冷焊技術(shù)對機(jī)泵軸承箱內(nèi)孔跑套的處理方法

郭衛(wèi)洪

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化化肥三廠年產(chǎn)45 萬噸合成氨80 萬噸尿素裝置是國內(nèi)首套采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成套技術(shù)設(shè)計(jì)的大型化肥裝置。由寰球工程公司與寧夏石化公司以工廠化EPC 總承包模式共擔(dān)重任，通過對原引進(jìn)技術(shù)的消化吸收再創(chuàng)新，匯集中國石油在化肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、建設(shè)生產(chǎn)方面的優(yōu)勢資源，突破重大關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了化肥裝置從工藝技術(shù)設(shè)計(jì)到關(guān)鍵裝備研發(fā)制造的國產(chǎn)化，設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到99%以上，并取得一次開車成功。但自開車以來，多臺(tái)機(jī)泵振速超標(biāo)，不能達(dá)到要求機(jī)泵振速運(yùn)行在B 類區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)范圍。故而對機(jī)泵采用了全方位的降低振速的措施，包括更換軸承、軸彎曲檢查、對中檢查以及葉輪動(dòng)平衡的檢測等。后排查發(fā)現(xiàn)在排除了影響振速的諸多因素后，最終影響振速的原因是多臺(tái)機(jī)泵存在軸承箱內(nèi)孔與軸承外圈配合間隙過大即俗稱跑套現(xiàn)象。決定采用冷焊技術(shù)對多臺(tái)機(jī)泵軸承箱進(jìn)行了處理。本文給出了冷焊過程中需要注意的特定步驟和處理方法。

1 修復(fù)方案的選擇

通常機(jī)泵軸承箱跑套的處理方式有鑲套、堆焊、熱噴涂、刷鍍等處理方法。由于機(jī)泵軸承箱內(nèi)孔有回油槽、定位脹環(huán)、軸承箱內(nèi)壁較薄如鑲套會(huì)造成軸承箱強(qiáng)度降低，故否決了鑲套的方法。軸承箱一般均采用鑄鐵材質(zhì)，焊接性較差，如對軸承箱內(nèi)孔堆焊，極易產(chǎn)生裂紋，影響泵的運(yùn)行，并帶來安全隱患?；嗜龔S尿素裝置P3801A 碳銨密閉排放回收泵軸承箱內(nèi)孔跑套首次處理采用堆焊技術(shù)，導(dǎo)致軸承箱內(nèi)孔變形，支口失去基準(zhǔn)以致后期安裝無法保證軸與泵體同心度就是典型例子。而熱噴涂及刷鍍附著層較薄且因?yàn)槭氰T鐵材質(zhì)，母材與焊材結(jié)合效果差。因此本文推薦使用冷焊技術(shù)對軸承箱內(nèi)孔進(jìn)行修復(fù)[1]。

2 冷焊工藝的確定

2.1 冷焊設(shè)備的選擇

冷焊機(jī)原理是利用充電電容，以10-3～10－1秒的周期，10-6～10－5秒的超短時(shí)間放電。電極材料與工件接觸部位瞬間會(huì)被加熱到8 000～10 000℃，等離子化狀態(tài)的熔融金屬以冶金的方式過渡到工件的表層。

冷焊機(jī)在國際上叫 ESD（Electro Spark Deposition），是由蘇聯(lián)的專家應(yīng)用類似于放電加工機(jī)（Electro Discharge Machining）的電路原理研究開發(fā)出來的。主要用途是使用高硬度的碳化鎢等材料對模具/金屬表面進(jìn)行涂層加工，提高耐磨性，耐熱性，耐燒粘等性能。焊接過程中能夠產(chǎn)生類似脈沖的柔和的電弧，對各類鑄鐵母材的熱影響非常小，特殊的脈沖電弧能夠清除各類鑄鐵表面的雜質(zhì)，甚至對于油污和長期油浸的鑄鐵件的焊接也具有很好的滲透性而不會(huì)產(chǎn)生氣孔或者夾雜，而熱影響區(qū)硬度不會(huì)變得非常高，利用冷焊工藝焊接的成型焊縫具有非常優(yōu)秀的抗裂性，能夠應(yīng)對各種惡劣的母材環(huán)境。故本文推薦使用冷焊技術(shù)對軸承箱內(nèi)孔跑套作為優(yōu)先選擇處理方案。通過此方案，先后對化肥三廠P3801A 碳銨密閉排放回收泵、P3401A 第二吸收塔給料泵、P3642B 粉塵回收補(bǔ)充水泵等機(jī)泵做了處理，振速由4.7 mm/s 降至1.5 mm/s以下，效果良好。

2.2 軸承箱內(nèi)孔的表面處理

解體機(jī)泵，拆除軸承，用卡簧鉗取掉軸承箱內(nèi)的定位卡簧，首先用洗油對軸承箱內(nèi)孔進(jìn)行清洗，去除油污及雜質(zhì)。然后采用丙酮或采用氣焊火焰進(jìn)行加熱對軸承箱內(nèi)孔表面進(jìn)行脫脂處理，以便提高冷焊的焊接質(zhì)量。

2.3 軸承箱的同心度檢測和中心的定位

測量機(jī)泵軸承箱驅(qū)動(dòng)側(cè)內(nèi)孔尺寸，上數(shù)控機(jī)床加工機(jī)泵卡具，配合間隙0～0.01 mm。車好卡具后將泵殼裝在卡具上，然后將百分表架在加工中心的刀具上檢測泵體支口端面和圓周方向與軸承箱內(nèi)孔的同心度是否存在偏差。

確認(rèn)合格后，再加工泵殼支口卡具?？ň吲c殼體支口配合間隙仍然留0～0.01 mm。在卡具上裝上軸承箱找出泵體中心，記下刀具X 軸Y 軸坐標(biāo)，然后拆除軸承箱。此時(shí)，泵殼支口卡具仍留在加工中心上。開始采用冷焊技術(shù)修復(fù)泵殼。

2.4 軸承箱的修復(fù)

先將軸承箱內(nèi)孔進(jìn)行打磨去除表層金屬。然后采用冷焊槍進(jìn)行焊接。由于該焊槍采用的是脈沖式電火花放電，融化焊絲和母材結(jié)合。熱變形極小。金屬層覆蓋厚度在0.20～0.35 mm 即可（見圖1）。

圖1 冷焊后的表面成型情況

冷焊修復(fù)完畢后按照卡具示意圖安裝泵殼到數(shù)控加工中心的卡具上。對刀按照之前的坐標(biāo)進(jìn)行，并用百分表對端面進(jìn)行找正，保證泵體與卡具同心。誤差[2]控制在0.00～0.02 mm。然后對軸承箱內(nèi)孔進(jìn)行車削加工。此處內(nèi)孔加工尺寸按照軸承外徑尺寸進(jìn)行。比如NSK7310BDB 角接觸軸承，外徑為φ110 mm，加工尺寸可以給到φ110-φ（110-0.02）mm。加工完畢后可以對軸承箱內(nèi)孔壁進(jìn)行無損探傷檢測。安裝軸承時(shí)，復(fù)核軸承箱內(nèi)孔與軸承外徑尺寸。內(nèi)孔可用量缸表測量，軸承外徑采用外徑千分尺測量。因軸承箱內(nèi)孔和軸承外徑尺寸配合為過度配合，為了防止安裝軸承時(shí)，因敲擊軸承外圈造成軸承損壞，需要對軸承箱殼體進(jìn)行預(yù)熱，使得泵殼產(chǎn)生熱膨脹，軸承箱內(nèi)孔尺寸會(huì)膨脹0.03～0.05 mm，軸承箱內(nèi)孔與軸承外徑尺寸會(huì)產(chǎn)生間隙配合，這樣安裝會(huì)容易得多。加熱軸承箱的方法可以采用熱水浸泡或采用烘箱加熱，溫度控制在60℃左右即可。

3 結(jié)語

此種方法通過現(xiàn)場機(jī)泵運(yùn)行半年觀察后，振速一直運(yùn)行在A 區(qū)（1.8 mm/s 以下），獲得良好的效果，大大減少了檢修周期，節(jié)約了檢修成本，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。冷焊技術(shù)修復(fù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于堆焊要厚度均勻，加工找正的誤差不能大于0.02 mm。