一种光滑轴磨损在线修复工艺
技术领域
本发明涉及搅拌机领域,具体为一种搅拌机上的光滑轴磨损在线修复工艺。
背景技术
如图1所示,某化工厂搅拌机上的光滑轴密封面磨损,若不及时进行处理将会导致搅拌器里面的光气(一种剧毒气体)泄漏,进而造成严重后果。该搅拌轴长5米重数十吨,装置内空间狭小,拆卸非常不便,而且需要高昂的拆装费用。如果采用现场修复加工的方法,则可大大节省抢修的时间和费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光滑轴磨损在线修复工艺,采用高精密脉冲冷焊技术,使修复后的结合部位将比原基体更加的耐磨损。
为了解决上述问题,本发明技术方案是:
一种光滑轴磨损在线修复工艺,包括如下步骤:
(1)根据搅拌机的光滑轴颈工作面与外密封环在工作过程中磨损程度,对表面清洗、磨损量大小、表面的缺陷、轴的尺寸精度、跳动的检查与确认,确定修复方案;
(2)对磨损部位进行修理,确定光滑和修复时的用料,保证修复区与基体耐蚀性及力学性能的匹配;
(3)焊后对磨损部位的加工,焊后采用轴端车床进行加工;
(4)修复部位着色无损检测。
所述的光滑轴磨损在线修复工艺,在步骤(2)中,
1)光滑轴材质为316L不锈钢,修复材料为Ni-Cr-Mo合金;
光滑轴基体的化学成分及相关力学性能如下:按重量百分比计,C≤0.05,Mn1.5~2.0,Cr15~20,Ni10~15,Mo2.0~3.0,Fe余量;RP0.2 160~180MPa,Rm450~500MPa,A35~45%,HV180~220;
修复材料的化学成分及相关力学性能如下:按重量百分比计,C≤0.03,Mn0.1~1.0,Cr20~25,Ni60~65,Mo6.0~10.0,Nb+Ta3.0~4.0,Nb/Ta=1~3,Fe余量;RP0.2 300~400MPa,Rm700~800MPa,A25~35%,HV200~300;
2)采用轴端车床将该疲劳层车削0.5~2mm厚,采用丙酮进行彻底清洗;
3)磨损部位着色无损检测,对预修复部位进行着色探伤处理,以确定是否存在裂纹缺陷,着色完毕后用丙酮彻底清洗;
4)采用脉冲冷焊工艺修复
采用高能脉冲精密冷焊机,通过工艺参数:电压:30~50V、脉冲频率0.2~0.5HZ,对修复区进行脉冲冷焊堆焊,堆焊层厚度需要高出基体0.5~2mm;
5)修复部位打磨修整
采用轴端车床对修复区进行机械加工,机械加工后修复区高度高于基体约0.05~0.2mm;采用金相砂纸对修复区进行抛光,使修复区的光洁度与光滑轴颈其它部位相当。
所述的光滑轴磨损在线修复工艺,在步骤(3)中,焊后加工过程如下:
1)轴端车床车削
焊接修复后,将轴端车床装夹在修复后的光滑轴径上部,通过调节轴端车床对焊接后的光滑轴承位进行现场车削;将焊接后的焊缝层车削至高出原始完好尺寸0.02至0.10mm后,在刀头处更换安装上砂纸进行精磨处理;
2)进行切削加工
轴端车床在工件上安装固定后,使轴端车床相对于工件的端面圆跳动值0.02mm~0.05mm,同轴度0.015mm~0.03mm,达到要求后进行加工。
所述的光滑轴磨损在线修复工艺,在步骤(3)中,轴端车床的使用方式如下:
1)在待加工工件光滑轴端面上,在端面中心位置钻M12*40螺孔,同时以端面中心为圆心划的圆线,在此圆线上均布加工4个M8深20mm螺孔;螺孔轴心线要求与工件的光滑轴心线平行;
2)在工件光滑轴端面安装专用工装-安装法兰,安装法兰中心与工件中心的M12*40螺孔通过M12*50内六角圆柱头螺钉锁紧,安装法兰边缘与工件边缘的4个M8深20mm螺孔通过4-M8*40内六角圆柱头螺钉锁紧;
3)将轴端车床吊装就位,在轴端车床的主轴法兰底部对称套上4-M12*45六角头螺栓,通过4-M12*45六角头螺栓对安装法兰预紧,然后调整主轴位置验证轴端车床的刀臂是否与工件轴心线平行,验证主轴是否与工件的轴心同心;
4)安装法兰径向上通过4-M10*50平端紧定螺钉对主轴紧固,主轴法兰端通过4-M10*30平端紧定螺钉对安装法兰预紧,调节主轴轴心线与工件轴心共线。
所述的光滑轴磨损在线修复工艺,轴端车床的刀臂与工件轴心线不平行时,通过安装法兰上的4-M10*50平端紧定螺钉和主轴底部法兰的4-M10*30平端紧定螺钉协同进行调整:先对称松开两个M12*45六角头螺栓,用剩下的两个M12*45六角头螺栓进行调整,调整好后,将松开的M12*45六角头螺栓安装面靠紧车床主轴端面后锁紧。
所述的光滑轴磨损在线修复工艺,主轴与工件轴心不同心时,先将轴端车床的刀臂与工件轴心调平行,将M12*45六角头螺栓松开,通过对称的4-M10*30平端紧定螺钉进行调整。
所述的光滑轴磨损在线修复工艺,在步骤(4)中,对抛光完毕后,对修复区是否有缺陷存在,如果有缺陷重复步骤(1)、(2)、(3)。
本发明的优点及有益效果是:
本发明光滑轴磨损在线修复工艺,采用高能脉冲精密冷焊技术进行焊接。高能脉冲精密冷焊技术是一种新型的金属零件表面修复技术,其原理是采用断续的高能电脉冲,在电极和工件之间形成瞬时电弧,使修复材料与工件迅速熔结在一起,达到冶金结合,从而达到工件表面尺寸的恢复。高能精密脉冲冷焊技术的优点:(1)热影响区小,通过脉冲超短时放电,实现低热输入堆焊;(2)结合强度高,工件与基体之间冶金结合,焊后不会剥落;(3)焊后无须热处理,工件不会退火;(4)无变形、无塌边,无气孔和砂眼;(5)准确而精密,可焊接小而精密的几何区;(6)使用方便灵活,可现场修复,节约设备拆装费用和时间。
附图说明
图1为光滑轴密封面磨损示意图。其中,(a)整体图;(b)局部图。
图2为高能精密脉冲冷焊装置示意图。图中,1钨极;2氩气;3修补层;4高能电弧;5补材;6工件。
图3-图4为轴端车床及工件安装示意图。其中,图3为整体结构图;图4为局部剖视图。图中,6工件;7安装法兰;8、M10*50平端紧定螺钉;9、M12*45六角头螺栓;10、M10*30平端紧定螺钉;11轴端车床;12主轴。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
在具体实施过程中,本发明光滑轴磨损在线修复工艺,采用高能脉冲精密冷补机,通过高能脉冲冷焊方式焊接,轴端车床进行后续加工的修复工艺主要由以下工序组成;
S1、根据搅拌机的光滑轴颈工作面与外密封环在工作过程中磨损程度,确定修复方案;
在该步骤中要对表面清洗、磨损量大小、表面的缺陷、轴的尺寸精度、跳动的检查与确认,最后确定修理方案。
S2、对磨损部位进行修理;在该步骤中确定光滑和修复时的用料,保证修复区与基体耐蚀性及力学性能的匹配。
S3、焊后对磨损部位的加工;在该步骤中焊后对零件的加工,采用轴端车床进行加工。
S4、修复部位着色无损检测。
如图1所示,在S1步骤中,搅拌机光滑轴颈工作面与外密封环在工作过程中发生磨损。该磨损区域沿光滑轴颈呈环状分布深度0.3mm左右,为了保证设备的正常运转,拟采用脉冲冷焊方式进行修复。
在S2步骤中:
1、先确定母材料,该光滑轴材质为316L不锈钢,为了保证修复区与基体耐蚀性及力学性能的匹配,采用Ni-Cr-Mo合金作为修复材料,基体与修复材料的化学成分及相关力学性能如表1及表2所示。从表1及表2可以看出,Ni-Cr-Mo合金的耐蚀性及力学性能都比基体高。
表1基体及Ni-Cr-Mo合金的化学成分(wt%)
表2基体及Ni-Cr-Mo合金的相关力学性能
2、磨损部位疲劳层及污物的去除
磨损部位的疲劳层对修复有不利影响,采用轴端车床将该疲劳层车削1mm厚;而污物的存在将影响修复区的焊接质量,因此采用丙酮进行彻底清洗。
3、磨损部位着色无损检测
对预修复部位进行着色探伤处理,以确定除了磨损以外还有没有裂纹等缺陷,着色完毕后再次用丙酮彻底清洗。
4、采用脉冲冷焊工艺修复
采用高能脉冲精密冷补机,通过合适的工艺参数(电压:30~50V、脉冲频率0.2~0.5HZ),对修复区进行脉冲冷焊堆焊,堆焊层厚度需要高出基体1mm左右,为后续加工留有余量。
如图2所示,本发明高能精密脉冲冷焊装置设有高能脉冲精密冷补机,高能脉冲精密冷补机通过正极端连接工件6,高能脉冲精密冷补机通过负极端连接钨极1,高能脉冲精密冷补机氩气管道输出氩气2,钨极1前端分别与补材5和工件6的修补层3相对应,补材5位于钨极1的一侧,修补层3位于钨极1的另一侧,通过钨极1可以产生高能电弧4。
5、修复部位打磨修整
如图3-图4所示,采用轴端车床对修复区进行机械加工,机械加工后修复区高度高于基体约0.1mm左右。然后采用金相砂纸对修复区进行抛光,使修复区达到较好的光洁度(与光滑轴颈其它部位相当)。
在S3步骤中,焊后加工如下:
1.轴端车床车削
焊接修复后,将轴端车床装夹在修复后的光滑轴径上部,通过调节轴端车床对焊接后的光滑轴承位进行现场车削。将焊接后的焊缝层车削至高出原始完好尺寸0.02至0.10mm后,在刀头处更换安装上砂纸进行精磨处理。
如图3-图4所示,轴端车床的使用方式如下:
1、轴端车床在工件上的安装和找正
(1)在待加工工件6光滑轴端面上,在端面中心位置钻M12*40螺孔,同时以端面中心为圆心划的圆线,在此圆线上均布加工4个M8深20mm螺孔;螺孔轴心线要求与工件的光滑轴心线平行。
(2)在工件光滑轴端面安装专用工装-安装法兰7,安装法兰7中心与工件6中心的M12*40螺孔通过M12*50内六角圆柱头螺钉锁紧,安装法兰7边缘与工件6边缘的4个M8深20mm螺孔通过4-M8*40内六角圆柱头螺钉锁紧。
(3)将轴端车床11吊装就位,在轴端车床11的主轴12法兰底部对称套上4-M12*45六角头螺栓9,通过4-M12*45六角头螺栓9对安装法兰7预紧,然后调整主轴12位置验证轴端车床11的刀臂是否与工件6轴心线平行,验证主轴12是否与工件6的轴心同心。
①安装法兰7径向上通过4-M10*50平端紧定螺钉8对主轴12紧固,主要用于调节主轴12的对中;
②主轴12法兰端通过4-M10*30平端紧定螺钉10对安装法兰7预紧,主要作用顶紧安装法兰7端面,调节主轴12轴心线与工件6轴心共线。
轴端车床11的刀臂与工件6轴心线不平行时,可通过安装法兰7上的4-M10*50平端紧定螺钉8和主轴底部法兰的4-M10*30平端紧定螺钉10协同进行调整:先对称松开两个M12*45六角头螺栓9,用剩下的两个M12*45六角头螺栓9进行调整,调整好后,将松开的M12*45六角头螺栓9安装面靠紧车床主轴12端面后锁紧。
主轴12与工件6轴心不同心时,先将轴端车床11的刀臂与工件6轴心调平行,将M12*45六角头螺栓9松开,通过对称的4-M10*30平端紧定螺钉10进行调整。
2.进行切削加工
(1)轴端车床在工件上安装固定后,控制轴端车床的刀臂、刀架低速旋转,注意轴端车床相对于工件的端面圆跳动值0.02mm~0.05mm,同轴度0.015mm~0.03mm,达到要求,才可以正式开始加工。
(2)安装刀具,根据现场工件情况调整刀具至要求。
在S4步骤中,修复部位着色无损检测如下:
对抛光完毕后,对修复区是否有缺陷存在,如果有缺陷重复步骤S1、S2、S3;如果没有缺陷,请厂方验收。
实施例结果表明,本发明采用高能脉冲精密冷焊技术进行焊接,由于光滑轴材质为316L不锈钢,修复材料为特定的Ni-Cr-Mo合金,使修复后的结合部位将比原基体更加的耐磨损。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。