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　　摘　要：采用代用材料及冷焊法對(duì)磨煤機(jī)變速箱高速軸斷裂部位進(jìn)行了修復(fù)，較好地控制了焊接變形。通過(guò)機(jī)加工基本消除了焊接變形的影響，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。為今后進(jìn)行軸的焊接修復(fù)工作摸索了成功經(jīng)驗(yàn)。
　　關(guān)鍵詞：變速箱高速軸；代用材料；焊接變形
　　0　前言
　　華能德州電廠#6鍋爐容量為2209T/H，其磨煤機(jī)變速箱由德國(guó)Friedr公司設(shè)計(jì)、制造，在正常運(yùn)行中磨煤機(jī)變速箱高速軸突然發(fā)生斷裂失效。由于無(wú)事故備品且加工新軸需要很長(zhǎng)的周期，為盡快使設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行，我們采取對(duì)舊軸焊接修復(fù)的方法以解燃眉之急。通過(guò)采用代用材料對(duì)斷裂部位進(jìn)行焊接修復(fù)，并安裝使用，效果較為理想。
　　1　斷裂情況介紹
　　變速箱高速軸通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)相連接，電機(jī)功率為1540kW，轉(zhuǎn)速993r/min。斷裂發(fā)生在變速箱高速軸安裝冷卻風(fēng)扇的部位，該處軸的直徑為125mm。從高速軸斷口宏觀初步分析，屬于疲勞脆性斷裂，斷口形貌見(jiàn)圖1，圖2。 　　2　高速軸概況
　　2.1軸的材料性能及焊接性能
　　該軸材料為德國(guó)17CrNiMo6高強(qiáng)鋼，且經(jīng)過(guò)滲碳及調(diào)質(zhì)處理，材料的焊接性很差，不宜進(jìn)行焊接。材料化學(xué)成分及性能見(jiàn)表1和表2。 　　2.2原始數(shù)據(jù)測(cè)量
　?。?）斷裂位置距軸肩46mm，軸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。
　　（2）變形測(cè)量：通過(guò)測(cè)量軸的徑向跳動(dòng)，發(fā)現(xiàn)軸存在輕微彎曲變形，主要在軸徑A、B位置（A：徑向跳動(dòng)0.08mm，B：徑向跳動(dòng)0.04mm）。
　?。?）硬度測(cè)量：軸表面布氏硬度為296～316HB。
　　3　修復(fù)工藝
　　3.1修復(fù)方案
　　按照設(shè)備使用技術(shù)要求，徑向跳動(dòng)≤0.03mm時(shí)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。從軸的測(cè)量數(shù)據(jù)分析，斷軸已經(jīng)發(fā)生輕微變形。所以，焊接的關(guān)鍵：是糾正斷裂引起的變形并盡量減小焊接、熱處理產(chǎn)生的焊接變形；第二是保證焊縫的內(nèi)在質(zhì)量。
　　為消除焊接變形的影響，聯(lián)軸器側(cè)擬采用留有較大加工余量的代用材料。代用材料應(yīng)當(dāng)使用相同牌號(hào)或性能相近的材料。通過(guò)機(jī)加工消除焊接變形的影響，以確保軸的精度要求。為便于軸的對(duì)接施焊，在軸斷裂相接的兩側(cè)機(jī)加工出以軸線(xiàn)為中心的<40mm×100mm的中心孔（經(jīng)過(guò)強(qiáng)度計(jì)算，在軸的中心加工<40mm×200mm的中心孔不影響軸的使用）。具體修復(fù)工藝如下：首先將舊軸（斜齒輪側(cè)）上車(chē)床找正中心，中間使用支撐架。用45鋼加工的<40mm×200mm的芯軸將欲焊接的二部分連接在一起。在軸徑A、B處安裝百分表，用于測(cè)量軸的徑向跳動(dòng)。由于17CrNiMo6材料國(guó)內(nèi)無(wú)法采購(gòu)，因而聯(lián)軸器端使用性能相近的20CrNiMo材料代用，代用材料尺寸為<165mm×480mm。代用材料的化學(xué)成分及性能如表3，表4。 　　3.2焊前準(zhǔn)備
　?。?）機(jī)加工軸焊接端部為U形坡口，坡口角度10°～15°，U形坡口處R為5mm，鈍邊1.5mm，對(duì)口間隙2～2.5mm。
　?。?）用金相砂紙打磨軸接縫部位周?chē)?0mm范圍內(nèi)使之露出金屬光澤，注意不要損害軸的表面。
　?。?）表面探傷檢驗(yàn)補(bǔ)焊區(qū)不得存在裂紋。
　?。?）焊接前用遠(yuǎn)紅外加熱繩在部件兩側(cè)加熱，將焊接部位預(yù)熱至250℃，并在焊接過(guò)程中保持層間溫度不低于150℃，但不超過(guò)200℃。
　　3.3焊接及檢驗(yàn)
　　焊接方法選用焊條電弧焊，選用<2.5mm的MAGNA303焊條。焊條使用前進(jìn)行100℃×1h烘干，裝入保溫筒中隨用隨取。焊接參數(shù)及技術(shù)要求:焊接時(shí)先用<2.5mm的焊條，電流選擇65～70A，沿整個(gè)坡口表面堆焊一層，而后降低預(yù)熱溫度至200℃以下。之后用<3.2mm的焊條，電流選擇75～85A，進(jìn)行填充和蓋面焊接。焊接時(shí)在車(chē)床上圓周轉(zhuǎn)動(dòng)施焊，注意接頭錯(cuò)開(kāi)，焊條不做擺動(dòng)。焊接時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行適當(dāng)錘擊，減小焊接應(yīng)力引起的變形。焊后焊縫要和母材圓滑過(guò)渡，并高出母材2mm。當(dāng)焊縫冷至150℃以下時(shí)立即對(duì)焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行400℃并保溫1h的熱處理，焊縫兩側(cè)的加熱寬度每側(cè)不小于50mm。著色探傷檢測(cè)焊縫與熱影響區(qū)不得有裂紋存在。焊縫進(jìn)行超聲波探傷，按照J(rèn)B4730—94標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)合格。高速軸焊接區(qū)域見(jiàn)圖3。 　　3.4工藝控制要點(diǎn)
　　（1）定位焊對(duì)好口后，按照?qǐng)D4位置轉(zhuǎn)動(dòng)軸，測(cè)量軸A、B表面8個(gè)方向上的徑向跳動(dòng)。找出徑向跳動(dòng)Z大的位置，將軸轉(zhuǎn)到水平位置區(qū)域，首先焊接一段，然后二人對(duì)稱(chēng)焊接。參照冷焊的工藝方法，多層多道，短段施焊，每次焊長(zhǎng)度40～50mm停焊。焊縫厚度每增加15mm停焊，之后轉(zhuǎn)動(dòng)軸，測(cè)量A、B徑向跳動(dòng)，將徑向跳動(dòng)Z大位置轉(zhuǎn)動(dòng)至Z上部位置（圖5中270°位置），先錘擊，然后錘擊焊縫其它部位。依次焊接，直至焊接工作完成。 　?。?）熱處理加熱時(shí)將軸徑向跳動(dòng)Z大點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到Z上部，熱處理保溫完畢拆下保溫材料及加熱繩后在車(chē)床上低速旋轉(zhuǎn)，測(cè)量A、B面的徑向跳動(dòng)，找準(zhǔn)徑向跳動(dòng)Z大點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)該點(diǎn)焊縫表面進(jìn)行適當(dāng)錘擊。再次測(cè)量A、B面的徑向跳動(dòng)，直至將變形量控制在Z小范圍。
　　（3）機(jī)加工時(shí)，以原軸的中心線(xiàn)為中心重新找正并加工，代用材料側(cè)軸的機(jī)加工用頂針孔，將焊接變形控制在Z小范圍。
　　3.5數(shù)據(jù)測(cè)量及安裝
　　運(yùn)轉(zhuǎn)情況焊接及熱處理后測(cè)量A、B軸徑處的徑向跳動(dòng)數(shù)值為0.02mm，0.07mm。機(jī)械加工后測(cè)量A、B軸徑處的徑向跳動(dòng)數(shù)值為0.01mm，0.02mm。焊縫區(qū)域的硬度數(shù)值見(jiàn)圖5。 　　安裝后滿(mǎn)足間隙要求，軸運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
　　4　結(jié)論
　　實(shí)踐證明，對(duì)于變形量要求較小的軸類(lèi)部件，采用一定尺寸富裕度的代用材料作為焊接端，并采用冷焊和反變形法對(duì)其焊接修復(fù)，然后用機(jī)加工消除焊接變形是一種較為有效的方法。對(duì)于價(jià)格昂貴的進(jìn)口軸，此方法修復(fù)時(shí)間短、費(fèi)用低，能夠滿(mǎn)足使用要求，是降低檢修成本的好方法。目前，該軸已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行半年，仍然運(yùn)轉(zhuǎn)良好，為發(fā)電廠今后進(jìn)行軸的焊接修復(fù)工作摸索了成功經(jīng)驗(yàn)。