立磨減速機(jī)輸出軸花鍵及相配合的齒套齒面磨損、裂縫及局部斷裂等問(wèn)題，拆裝更換費(fèi)用較高，通過(guò)在線堆焊對(duì)其進(jìn)行修復(fù)既做到了節(jié)約資金又達(dá)到了正常使用的效果。

　　一、 概述

　　我公司二線原料立磨為1996年引進(jìn)丹麥?zhǔn)访芩沟腁TOX. R-50型立磨，立磨減速機(jī)型號(hào)TTVL3980A，輸入功率4000KW，輸入轉(zhuǎn)速 995r/min，速比1：40.36，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

　　立磨減速機(jī)輸出軸花鍵及齒套齒面長(zhǎng)期使用出現(xiàn)較大程度損傷，共計(jì)72套齒齒面均存在2-3mm磨損，從而導(dǎo)致配合出現(xiàn)約3mm 的相互錯(cuò)位移動(dòng)，配合間隙超標(biāo)，且花鍵齒已斷裂或裂縫共計(jì)10處(見(jiàn)圖2、圖3)，齒套齒斷裂或裂縫共計(jì)16處，綜合隱患大，嚴(yán)重影響設(shè)備安全正常使用。

　　此減速機(jī)為史密斯ATOX50立磨首批配套減速機(jī)，屬平行軸式結(jié)構(gòu)，整體體積及重量較大，整體抽出進(jìn)行解體更換損壞輸出軸難度極大，且修復(fù)工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，同時(shí)對(duì)各級(jí)齒輪嚙合調(diào)整恢復(fù)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大，綜合分析決定對(duì)減速機(jī)輸出軸花鍵齒實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)堆焊及工裝專用銑床修形修復(fù)，齒套齒離線熔敷及機(jī)加工修復(fù)方案。

　　二、修復(fù)方案設(shè)計(jì)

　　(1) 對(duì)于減速機(jī)輸出軸花鍵齒面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手工堆焊，需對(duì)部件進(jìn)行預(yù)熱及保溫等，根據(jù)減速機(jī)相關(guān)圖紙核實(shí)，輸出軸下部裝配組件含有上軸瓦、大齒圈及下軸瓦，花鍵焊接預(yù)熱及保溫?zé)崃總鲗?dǎo)到上軸瓦位置，輸出軸在此部位的熱膨脹量可能會(huì)損壞軸瓦、存在輸出軸熱膨脹損壞軸瓦的風(fēng)險(xiǎn)，下部大齒圈及下軸瓦組件遠(yuǎn)離花鍵修復(fù)區(qū)，必要時(shí)可以通過(guò)冷卻手段控制下部大齒圈及下軸瓦組件與輸出軸的溫度，不至于因?yàn)闇囟冗^(guò)高導(dǎo)致軸瓦燒毀的現(xiàn)象發(fā)生，最終釆取將減速機(jī)整體抽出至立磨殼體外部，對(duì)減速機(jī)輸出法蘭、輸出軸上軸瓦進(jìn)行拆除已解決熱量傳遞造成軸瓦損壞的問(wèn)題，亦可增大現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的操作空間。

　　(2) 減速機(jī)輸出軸母材材質(zhì)為30CrNiMo8 (原圖紙標(biāo)注)，可焊性較差。經(jīng)綜合分析，決定釆用藥芯焊絲氣體保護(hù)堆焊，焊接質(zhì)量控制重點(diǎn)包括：①堆焊材料選用梯度材料，即過(guò)渡層+工作層方式;②修復(fù)時(shí)釆用雙人對(duì)稱焊接以控制焊接變形;③釆用超高能高頻 消應(yīng)力方式逐層去除焊接應(yīng)力。

　　(3) 減速機(jī)輸出軸花鍵齒共計(jì)72個(gè)，除部分齒斷裂或裂縫外，每個(gè)齒工作面磨損約 2-3mm，堆焊后的修形工作量大，同步必須保證齒位及齒廓等齒形的修復(fù)精度，經(jīng)多方面研究，釆取對(duì)此花鍵齒修形研制組裝專用小銑床，安裝固定在輸出軸頂部，對(duì)72個(gè)齒實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工方式，不僅可保證齒形精度，還可提高工作效率，一舉實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新及難點(diǎn)攻關(guān)。

　　(4) 對(duì)于相配合的齒套，在減速機(jī)輸出法蘭拆除后，再行單獨(dú)拆除，在上述期間實(shí)施離線激光熔敷及機(jī)加工修復(fù)方案(以下不再贅述)。

　　三、輸出軸花鍵齒面焊接工藝

　　1.減速機(jī)輸出軸母材材質(zhì)分析：

　　1.1.母材化學(xué)成分見(jiàn)表1

　　1.2.碳當(dāng)量

　　母材30 CrNiMo8鋼系中碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，鋼的Ceq值高達(dá)0.95%，可焊性較差，當(dāng)Ceq≥0.4，冷裂紋敏感性將增大，焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊接裂紋和淬硬組織。

　　2.母材可焊性分析：

　　2.1.熱裂紋

　　母材金屬中含碳量高，結(jié)晶溫度區(qū)間寬，容易出現(xiàn)偏析，因此對(duì)結(jié)晶裂紋比較敏感，焊接時(shí)容易在弧坑及焊縫中凹下部位開(kāi)裂。為防止產(chǎn)生熱裂紋，要求釆用低碳鋼焊絲，一般焊絲中含碳量在0.15%以下。

　　2.2.冷裂紋

　　母材的成分和淬火透性，都決定了它在快速冷卻時(shí)極易得到對(duì)冷裂紋很敏感的淬硬組織。焊接時(shí)為防止冷裂紋必須提高預(yù)熱溫度，焊后及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力處理。

　　2.3.焊接材料選擇

　　根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能，焊材的選擇應(yīng)保證其力學(xué)性能，且不應(yīng)超過(guò)母材的抗拉強(qiáng)度上限，綜合考慮選用焊接材料牌號(hào)：過(guò)渡層(NiMo11G)、工作層(Fluxofi142)，焊材熔敷金屬化學(xué)成分見(jiàn)表2、熔敷金屬力學(xué)性能見(jiàn)表3：

　　2.4.堆焊后硬度匹配

　　母材硬度HB270，F(xiàn)luxofi142焊材堆焊后硬度HB266，可用于堆焊承受載荷大的花鍵齒面。

　　3.焊接工藝：

　　3.1.焊前準(zhǔn)備

　　(1)PT探傷，確定裂紋走向及位置;

　　(2)氣刨前，待刨部位預(yù)熱80-100°C，保溫0.5小時(shí)。氣刨要平整，邊緣處要圓滑過(guò)渡，氣刨成U型坡口形式，打磨徹底清除滲碳層;

　　(3)將花鍵齒面用角向砂輪機(jī)整體打磨1. 5-2mm，去除硬化層;

　　3.2.焊接

　　(1)預(yù)熱：焊前預(yù)熱采用局部加熱方式，加熱裝置釆用LWK-180型電加熱溫度控制設(shè)備，用履帶式加熱片局部加熱待焊部位，加熱片外包覆硅酸鹽保溫材料。工件預(yù)熱溫度≥350℃，并持續(xù)保持，焊接層間溫度不低于預(yù)熱溫度;

　　(2)焊接方式釆用混合氣體CO2氣體保護(hù)焊，混合氣體：80%Ar+20%CO2;

　　(3)為防止工件變形，雙人對(duì)稱操作，焊接時(shí)需采用小線能量的方式焊接，斷續(xù)焊，焊接電流90-110A，單層焊道不大于2mm;

　　(4)焊接工藝參數(shù)：過(guò)渡層焊接I=90A-110A , U=20V-22V;工作焊接I=120A-150A，U=22V-24V;

　　(5)釆用超能高頻消應(yīng)力設(shè)備逐層消除焊接應(yīng)力，防止裂紋萌生同時(shí)控制焊接變形。通過(guò)超能高頻消應(yīng)力處理，能夠消除焊趾處的微小裂紋及熔渣缺陷，降低焊趾處應(yīng)力集中，同時(shí)產(chǎn)生理想的壓應(yīng)力狀態(tài);

　　(6)焊接時(shí)，注意與母材充分熔合，同時(shí)，隨時(shí)觀察是否存在氣孔、夾渣等焊接缺陷，若有，及時(shí)清除。

　　3.3.焊后熱處理

　　焊接后熱處理溫度控制見(jiàn)圖4;

圖4焊接后熱處理溫度控制

　　四、花鍵齒形在線加工及裝配研磨

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間，將專用銑床設(shè)備經(jīng)過(guò)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)加工齒面(見(jiàn)圖5),將銑床固定在軸中心位置，用百分表的針頭靠近花鍵齒齒根位置(此位置未焊接，原始形狀)調(diào)整好后，提前按圖線切割制作寬體齒形樣塊進(jìn)行齒形梯度檢查，同步進(jìn)行磁粉探傷檢查，不得有裂紋、未熔合、夾渣等缺陷。

　　加工完成后，對(duì)已離線機(jī)加工完畢的齒套及輸出軸花鍵齒面涂抹紅丹粉，進(jìn)行手工配研，同時(shí)使用手動(dòng)盤動(dòng)減速機(jī)輸入軸使花鍵軸與花鍵套貼合，此時(shí)使用塞尺測(cè)量間隙，使整體齒面配合與原始安裝要求相近。

圖5調(diào)整后的銑床

　　五、修復(fù)效果

　　立磨減速機(jī)輸出軸花鍵齒修復(fù)完成后，經(jīng)探傷檢測(cè)無(wú)缺陷，表面硬度值與原齒面硬度值相近(原始母材硬度HB270，堆焊后硬度HB266)，花鍵齒與齒套配合間隙與原始安裝間隙相差不大(見(jiàn)圖6、圖7、圖8)。立磨目前己正常投產(chǎn)運(yùn)行一年，檢查各齒面無(wú)磨損及裂紋，齒面配合間隙正常，符合生產(chǎn)使用要求。證明立磨減速機(jī)輸出軸花鍵齒面修復(fù)成功。

圖 6 花鍵修復(fù)完成圖