冷焊技術(shù)對(duì)機(jī)泵軸承箱內(nèi)孔跑套的處理方法

郭衛(wèi)洪

（中國(guó)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(wàn)噸合成氨80 萬(wàn)噸尿素裝置是國(guó)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(guò)對(duì)原引進(jìn)技術(shù)的消化吸收再創(chuàng)新，匯集中國(guó)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(shì)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(guó)產(chǎn)化，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到99%以上，并取得一次開(kāi)車成功。但自開(kāi)車以來(lái)，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(duì)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(duì)中檢查以及葉輪動(dòng)平衡的檢測(cè)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(guò)大即俗稱跑套現(xiàn)象。決定采用冷焊技術(shù)對(duì)多臺(tái)機(jī)泵軸承箱進(jìn)行了處理。本文給出了冷焊過(guò)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(duì)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(lái)安全隱患。化肥三廠尿素裝置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(wú)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(duì)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(guò)渡到工件的表層。

冷焊機(jī)在國(guó)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(kāi)發(fā)出來(lái)的。主要用途是使用高硬度的碳化鎢等材料對(duì)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(guò)程中能夠產(chǎn)生類似脈沖的柔和的電弧，對(duì)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(duì)于油污和長(zhǎng)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(duì)各種惡劣的母材環(huán)境。故本文推薦使用冷焊技術(shù)對(duì)軸承箱內(nèi)孔跑套作為優(yōu)先選擇處理方案。通過(guò)此方案，先后對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)和中心的定位

測(cè)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(cè)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(kāi)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(jiàn)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(duì)刀按照之前的坐標(biāo)進(jìn)行，并用百分表對(duì)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(duì)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(duì)軸承箱內(nèi)孔壁進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)。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(cè)量，軸承外徑采用外徑千分尺測(cè)量。因軸承箱內(nèi)孔和軸承外徑尺寸配合為過(guò)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(duì)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(yǔ)

此種方法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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。