CN106166660B - 一种光滑轴磨损在线修复工艺 - Google Patents

一种光滑轴磨损在线修复工艺 Download PDF

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Abstract

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。该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。本发明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。

Description

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。

Claims (6)

1.一种光滑轴磨损在线修复工艺，其特征在于，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；
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，A 35～45％，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+Ta 3.0～4.0，Nb/ Ta=1～3，Fe余量；RP0.2 300～400MPa，Rm700～800MPa，A 25～35％，HV200～300；
2）采用轴端车床将疲劳层车削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。
2.按照权利要求1所述的光滑轴磨损在线修复工艺，其特征在于，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0.02 mm～0.05 mm，同轴度0.015 mm～0.03mm，达到要求后进行加工。
3.按照权利要求2所述的光滑轴磨损在线修复工艺，其特征在于，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φ77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。
4.按照权利要求3所述的光滑轴磨损在线修复工艺，其特征在于，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。
5.按照权利要求3所述的光滑轴磨损在线修复工艺，其特征在于，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。
6.按照权利要求1所述的光滑轴磨损在线修复工艺，其特征在于，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）。
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CN108714764A (zh) * 2018-06-05 2018-10-30 邢建 一种光滑轴磨损的修复工艺

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