn)生的熱量較大，空心軸會形成較大的熱應(yīng)力。而且空心軸的尺寸較大，壁厚較厚，空心軸受熱過大形成熱應(yīng)力后容易發(fā)生變形。（3）需將大端蓋拆下進行堆焊及車削，在回裝時要保證進出口軸的同心度，否則會使球磨機筒體進出口不同心而產(chǎn)生跳動，使設(shè)備振動過大而無法投運。

5 施工方案制訂及實施

（1）為保證焊接質(zhì)量和避免焊接過程熱應(yīng)力過大使空心軸變形，采用了以下施工工藝：1）用砂輪機及金屬磨頭消缺。首先將原納米高分子修復(fù)層全部去除，表面打磨后經(jīng)光譜檢驗，確定修復(fù)層全部打磨消除后，再把表面修復(fù)平整。2）對堆焊區(qū)采用履帶式整體加熱方式，對外壁加熱。預(yù)熱溫度為200～250 ℃，保溫3～5 h，預(yù)熱范圍為堆焊區(qū)200 mm左右。禁止在空氣對流的場所進行補焊。3）焊條為？準(zhǔn)4 mm，型號E5015，使用前經(jīng)350 ℃烘焙1 h，或按焊接條說明書進行烘焙，焊條烘焙后放在保溫桶中，隨用隨取。4）采用直流電焊機，反接法，電流130～160 A。5）焊接時，焊條不應(yīng)擺動過大，應(yīng)分段、交錯焊接，采用短弧、窄焊道多層焊。焊接時注意操作手法，防止產(chǎn)生夾渣氣孔缺陷，并與兩側(cè)本體圓滑相接，如需要多層多道焊時，填充層每焊接1/2～1根焊條，即停焊清渣。使用小手錘或風(fēng)鏟，先打掉焊縫藥皮，再對焊縫細密捶擊3個來回以松弛應(yīng)力，再接著焊接下一層，保證焊道不擺動或擺動幅度較小，捶擊時先捶擊焊道中間再捶擊焊道邊界，蓋面層不需要捶擊。層間溫度低于預(yù)熱溫度下限后，應(yīng)停焊再次加熱達到預(yù)熱溫度后才可以繼續(xù)焊接。焊接時空心軸內(nèi)部要填滿保溫，以減緩溫度的降低速度。蓋面層焊縫略高于大軸表面1～2 mm，以保證有加工余量。6）補焊過程中若發(fā)現(xiàn)裂紋及缺陷，應(yīng)徹底清除后方可繼續(xù)補焊。7）空心軸堆焊后必須立即進行焊后熱處理，采用履帶式加熱方法對焊接區(qū)域進行整體加熱，考慮到空心軸表面精度或脫碳影響使用，回火溫度應(yīng)適當(dāng)降低，因此對焊接區(qū)加熱可采用兩種方法：一是500～550 ℃保溫2 h，二是350～400 ℃保溫6 h。8）焊后補焊區(qū)域的硬度應(yīng)不高于原母材硬度的40%，焊縫表面著色探傷Ⅱ級合格。9）把焊接后的空心軸送車床進行粗加工后再進行表面探傷，合格后再進行精加工。10）對空心軸進行堆焊的過程中用百分表多次測量偏心度，若某方向偏心度過大即減慢堆焊速度或停止堆焊，或采用在對面的相應(yīng)位置堆焊的方式進行調(diào)整。焊接完成并且熱處理完畢后再次仔細測量，確認最終偏心值。上車床加工時也在水平方向和垂直方向用兩塊百分表進行測量，經(jīng)過粗車后再進行精加工，確保加工后空心軸偏心度在可接受范圍內(nèi)。（2）對回裝進出口大端蓋同心度調(diào)整采用了如下施工方案：1）在拆卸大端蓋前將大端蓋均分為八等份，以筒體邊沿為基準(zhǔn)點測量筒體邊沿與大端蓋側(cè)面的偏差值，做好記錄。2）分析球磨機筒體和前后大端蓋的結(jié)構(gòu)，找準(zhǔn)安裝測量的基準(zhǔn)點。3）回裝大端蓋時采用帶錐度的螺桿對大端蓋的同心度進行初步調(diào)整。回裝到位后再次測量原8個點筒體與大端蓋邊沿的偏差值，并與拆卸前的數(shù)據(jù)進行對比。數(shù)據(jù)不同的根據(jù)測量數(shù)值進行微調(diào)，直至調(diào)整后的偏差數(shù)值與原數(shù)值相符。4）利用4個百分表測量軸向及徑向跳動值，超標(biāo)的應(yīng)進行調(diào)整，保證齒圈的中心位置正確。大齒輪徑向跳動不超過0.4 mm，軸向跳動不超過0.4 mm。5）調(diào)整大齒輪圈與小齒輪的齒頂間隙和齒側(cè)間隙直至符合規(guī)程要求。

6 項目實施效果

按照施工方案嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工藝要求，對空心軸進行補焊修復(fù)后的檢測表面硬度符合要求，表面著色探傷檢查合格。車床粗加工和精加工后表面金屬粗糙度達標(biāo)準(zhǔn)要求，進出口空心軸同心度調(diào)整后符合要求，回裝大端蓋后調(diào)整各數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求。整機修后試運時進出口軸承振動值最大不超過0.02 mm/s，優(yōu)于指標(biāo)0.15 mm/s。設(shè)備修后已投運兩年多，設(shè)備狀況良好，達到預(yù)期目標(biāo)。

7 結(jié)語

本項目因現(xiàn)場實際情況不適合采用國內(nèi)較普遍使用的修復(fù)工藝，故根據(jù)項目特點，立足自身技術(shù)力量，研究出一套修復(fù)質(zhì)量優(yōu)良且成本低、工期短的修復(fù)工藝，打破了球磨機大型空心軸必須外委修復(fù)的技術(shù)壟斷。本項目采用傳統(tǒng)的手工電弧焊修復(fù)工藝，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，克服了對空心軸補焊易產(chǎn)生熱應(yīng)力引起變形的技術(shù)難題。同時研究出回裝大端蓋調(diào)整同心度的施工方案，設(shè)備投運后各參數(shù)達到優(yōu)良值，且保證了設(shè)備長周期穩(wěn)定運行，項目取得了成功，為修復(fù)脫硫濕式球磨機大型空心軸提供了經(jīng)驗。

[參考文獻]

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[3] 魯紅春，趙甦.應(yīng)用摩擦電噴鍍技術(shù)現(xiàn)場修復(fù)大型發(fā)電機勵磁機整流子[J].電刷鍍技術(shù)，2005（3）：52-54.

收稿日期：2021-01-21

作者簡介：劉毅（1977—），男，廣東湛江人，鍋爐工程師，研究方向：火力發(fā)電廠環(huán)化設(shè)備檢修管理。