CN102294566B - 一种硬面齿轮的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬面齿轮的修复技术，具体公开了一种硬面齿轮的修复方法，可用于水泥厂、钢厂、导弹部队、化工、铁路、石油、矿山、电厂、烧结厂、球团矿厂、轧钢厂、化肥厂等行业。本发明通过结合层→过渡层→工作层→加工层采用不同的材料熔敷的方式，能解决1～300毫米以上深的断层厚度的修复。因此，采用本发明可快速修复好硬面齿轮，将由硬面齿轮损坏带来的经济损失降到最低。

Description

一种硬面齿轮的修复方法

技术领域

本发明涉及一种硬面齿轮的修复技术，具体涉及一种硬面齿轮的修复方法，可用于水泥厂、钢厂、导弹部队、化工、铁路、石油、矿山、电厂、烧结厂、球团矿厂、冶炼厂、耐火厂、轧钢厂、陶瓷厂等行业。

背景技术

目前，硬面齿轮发生切根断齿、磨损、点蚀剥落，均无法修复，国内外科研单位、检修单位都没有尝试到成功的先例，只能更换新的硬面齿轮。

因为，采用常规焊接材料，如碱性焊条、焊丝，酸性焊条、焊丝及其他型号的焊材、工艺技术，都不能涉足此修复范畴，现有的焊接材料与工艺焊接硬面齿轮的主要缺点为：焊接时，极易产生裂纹，熔敷性能极差，无法达到冶金结合、冲击韧性、耐磨性能，重载负荷下极易断裂。

因此，目前国内外对此修复区域是一块空白。然而，一旦该类型齿轮损坏所造成的损失是十分巨大的。例如5000吨的回转窑轮带断裂或点蚀剥落，购买一个新件大概需要90～200万元。而且，更换时，需先下掉耐火砖，切割筒体，吊车吊下，吊上更换新轮带，吊装再焊接，砌耐火砖，工需35天，最快28天，每天损失生产利润大概300万元，造成直接经济损失最少基本上在8000万元左右，而硬齿面一断裂，整个窑就会停，损失很惊人。购买一台约定做三年，单件需要600万元以上。

发明内容

为了解决硬面齿轮无法修复所带来的巨大损失问题，本发明目的在于提供一种可快速修复硬面齿轮的修复方法。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案如下：

一种硬面齿轮的修复方法，包括以下步骤：

(1)去除待修复的硬面齿轮的损伤部位的油污层、疲劳层、以及锈斑层；

(2)将所述硬面齿轮送入中频炉内匀速升温加热至280℃～400℃后出炉；

(3)用角向砂轮机的抛光片对经过步骤(2)加热处理的硬面齿轮进行抛光，并用丙酮、氢氧化钠、或碳酸钠清洗创面去除杂质；

(4)将以铬、镍为基体的珠光体材料与酸性焊丝一起熔敷形成5毫米厚的结合层；

(5)将碳化钨、锰、镍、碳、铁、钒、铬组成的合金粉熔敷在所述结合层中形成过渡层，掺入的所述合金粉厚度与所述过渡层厚度比为：2％～3％。

(6)将钴、碳化钨、铬、镍、钼组成的合金粉熔敷在所述过渡层中形成工作层，所述掺入的合金粉厚度0.10～0.15毫米，所述工作层厚度大于等于5毫米；

(7)将铁、碳、硅、铬、镍组成的合金粉熔敷在所述工作层上形成加工层，所述掺入的合金粉厚度0.10～0.15毫米，所述加工层厚度为5毫米至10毫米；

(8)再次将硬面齿轮送进中频炉匀速升温加热至280℃～400℃后出炉，自然冷却到常温。

优选的，所述步骤(1)中去除油污层的具体方法是用柴油局部清洗创面、或用柴油整体清洗整个硬面齿。

优选的，所述步骤(2)的具体加热方式为：先以每小时30℃的升温速度加热5小时，再按每小时60℃升温速度加热4小时。

优选的，在步骤(8)后还包括：对所述硬面齿轮进行滚齿与磨齿的机械加工步骤。

优选的，在步骤(8)后还包括：对所述硬面齿轮进行硬度检测、超声波探伤、以及外形尺寸的修复检测步骤。

优选的，在步骤(8)后还包括：以齿轮轴心、原动机械轴心、以及工作机械轴位移的冷负荷温度特性曲线为依据的安装找正步骤。

优选的，在步骤(8)后还包括装配啮合步骤。

本发明针对硬面齿齿轮的材质，结合层主要以镍(Ni)基元素为主，在熔敷区域稀释硫(S)和磷(P)的含量，避免冷热裂纹的产生，在熔敷区和半熔敷区注意稀释碳(C)和锰(Mn)的含量，以提高冶金结合力，使其确保结合力达到500N，这时形成的金相马氏体呈网状分布，加入镍(Ni)基后，马上由马氏体变为奥氏体，硬度反之下降，所以说根据工况条件，技术要求的需要，研制出了其主要元素，可以得到梯度功能所具有不同性能的复合层，其特点是轮齿表面层经强化处理，指在辉光放电的电能变为热能的作用下，有强烈的搅拌作用和溶化的金属液体的对流作用，使合金元素能有效地溶化到溶池中，形成了具有多种物理性能的复合层，这对节能、节材提高使用寿命具有重大的实用意义。

本发明通过结合层→过渡层→工作层→加工层采用不同的材料，能解决1～300毫米以上深的断层厚度。

因此，采用本发明可快速修复好硬面齿轮，将由于硬面齿轮损坏带来的经济损失降到最低。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例公开了一种硬面齿轮的修复方法，包括以下步骤：

(1)去除待修复的硬面齿轮的损伤部位的油污层、疲劳层、以及锈斑层；

当然，在这之前需包括常规的清洗→硬度检测→超声波探伤(损坏程度、面积大小)→净化处理→材质化学分析；将待修复的硬齿面的损坏部位，用柴油清洗，去除齿面损伤的油污层，局部或整体清洗最好，视修复面积、空间、位置、大小而决定，以利于达到冶金结合的熔敷的目的；在待修复的齿轮面上，找一个没有损坏的齿面，用里氏硬度计打硬度，该硬度可立即显示布氏、洛氏、里氏硬度，并立即打印出来，作为原始记录，以方便修复后的检测。修复后，用修复过的齿面(工作层)上打印硬度，显示其洛氏硬度(HRC)58-62，符合硬齿面的要求与原修复前的齿面硬度一致，加工层的硬度软一些，洛氏硬度(HRC)35-38这一层约0.50-1mm厚度，利于加工磨削，和装配后在运转时加速点、线、面的结合，减少振动，平稳运行，提高使用寿命。注意：硬度与原件不一致，会造成振动、磨损不均受力点易集中造成断齿。用磁粉或超声波探伤，检查修复前、后所存在的缺陷及完好率，目的是进一步确认质量的完好率和成品的合格率。

(2)将所述硬面齿轮送入中频炉内匀速升温加热至280℃～400℃后出炉；将步骤(1)粗化处理、净化处理后的工件，依据重量、体积、大小进入加热炉(或进中频炉)，按1000公斤以上，200公斤-1000公斤以下，起点为0℃-420℃和0℃-280℃，以每小时30℃的升温速度加热5～9小时即可，如果没有图纸和材质说明，其硬齿面需化验化学成份，一般硬齿面材质是：20CrMoTi，20CvMnMo，20CrMnMoB，极少42CrMo，可以按上述推算(如以重量、体积等为依据)。其中最好的加热方式为：先以每小时30℃的升温速度加热5小时，再按每小时60℃升温速度加热4小时。

(3)用角向砂轮机的抛光片对经过步骤(2)加热处理的硬面齿轮进行抛光，再用丙酮、氢氧化钠、或碳酸钠清洗创面，去除杂质；以便于后续熔敷加工。

(4)将以铬、镍为基体的珠光体材料与酸性焊丝一起熔敷形成5毫米厚的结合层；以镍基珠光体材料为主要成份的合金粉末，粒度300目，自溶性好的填充元素材料与酸性焊丝一起熔敷，即通电熔焊时掺透(撒上一层厚0.10-0.15mm)的合金元素粉末，其中铬、镍为主要元素，目的是稀释硫、磷在熔敷区的含量，减少冷热裂纹的产生，同时提高了熔敷性，在熔敷区减少了碳、锰元素的含量，净化晶介，增添熔敷性能，提高了冶金结合力，完全能达到大于500牛顿的冶金结合力的指标。

(5)将碳化钨、锰、镍、碳、铁、钒、铬组成的合金粉熔敷在所述结合层中形成过渡层，掺入的所述合金粉厚度与所述过渡层厚度比为：2％～3％；该层金相组织以马氏体为主，在马氏体、贝氏体之间变化，合金元素由碳化钨、锰、碳、铁、钒、铬组成，目的是解决合金粉末熔覆层之间的冶金熔合，疏散应力、提高冲击韧性，不因应力集中而产生裂纹，是金属熔覆层与金属熔覆层之间逐步过渡硬化，这一层由于是恢复尺寸的需要，所以要多熔敷几层，达到恢复尺寸和疏散应力、增加耐热蚀疲劳的作用，逐步过渡硬化以满足工况条件和技术要求的需要；

(6)将钴、碳化钨、铬、镍、钼组成的合金粉熔敷在所述过渡层中形成工作层，所述掺入的合金粉厚度0.10～0.15毫米，所述工作层厚度大于等于5毫米；该层组织以奥氏体双相耐磨合金为主要元素，由钴、碳化钨、铬、镍、钼组成，保证强化金属耐冲击应力，有抗磨粒磨损、摩擦磨损、耐磨性特好，能达到多相改性的目的。

(7)将铁、碳、硅、铬、镍组成的合金粉熔敷在所述工作层上形成加工层，所述掺入的合金粉厚度0.10～0.15毫米，所述加工层厚度为5毫米至10毫米；以铁素体为主，主要元素碳、硅、铬、镍，目的是降低硬度，便于机械加工，有利于机加工的光洁度和几何精度的形成，为装机啮合时，提供点、线、面的快速磨合，减少噪音。上述四种熔覆层均采用不同于常规的酸性、碱性、中性焊接方式的各层次间，必须掺合不同功能的合金粉末，使八种物理性能，12种主要化学成份的合金组成复合梯度功能材料熔为一体所形成的多功能复合涂层，其工艺方法独特，能解决1～300mm以上深的断层厚度，就目前我国先进的工艺技术，如：激光、等离子、超声波、电弧喷涂、喷焊等只能解决1～3毫米而我们的工艺、技术、材料是他的10倍以上的功能。

(8)再次将硬面齿轮送进中频炉匀速升温加热至280℃～400℃后出炉，自然冷却到常温。

(9)对所述硬面齿轮进行滚齿与磨齿的机械加工步骤，对硬面齿轮表面进行常规的机加工。

(10)对所述硬面齿轮进行硬度检测、超声波探伤、以及外形尺寸的修复检测步骤，以确保修复合格。

(11)安装找正

齿轮是否安全可靠的工作，除了正确的选材和进行合理的设计，高精度的制造组装，全面性能的检测外，正确的安装找正是保证齿轮寿命，安全可靠工作的重要环节。正常情况下，原动机械齿轮，在没有运转的状态下，互相连接的轴，应准确的同心，平稳的工作。因此找正时，必须根据下列三种曲线修正轴线位移：齿轮轴心原动机械轴心、工作机械轴(输入输出轴)位移的冷负荷温度特性曲线；还应该注意膨胀系数的控制，齿轮机座、齿轮轴；安装时要对齿间隙、齿侧隙、中心距的进一步确认；运转时要对齿轮、机壳弹性变形、轴承间隙、齿轮啮合面的变动、油膜引起的轴心位置变动等进行综合考虑；主动齿轮、工作机械的影响等诸多因素也要一并进行综合考虑，如勤维护，勤保养，勤换油。

(12)装配啮合

齿轮是一个弹性体，工作时承载着巨大的扭力矩，不可避免的瞬间发生微量弯曲变形，哪怕是短暂的、瞬间的，啮合时的微量变形，直接会引起基节误差那样的影响，使下一对齿顶与齿根发生干涉，能产生很大的冲击，而引起啮合的噪音，因此，应细致进行组装，调试。对减速机、磨机同轴度进行同步、脱开检测及齿轮啮合状态检测，根据测得数据结果进行安装维修，为了避免啮合时的噪音，改善齿面润滑状态，需对齿轮的齿顶和齿向进行修整，用专业材料研磨，尤其对高承载力的高硬度齿面的渗碳，淬火齿轮、齿顶、齿向、点蚀剥落、断裂的修正技术，加速点、线、面的啮合，是保证该产品不可缺少的必要条件。所以修复后，最好用研磨膏进行专业研磨一次，其精度可达到5级标准。

需要说明的是，本发明不限于中频炉，只要能自动控制温度的加热炉，都是本发明的保护范围。

在修复中，必须注意满足其功能，提高冲击韧性、塑性，蠕变极限，加钨(W)、钴(Mo)再加上碳(C)生成弥散分布的碳化物，从而提高了热强性，为满足施焊熔敷时再结晶，湿度元素钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)、鉬(Mo)、锰(Mn)、铬(Cr)，其中熔点钨(W)、鉬(Mo)加碳(C)，形成弥散分布的碳化物，熔覆层结构；优点：受热集中，膨胀不易开裂，由于钴(Co)对碳化钨(Wc)有很好的浸润性，因此能具备很高的耐磨性和硬度；撒合金粉时，要均匀，一般0.10-0.20毫米即可，每施焊一层，药芯焊丝(直径0.16毫米)加一层合金粉，纵向、横向运行即可，加工层用实芯焊丝焊两层，(不掺合金粉)即可，便于车削磨削加工。在加工层，以铁素体为主，主要元素碳、硅、铬、镍，目的是降低硬度，便于机械加工，有利于机加工的光洁度和几何精度的形成，为装机啮合时，提供点、线、面的快速磨合，减少噪音，具体化学成份见表；

结合层配制和选用材料的化学成份：

C

Ni

Cr

B

Si

Fe

Co

Mo

(HRC20-30

≤0.1

余

5.8

1.0-1.5

2.3-3.5

≤6

-

-

过渡层配制和选用材料的化学成份：

C

Ni

Cr

B

Si

Fe

Co

Mo

(HRC45)

0.3-0.4

余

1.0-1.5

2.0-3.0

3.0-4.5

≤12

8-12

2-4

工作层：碳化钨弥散型镍基自熔合金成份选择，由于基体是硬度高，而且耐磨性能好的自熔合金，所以对于低应力磨粒磨损、碳化钨的加入量以少为主，对受应力磨粒磨损加入量稍多一点：

C	G	B	Si	Fe	Ni	Wc	最多为50％
								0.3	8	2	2.5	5	余	35

二氧化碳气体保护焊实芯焊丝的化学成份选择：

C

Mn

Si

Mo

Ti

S

P

0.04-0.10

1.60-2.0

0.4-0.7

0.10-0.30

0.1-0.2

≤0.006

≤0.020

                                                         5

二氧化碳气体保护焊药芯焊丝的化学成份选择：

C	Si	Mn	S	P
					≤0.18	≤0.90	≤1.75	≤0.030	≤0.030

说明：焊丝直径与电流的关系选择：

电流	A	120-300	180-450
				直径	mm	Ф1.2	Ф1.6

熔敷合金的力学性能的说明：

气体保护焊	抗拉力强度(Rm)	下屈服强度(Rcc)	延长率(A)
				20％CO2+80％Ar	MP≥550	MP2≥440	≥22％

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种硬面齿轮的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)去除待修复的硬面齿轮的损伤部位的油污层、疲劳层、以及锈斑层；

(2)将所述硬面齿轮送入中频炉内匀速升温加热至280℃～400℃后出炉，具体加热方式为：先以每小时30℃的升温速度加热5小时，再按每小时60℃升温速度加热4小时；

(3)用角向砂轮机的抛光片对经过步骤(2)加热处理的硬面齿轮进行抛光，并用丙酮、氢氧化钠、或碳酸钠清洗创面去除杂质；

(4)将以铬、镍为基体的珠光体材料与酸性焊丝一起熔敷形成5毫米厚的结合层；

(5)将碳化钨、锰、镍、碳、铁、钒、铬组成的合金粉熔敷在所述结合层上形成过渡层，过渡层的金相组织以马氏体为主，掺入的所述合金粉厚度与所述过渡层厚度比为：2％～3％；

(6)将钴、碳化钨、铬、镍、钼组成的合金粉熔敷在所述过渡层上形成工作层，工作层组织以奥氏体双相耐磨合金为主要元素，由上述钴、碳化钨、铬、镍、钼组成，所述掺入的合金粉厚度0.10～0.15毫米，所述工作层厚度大于等于5毫米；

(7)将铁、碳、硅、铬、镍组成的合金粉熔敷在所述工作层上形成加工层，加工层以铁素体为主，所述掺入的合金粉厚度0.10～0.15毫米，所述加工层厚度为5毫米至10毫米；

(8)再次将硬面齿轮送进中频炉匀速升温加热至280℃～400℃后出炉，自然冷却到常温。

2.根据权利要求1所述的硬面齿轮的修复方法，其特征在于：

所述步骤(1)中去除油污层的具体方法是用柴油局部清洗创面、或用柴油整体清洗整个硬面齿。

3.根据权利要求1所述的硬面齿轮的修复方法，其特征在于：

在步骤(8)后还包括：对所述硬面齿轮进行滚齿与磨齿的机械加工步骤。

4.根据权利要求1所述的硬面齿轮的修复方法，其特征在于：

在步骤(8)后还包括：对所述硬面齿轮进行硬度检测、超声波探伤、以及外形尺寸的修复检测步骤。

5.根据权利要求1所述的硬面齿轮的修复方法，其特征在于：

在步骤(8)后还包括装配啮合步骤。