CN110091119A - 一种600吨轧机电机转子轴断裂修复技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种600吨轧机电机转子轴断裂修复技术，包括以下步骤：采用频率振动渗透熔覆工艺，利用离子轰击渗透扩散处理的方法，在压力条件下，将电能转变为热能，利用工件的阴极或阳极的辉光放电，将金属元素扩散渗透到金属基体里面，改变材料的化学、物理性能，提高材料的强度、硬度，借用物理气相沉积PVD，与离子反冲的复合基理使工件或多种不同熔敷材料结合，连续的改变原子结构使其结合部位的界面消失。本发明采用频率振动渗透熔覆工艺，以及分段、点固、对称、缓冷的工艺方法疏松焊接应力，可以避开应力剪切点，可以有效保证熔敷材料和母材达到500N冶金结合力，同时确保修复的精准度。

Description

一种600吨轧机电机转子轴断裂修复技术

技术领域

本发明涉及一种600吨轧机电机转子轴断裂修复技术，其广泛适用于水泥厂、发电厂、球团矿厂、化工厂、冶炼厂、复合肥厂、耐火材料厂、钢厂、烧结厂、陶瓷等行业。

背景技术

目前，在国内外尚无600吨位的轧机电机转子轴断裂修复方法，主要问题是：断裂及熔敷金属、材料、工艺、技术的强度等级难以控制，极易造成焊缝的焊接裂纹，焊缝与基体边缘的裂纹及熔敷区域的裂纹难以控制，换一个轴最少5000万元，含检修费、检修需15天，每天还需直接济损失达300万元，可见成本耗资巨大，如何解决这一难题，是该工艺、技术、材料的主攻课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种德国600吨轧机电机转子轴断裂修复再造的技术。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种600吨轧机电机转子轴断裂修复技术，包括以下步骤：

1）将断裂的600吨轧机电机转子轴按每小时30~35℃加热到260~280℃；

2）利用百分表和超声波探伤仪检查断轴裂纹并确认断裂部位的走向及受损量，分析优化得出裂纹两端最佳固接点位置，以避开应力剪切力点；

3）固定板的两端分别与轧机电机转子断轴处的两侧固接；

4）从断裂处的两侧向断裂层的深度方向用氧气切割，将裂纹断裂口切割成断面为U型的坡口，坡口底面采用冷加工砂轮打磨的方式打磨成双面U型；

5）用冷加工砂轮打磨的方式打磨U型坡口的坡面呈60°夹角，用激光确保内壁及底面至双面坡口内壁及底面露出金属光洁面，坡口层面深度不少于5mm以除去疲劳层与氧化层，提高焊接熔合处的冶金结合力；

6）采用频率振动渗透熔覆工艺：利用离子轰击渗透扩散处理的方法，在压力条件下，将电能转变为热能，利用工件的阴极或阳极的辉光放电，将金属元素扩散渗透到金属基体里面，改变材料的化学、物理性能，提高材料的强度、硬度，借用物理气相沉积PVD，与离子反冲的复合基理使工件或多种不同熔敷材料结合，连续的改变原子结构使其结合部位的界面消失；熔敷材料具体包括：

奥氏体材料作为结合层，层面厚度为5mm，然后用酸性材料在坡口内壁及底面形成结合层，刷去药皮及氧化渣；

马氏体合金粉末材料与碱性焊丝一起熔敷，在结合层面上形成过渡层，刷去药皮及氧化渣；

珠光体合金粉末材料与酸性焊丝及碱性焊丝一起熔敷，在过渡合层上形成工作层，刷去药皮及氧化渣；

铁素体合金粉末材料熔敷于工作层上形成加工层，将裂纹填平后高于2mm，拆除固定板，进行整体磨削和抛光。

进一步的，所述奥氏体材料按质量百分比包括：碳0.5%以下、铬12%、硼1%~2%、硅3%~4%，余量为磷。

进一步的，所述马氏体合金粉末材料按质量百分比包括：碳0%~0.1%、硼1%~2%、硅3%~4%、铁0%~1.5%，余量为镍。

进一步的，所述珠光体合金粉末材料按质量百分比包括：碳0.4%~0.6%、镍35%、铬8%~12%、硼硅混合物6%~8%，余量为铁。

进一步的，所述过渡层中碱性焊丝与酸性焊丝的熔敷厚度比为3：1。

进一步的，所述过渡层中碱性焊丝熔敷厚度6~9mm；所述过渡层中碱性焊丝熔敷厚度2~3mm；所述马氏体合金粉末材料熔敷厚度0.1~0.15mm。

进一步的，所述工作层中酸性焊丝与碱性焊丝的熔敷厚度比为1：3。

进一步的，所述工作层中碱性焊丝熔敷厚度2~3mm；所述工作层中碱性焊丝熔敷厚度6~9mm；所述奥氏体材料熔敷厚度0.1~0.15mm。

本发明的有益效果是：本发明可以对600吨轧机电机转子轴断裂位进行在线修复，相对于更换新的转子轴，价格仅为15~20万元，成本可节约上百倍。此外，本发明采用频率振动渗透熔覆工艺，以及分段、点固、对称、缓冷的工艺方法疏松焊接应力，可以避开应力剪切点，可以有效保证熔敷材料和母材达到500N冶金结合力，同时确保修复的精准度。

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。

实施例

以宽度为800mm、厚度为480mm、断裂的裂纹深度为100mm的轧机电机转子轴为例：

1）将断裂的600吨轧机电机转子轴按每小时30~35℃加热到260~280℃；

2）利用百分表和超声波探伤仪检查断轴裂纹并确认断裂部位的走向及受损量，分析优化得出裂纹两端最佳固接点位置，以避开应力剪切力点；

3）用规格为1000*500*30mm的四块钢板焊接固定在断裂口优化固接位处两侧；

4）以断裂口为中心线，向两边平分500毫米向断裂口的深度方向用氧气切割，切割深度超过裂纹边缘坡口深度20mm，将断裂口切割成断面为“双U”形的坡口，坡口底面为弧形，不允许用碳弧气刨切割，碳金棒含碳量达99.9%，极易留下碳质点，增加含碳量，造成熔敷性能极差，所以不能用碳弧气刨切割法；

5）切割完后，用砂轮机磨到坡口内壁及底面露出金属的光洁面为止；目的是消除切割后剩余的残留的高熔点的三氧化二铁，便于熔敷和结合；

6）采用频率振动渗透熔覆工艺：利用离子轰击渗透扩散处理的工艺，在特定的压力下，将电能转变为热能，利用工件的阴极或阳极的辉光放电，将其金属元素扩散渗透到金属基体里面，改变材料的化学、物理性能，提高材料的强度、硬度，借用物理气相沉积PVD，与离子反冲的复合基理使工件或多种不同物质的KM新材料，连续的改变原子结构使其结合部位的界面消失。使其具备疏松应力的功能得到体现，进而达到良好的应用效果。熔敷材料使用如下：

奥氏体合金粉末材料与酸性焊丝一起熔敷，在坡口内壁及底面形成结合层，刷去药皮及氧化渣，稀释硫(S)和磷(P)的含量避免冷热裂纹的产生；

马氏体合金粉末材料与酸性焊丝及碱性焊丝一起熔敷，在结合层上形成过渡层，刷去药皮及氧化渣；

所述过渡层中碱性焊丝熔敷厚度6~9mm；所述过渡层中碱性焊丝熔敷厚度2~3mm；使得过渡层中碱性焊丝与酸性焊丝的熔敷厚度比为3：1，添加的珠光体合金以碳化钨为添加成分，所述形成的珠光体材料熔敷厚度5~10mm；

珠光体合金粉末材料与酸性焊丝及碱性焊丝一起熔敷，在过渡层上形成工作层后，需刷去药皮及氧化渣；

所述工作层中碱性焊丝熔敷厚度5~10mm；所述工作层中碱性焊丝熔敷厚度6~9mm；使得所述工作层中碱性焊丝与酸性焊丝的熔敷厚度比为1：3，所述珠光体材料熔敷厚度0.1~0.15mm；

铁素体合金粉末材料熔敷于工作层上形成加工层，将裂纹填平，拆除固定板，进行整体磨削和抛光。

根据本发明的方法，固定板用于避免裂纹延伸；防止变形，保持同心度、平衡度；将裂纹切割成断面为“双U”形的坡口，避免形成“V”形坡口造成应力集中而导致的垂直裂纹的产生；采用氧气切割等非增碳切割方式，较之增碳切割方式（例如：碳弧气刨切割，碳金棒含碳量达99.9%，给切割出留下难熔的碳质点，造成可焊性极差）不易留下碳质点，不增加含碳量，从而避免或导致熔敷性能极差；结合层中的碱性焊丝加酸性焊丝按3:1的比例熔敷，每层2~5毫米，添加配制的合金粉＜奥氏体＞0.10毫米至0.20毫米一起熔敷，起到稀释硫和磷的含量，避免和减少熔覆层冷热裂纹产生的可能性，以改变原材质的金相结构，增强其结合部的冲击韧性，达到恢复尺寸和逐步过渡强化的目的；过渡层以马氏体组织为主，目的是解决各成分之间的良好融合，稀释S、P的含量，避免冷热裂紋的产生,该层按碱性焊丝与酸性焊丝3：1的比例熔敷，即每层2~5毫米，增加冶金结合力使之达到500N，工作层加铬镍碳钨合金粉进一步达到金属与金属之间起到一种耐磨和疏松松应力以珠光体组织双向耐磨合金为主，添加碳化钨合金粉保证强化金属有高的耐高应力磨粒磨损性能，良好的耐蚀、耐热、耐疲劳性能；加工层主要铁素体为主的合金粉目的是降低硬度及强度，便于机械加工，为机械加工留出余量，保证机加工的精度和光洁度。

修复后的检测：

因体积大、直径大、无法离线车削，只能局部在线按各项工艺程序的要求分步进行。

按未损坏的部位为标准，做一个圆弧规，按圆弧规和基圆接触部位，用塞尺检测，不超过0.3mm~0.5mm即可，并以此为验收的外观检测标准。

将主电机扭矩负荷从低档值1.5MN.m逐步提高到2.6MN.m的正常轧制扭矩，上下位电机均运行正常。在线危险断面应力监测系统显示，工作中最大应力均在许用应力范围之内，对裂纹修复面的不定期超声波探伤均没有发现裂纹及焊接缺陷。

用硬度计检测，硬度与原来基体的硬度是否一致，误差一般在HB5~10之间是完全能满足硬度的要求的。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (1)

1.一种600吨轧机电机转子轴断裂修复技术，其特征在于，包括以下步骤：

1）将断裂的600吨轧机电机转子轴按每小时30~35℃加热到260~280℃；

2）利用百分表和超声波探伤仪检查断轴裂纹并确认断裂部位的走向及受损量，分析优化得出裂纹两端最佳固接点位置，以避开应力剪切力点；

3）固定板的两端分别与轧机电机转子断轴处的两侧固接；

4）从断裂处的两侧向断裂层的深度方向用氧气切割，将裂纹断裂口切割成断面为U型的坡口，坡口底面采用冷加工砂轮打磨的方式打磨成双面U型；

5）用冷加工砂轮打磨的方式打磨U型坡口的坡面呈60°夹角，用激光确保内壁及底面至双面坡口内壁及底面露出金属光洁面，坡口层面深度不少于5mm以除去疲劳层与氧化层，提高焊接熔合处的冶金结合力；

6）采用频率振动渗透熔覆工艺：利用离子轰击渗透扩散处理的方法，在压力条件下，将电能转变为热能，利用工件的阴极或阳极的辉光放电，将金属元素扩散渗透到金属基体里面，改变材料的化学、物理性能，提高材料的强度、硬度，借用物理气相沉积PVD，与离子反冲的复合基理使工件或多种不同熔敷材料结合，连续的改变原子结构使其结合部位的界面消失；熔敷材料具体包括：

奥氏体材料作为结合层，层面厚度为5mm，然后用酸性材料在坡口内壁及底面形成结合层，刷去药皮及氧化渣；

马氏体合金粉末材料与碱性焊丝一起熔敷，在结合层面上形成过渡层，刷去药皮及氧化渣；

珠光体合金粉末材料与酸性焊丝及碱性焊丝一起熔敷，在过渡层上形成工作层，刷去药皮及氧化渣；

铁素体合金粉末材料熔敷于工作层上形成加工层，将裂纹填平后高于2mm，拆除固定板，进行整体磨削和抛光。