技术背景
隔爆设备在国民经济中占有举足轻重的地位,它通常使用在矿山、化工等有爆炸危险的场所,为了防止引爆瓦斯煤尘易燃物,将电气芯子装在“隔爆外壳”里,就制成了隔爆设备。隔爆外壳是隔爆设备的关键部件,是区别于普通设备的根本特征。隔爆外壳关系着人民的生命安全及巨额财产安全,国标对其要求极严,使用中极易损坏、报废。隔爆外壳的损坏、报废,绝大部分是隔爆面“失爆”所致。隔爆设备主要有隔爆开关、隔爆电机、隔爆变压器、隔爆小型电器等多种。隔爆外壳大多是用钢板、铸钢、铸铁制成。GB3836.1-2000 GB 3836.2-2000规定了隔爆外壳的结构要求。
隔爆外壳应具有足够的机械强度,使之能承受爆炸压力与外力冲击而不损坏或变形。隔爆面也必须有足够的机械强度,当外壳内爆炸的高温高压火焰通过隔爆间隙向外喷出时,如果强度不够,则会产生严重变形,从而改变了接合间隙,影响了外壳的隔爆性能。组成整个隔爆外壳的全部隔爆间隙,均应制成能够隔爆的结构。隔爆接合面的表面粗糙度应不高于Ra 6.3,操纵杆须不高于Ra 3.2。隔爆面不准有锈蚀、损伤、麻点,以免改变隔爆间隙,使隔爆面失去熄火作用及冷却作用,当高温高压火焰喷出外壳时,引爆外壳外的爆炸物。
隔爆外壳“失效”通常叫“失爆”,即失去隔爆性能,隔爆外壳失效后按规程检修,不能检修时报废。对修理后的隔爆外壳有严格的标准要求,这一点远比绝大部分机械设备要求严格,很多机械设备有检修质量标准,但没有国家(或部委)制订的具体的检修规程,只有企业订的检修规程。原部颁《隔爆电气设备外壳检修规程》对隔爆外壳的处理规定摘要如下:
1#.一般厂矿不得修理,须由专门修理厂修理,应由受过防爆知识训练的专人负责。
2#.隔爆面有下列几种缺陷不得修补。
a.螺孔四周围5mm范围内的缺陷。
b.隔爆结合面边角上的缺陷。
c.活动的隔爆面上的缺陷。
d.8mm及以下的隔爆面上的缺陷。
e.隔爆面上有疏松现象的铸件。
f.静止隔爆面上的缺陷使剩余的隔爆面有效长度低于规定值时。
3#.修理后的隔爆外壳符合国标要求,并按规定进行水压试验,以检查耐爆强度。
4#.修理隔爆外壳的主要方法是机加工、点焊锡修补、嵌镶附套(指修活动隔爆面)。
5#.隔爆面经机加工后,其法兰盘厚度还应大于等于原设计厚度的85-90%。
6#.修理后的隔爆面粗糙度应小于等于规定要求。
7#.修理后的隔爆外壳应保证在装配后不发生有碍防爆性能的应力变形。
8#、修理后隔爆面的防锈措施主要是磷化和涂204-1防锈油。
总之,对隔爆外壳修理方法主要是点焊补、机械工、镶套、磷化等,防腐、修理后,必须具有隔爆性(即隔爆外壳结构参数及强度符合要求),耐用性(防腐性、抗损伤性优良),不发生应力变形。
由于没有先进成熟的技术,上述《规程》40年没有修改,国内外修理方法大同小异。
当前世界各国制造隔爆外壳主要过程都是从钢板、铸铁等原材料开始加工制造,经过冲压(或铸造)、焊接、机加工等工序,制成产品。
当前,先进表面工程技术广泛应用在维修领域,但没有见应用在隔爆设备维修方面的报道。
复合表面工程技术是指将两种或多种表面工程技术以适当的顺序和方法复合在一起,或以某种表面工程技术为基础制造复合涂层的技术。通过这些复合,能够发挥其所含或不同涂层材料的各自优势,有机配合,取长补短,从而可以得到最优的表面性能,达到1+1>2的效果。
复合表面工程技术有化学热处理与刷镀、化学镀复合,热喷涂与油漆复合,热喷涂与高频感应加热、等离子加热复合等。
金属制品的激光表面改性技术是70年代中期发展起来的一项高新技术,激光具有高辐射亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特点,这是普通光源无法比拟的,激光束经聚焦后,能在焦点附近产生几千度乃至万度的温度,因此能加热几乎所有的材料。激光表面改性技术主要是利用激光的高辐射亮度,高方向性和高单色性三大特点。当激光作用在金属表面时,可以显著地改善其表面性能。激光表面改性技术包含激光相变硬化,激光熔覆—合金化,激光非晶化,激光冲击硬化,激光淬火等,它们的共同理论基础是激光与材料相互作用规律。激光表面改性技术与其它表面技术结合起来,诞生了第二代表面工程技术即激光表面复合改性技术,它可以综合传统表面改性技术及激光表面改性的优点,弥补甚至消除了各自的局限性,从而展示了巨大的潜力和市场竞争能力。如对低碳钢表面改性,可喷涂一层耐腐蚀、高硬度合金粉末,再用激光熔覆,这样就会在低碳钢表面形成一层既有高硬度,又有高耐腐蚀性的表面功能层。
高速电弧喷涂技术是将金属或合金丝制成两个熔化电极,由电动机变速驱动,在专门设计的喷枪口相交产生短路而引发电弧并熔化,借助压缩空气雾化成微粒并以超音速的高速度喷向经预处理的工件表面,形成涂层。它结合强度高,接近于等离子喷涂层的结合强度,成本低,可采用不锈钢、高碳钢、合金钢、铝、锌等喷涂材料,用于修复或防腐。
电刷镀技术是在阳极表面裹上棉花等吸水材料,令其吸饱镀液,然后在作为阴极的零件上往复运动,使镀层沉积在零件上的电镀过程。在镀液中加入纳米材料,就可制成纳米涂层。
爆炸焊接是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。它的最大特点是在一瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属组合。
生物植酸防腐是从植物中提取植酸,利用生物工程技术合成绿色环保防腐蚀产品生物植酸,将它涂在钢铁表面防腐,各项指标均超过传统的磷化膜的耐腐蚀性能。
电熔爆是一种非接触强电加工技术,加工过程中,在带电工具电极与工件表面间产生特殊的电作用,形成高密度的强电子电流,使工件表层局部迅速熔化和爆离,达到符合要求的尺寸精度和粗糙度。凡加工的材料,不论硬、软、粘度如何,均可进行高效率加工,是高硬度材料的克星。
为了产业化利用废旧设备,走可持续发展道路,徐滨士院士提出“绿色再制造”理论,他的定义如下:“绿色再制造工程是以产品全寿命周期设计和管理为指导,以优质、高效、节材、环保为目标,以先进技术和产业化生产为手段,对废旧产品进行修复和改造等一系列技术措施和工程活动的总称,也就是说绿色再制造工程运用先进表面技术、复合表面技术等多种高新技术、产业化生产方式、严格的产品质量管理和市场管理模式,使废旧产品得以高质量地再生”(引自《中国表面工程》杂志2001年第二期)。
绿色再制造技术是20世纪90年代兴起的高新技术,在美国、英国等国已形成了产业群,正向传统制造业发起冲击。国家经贸委把绿色再制造技术列为1998、1999年重点技术创新资助项目。“绿色再制造工程及其在我国的应用前景”列入中国工程院咨询项目,并受到国务院有关领导重视,获得“国家自然科学基金”资助,列为国家重点实验室项目,列入“十五”规划,现已成立“装备再制造技术国防科技重点实验室”。“再制造基础理论与关键技术”课题获国家自然科学基金重点项目资助(引自《中国表面工程》杂志2002年第4期)
发明内容
现在流行的隔爆外壳的主要缺陷是:隔爆面硬度低(约HRC15),耐腐蚀性差(磷化后2-6个月),易失爆,寿命短,功能单一,隔爆开关没有防止擅自送电,防止擅自开盖操作功能。废旧隔爆外壳不再利用,直接冶炼为钢铁。本发明的目的是把废旧隔爆外壳再制造成“长寿命多功能”隔爆外壳,使隔爆外壳“多次重复使用”。
本发明在废旧隔爆外壳隔爆面上覆盖镍、铬、锰、钨等合金材料组成的复合涂层;在外壳内外表面上覆盖防腐蚀、抗结露、耐电弧、反光涂层。这些涂层的厚度结构、材料配方具有适应煤矿恶劣环境的特殊性、创造性,它使得低碳钢基体具有高硬度、高耐腐蚀性、高抗擦伤性、抗瓦斯煤尘爆炸冲击性的隔爆面及优异的外壳内外表面,相比传统隔爆外壳的隔爆面及内外表面,安全可靠性产生了质的飞跃。本发明还将隔爆开关的旧闭锁装置改造成能防止擅自送电,防止擅自开盖操作的“两防闭锁装置”。
用维修技术修理隔爆外壳的缺陷:一、难以使修好的外壳同时满足以下三个条件:隔爆性(即强度及隔爆结构参数)符合国标,耐用性(主要指隔爆面及内外表面防腐蚀及抗擦伤性)良好,不发生应力变形。所以《隔爆电气设备外壳检修规程》只允许小修理一小部分隔爆外壳,大部分废旧隔爆外壳只能报废。二、修理几次后不能再修理,例如用磨削、车削加工修理隔爆面,虽然隔爆面留有加工余量,但愈加工愈薄,直至到了规定厚度不能加工,只可报废,不能在经济寿命周期内反复多次重复使用。三、维修后的隔爆外壳难以达到国标要求,更不可能超过国标要求。四、检修后的隔爆外壳没有统一标准,同一型号的产品因厂家不同,某些零件、某些尺寸也不同,检修后仍然不同,给实际使用、购买配件带来诸多不便。五、不能产业化利用废旧隔爆外壳。
本发明可以对绝大多数废旧隔爆外壳进行产业化处理,流水线生产,再制造隔爆外壳过程中有标准化制造方法,有再制造产品的统一标准,质量达到或超过国标要求。对同一个隔爆外壳可以反复多次再制造,再使用,直到经济寿命周期终了。
用原材料制造新隔爆外壳要多消耗能源,把废旧隔爆外壳炼钢后再制造新隔爆外壳,也要多消耗能源,还要向空中排放二氧化碳,污染环境。本发明以废旧隔爆外壳作为毛坯再制造,可以克服这些缺陷。
用一般表面工程技术处理隔爆外壳性能难以达到要求,用高新表面工程技术处理,成本过高,失去实际意义。本发明组合并创新表面工程技术组合,解决了这些问题。
本发明技术方案由以下工序组合:
废旧隔爆外壳去污→废旧隔爆外壳拆卸→检测分类→隔爆外壳清理旧漆→标准化方法改进隔爆外壳→表面技术组合方法处理隔爆面→时效处理→隔爆面加工→出厂压力试验→隔爆外壳内外表面技术处理→隔爆外壳装配→成品检验、评价→成品标记→成品入库
以下详细描述每道工序内容:
废旧隔爆外壳去污:废旧隔爆设备回收后,通常油污、煤泥严重,必须先去污,去污方法用高压水射流清洗,使用专用清洗设备或用乳化液泵、专用喷枪、喷嘴等元件自制清洗设备,将水或水溶液加压几个~几十个大气压进行冲洗,根据油污情况,对局部或小零件还可以采用浸渍、刷洗等手工方法清洗。水溶液包括乳化液、表面活性剂溶液、清洗剂等。废旧隔爆外壳去污工序方框图如图8,该工艺关键是把清洗隔爆外壳的废水处理后循环利用,而不是随便排放污染环境、浪费资源。也可以用压力空气吹,除去表面污垢。还可以用火焰烤去油污。
废旧隔爆外壳拆卸:把废旧隔爆外壳拆卸成基本零件,基本零件指用钳子、改锥、扳手等常用工具不能再拆卸的零件,以便于检测分类。拆卸时在拆卸台上先松动,后上拆卸流水线拆卸,也可以不上流水线每人或几人一台设备拆卸。拆卸流水线适用于大批量作业,废旧设备在运输线上移动,工人站在两边分别拆卸自己负责拆卸的零件。废旧隔爆外壳拆卸工序方框图如图9。
检测分类:把拆卸的部件分别按规定检测,根据分类标准把部件分为若干种类,对不同种类采用不同办法。检测方法主要有直接观察法,量具仪表测量法,水压试验法,在线自动检测法等,分类方法有隔爆外壳分类处理法等。
直接观察法就是把被检测部件与同类标准部件比较,根据有关标准、规程要求,直接观察、比较被检测外壳是否变形、隔爆面有无伤痕、电气元件是否烧坏、铁芯是否烧坏等,并作好记录。
量具仪表测量法就是用塞尺、粗糙度样块等,按标准检测隔爆间隙,隔爆面粗糙度;用直尺、游标卡尺测量法兰盘厚度、孔径大小等参数;用仪表检测从电动机、变压器拆下的铁芯铁损高低、绝缘好坏;等等。作好各项记录。
水压试验法是用水压试验检验隔爆外壳是否有裂缝、气孔、砂眼。水压试验装置原理如附图1所示,这个试验装置的特点之一是试验用水循环使用,没有浪费。
在线自动检测法是把标准隔爆设备数据资料、图像资料编成程序存入计算机,用扫描仪扫描流水线上的废旧隔爆设备零件,将扫描数据输入计算机比较分析,分出类型。
经检测,分类处理。
隔爆外壳分类处理法:除壳体(拆卸隔爆外壳的可拆卸零件后的剩余部分)、大小盖、接线盒外,把喇叭嘴、底座、接线柱、铁芯等电气元件,按新好、新坏、旧好、旧坏分为四类,把基本外壳、大小盖、接线盒分为如下几类,A--外壳变形,B--外壳崩裂,C--外壳螺丝折断,D--隔爆外壳上的螺扣损坏,E--隔爆面锈蚀,F--隔爆面出现机械伤痕,G--隔爆面间隙超限。每类都有判定标准,根据标准判定。
零件属新好、旧好类的,可再利用。新坏、旧坏的,按标准修理。属B类及A类变形超标的,一般不能再制造。A类变形未超标的、C、D、E、F、G类进入下道工序按标准修理,改进。
按照原出厂规格型号分类,分为电机、开关等类,开关中又分为80A、120A、300A等类,按制造厂家还可分为若干类。
隔爆外壳清理旧漆:除旧漆工艺有喷射磨料除旧漆、有机溶剂清除旧漆皮、碱水除旧漆、高温除旧漆等,根据需要选择一种适宜方法。本工序也可以放在“表面技术组合方法处理隔爆面”工序后进行,根据具体情况选择。
喷射磨料除旧漆,将磨料高速喷射向废旧隔爆外壳,借助磨料的冲击作用除去金属表面上的旧漆皮。根据需要选择压缩空气喷射或离心喷射。根据具体情况选用铁熔渣、金刚砂、钢屑、硅铝玻璃熔渣等磨料中的一种。以方便取材,成本低,效率高,不损伤基体上的完好隔爆面及螺孔为好。用橡胶等材料封堵螺孔或其他需要保护的表面。
有机溶剂清除旧漆,把脱漆剂(T-1、T-2、T-3)或其他有机溶剂涂在废旧漆皮上除掉废旧漆皮。
碱水除旧漆,把废旧外壳放在“碱性除漆水”(含氢氧化钠、碳酸钠、表面活性剂等)槽中除去旧漆皮。
高温除旧漆,用氧乙炔焰、电炉烘烤等高温方法烤旧漆,将其去掉。
标准化方法改进隔爆外壳:制定再制造隔爆外壳标准,对可再制造隔爆外壳按标准进行改进,改进方法主要是修理、更换配件或重新制作零件,使不同厂家的隔爆外壳经过再制造后达到标准化要求。如:改进喇叭嘴、接线盒及其盖、隔离开关手把、接线柱孔、螺栓、底座等零部件尺寸为统一尺寸、统一形状;修理或准备新铁芯,为装配做好准备;电焊修理壳体上的砂眼等缺陷;制作开关新底座,更换旧底座;淘汰旧型号,改进成新型号隔爆外壳,如QC83系列已淘汰,但隔爆外壳型式没有变,可将其改进成新型号;改进转子、轴承、铁芯,达到标准要求。
改进开关“旧闭锁装置”(都不符合要求)为“两防闭锁装置”(能“防止擅自送电,防止擅自开盖操作”的闭锁装置),达到新版《煤矿安全规程》(2001年)445条要求。方法如下:
A型:如图2 A型两防闭锁装置示意图,用于QC83、QC815、QC810、BQD6、BQD10、BQS1、DW80系列开关,煤电钻综合保护、照明综合保护,以及其他与QC83系列开关闭锁装置结构相似的开关,其旧闭锁装置改进成如图2所示结构,步骤是:先制作图2所示A型两防闭锁装置,再用氧乙炔焰割下旧闭锁装置,安装上新“两防闭锁装置”,它只能用对应钥匙解锁或锁定,达到防止擅自送电,防止擅自开盖操作目的。
B型:如图3B型两防闭锁装置示意图,用于改进QJZ-300/1140开关闭锁装置及其他类似结构,步骤是:在闭锁杆(23)上开槽(供锁芯(25)锁定闭锁杆),在开关面板(32)上开槽,焊上保险套(24),保险套中安装锁芯(25)。
C型:图4C型两防闭锁装置示意图,用于BKD1、TKXK系列矿用隔爆小型磁力启动器及其他类似结构,要达到“防止擅自送电,防止擅自开盖操作”功能,按图4所示结构制作C型两防闭锁装置,然后分别锁定按钮及开关盖板螺栓。锁定螺栓步骤:在图4保险套(24)中安装锁芯(25),在要锁定的螺栓上安装距离套(43),将保险套(24)扣在螺栓(42)上,拧紧锁芯(25),由于盖板(41)的边对保险套的阻挡作用,保险套不能绕螺栓转圈,由于锁芯(25)的阻挡作用,保险套不能从螺栓上脱下,扳手等工具不能接触螺栓,也就拧不开盖板。用钥匙拧出锁芯(25),即可取下保险套(24),方便操作螺栓(42)。把螺栓用送电按钮代替,参照图4略作改动,即可达到“防止擅自送电”目的。
D型:用于BGP5、BPZ1、BGP、BGP3、BGP8系列隔爆型高压真空配电装置以及其它类似结构,用几套独立装置分别安装在隔离开关手把及主腔盖上,需要锁定时,分别操作锁定。锁定主腔盖时采用图4所示方法,锁定隔离开关手把时,在隔离开关手把上开槽或打孔,参照图2、图3所示方法锁定。
表面技术组合方法处理隔爆面:针对具体情况,根据需要,把多种表面技术方法结合在一起,处理若干个(同一个或几个)隔爆面,处理同一台隔爆外壳的隔爆面,成批处理不同价值隔爆外壳的隔爆面,成批处理使用在不同场所隔爆外壳的隔爆面,成批处理不同名称型号隔爆外壳的隔爆面,达到性能互补,成本降低,整体效果最优。
处理若干个隔爆面的表面技术组合方法:有激光隔爆面改性工艺(简称JB)、冷焊补--激光热处理--涂生物植酸隔爆面改性复合工艺(简称LJB)、热喷涂——氩弧焊隔爆面改性复合工艺(简称RYB)、堆焊—表面防腐处理隔爆面改性复合工艺(简称DFB)、爆炸焊隔爆面改性工艺(简称BB)、冷补焊—刷镀隔爆面改性复合工艺(简称LSB)等。
激光隔爆面改性工艺,方法是使用激光喷枪喷焊,送粉气体将喷涂粉末引入喷枪内,调节喷枪与基材表面距离,使激光聚焦在基材表面,这样,落在焦点部位的粉末和基材表面同时熔融,冷却后即形成涂层。这种工艺适用于极大批量再制造,适用于隔爆面形状较规则的平面对口隔爆面。
冷焊补--激光热处理--涂生物植酸隔爆面复合改性工艺:
冷补焊:是用冷补焊方法焊补隔爆面伤痕、麻点及沙眼等缺陷。如果满面是麻点及伤痕,冷补焊太费时,可仅焊伤痕深度大于0.5mm的缺陷,以减少加工厚度,然后上机床加工,加工后若有砂眼、小孔,仍进行焊补。
冷补焊设备有两种,一种是隔爆面镀焊两用机,既可当刷镀电源又可当冷补焊机用,焊接时将工件放在冷却介质中,以小电流自动限时进行氩弧焊,以免引起“有碍防爆性能”的应力变形,可焊补隔爆面各种缺陷,焊点为冶金结合,强度高。适用于现场维修隔爆面,既可修补麻点等缺陷,又可刷镀隔爆面以提高硬度,防止腐蚀。图6隔爆面镀焊两用机方框图。
另一种是隔爆面冷补焊机,参照模具修补机(专利号:ZL98206840.9)设计改进,可以焊补隔爆面各种缺陷,而不发生有碍防爆性能的应力变形,且有足够强度。隔爆面镀焊两用机修补缺陷速度快,但留下较大的加工量,有一部分还需要上机床加工;隔爆面冷补焊机修补缺陷后,加工量小,手工磨削即可,可以方便地修补大型隔爆外壳上不容易机加工的小隔爆面,但生产率低。
冷补焊工艺既可以独立适用于现场维修隔爆面,还可以在制造厂与激光热处理、刷镀技术等复合用于隔爆面改性。
表面激光热处理主要是用激光进行表面淬火,提高硬度,适用与铸铁、铸钢制造的隔爆电机外壳。
也可用激光渗钛工艺,渗钛是最新发展起来的一种化学热处理工艺,耐蚀性、耐磨性成倍、十几倍、几十倍的提高,硬度高达2500--3000HV。将供钛剂、活化剂(如氯化铵)和填充剂(如三氧化二铝)调成膏状敷在隔爆面上,激光照射渗入隔爆面即可。
将生物植酸涂在激光淬火后的高硬度隔爆面上,有很好的防腐蚀功能。还可以用在各种隔爆面上防腐蚀。
冷补焊的目的是将有缺陷的隔爆面补平,以便进行表面激光热处理及涂生物植酸防腐,从而提高硬度及耐蚀性,且不引起应力变形。用冷焊补--激光渗汰热处理隔爆面改性复合工艺,可不涂生物植酸防腐蚀,适用于处理低碳钢隔爆面;冷焊补--激光淬火热处理--涂生物植酸隔爆面改性复合工艺,可用于处理铸铁、铸钢制造的电动机隔爆面(用其他高温表面技术处理这类隔爆面易裂缝),适用于批量生产。
堆焊——表面防腐处理隔爆面改性复合工艺:
先在废旧隔爆面用气体保护焊堆焊一层硬度高的合金,加工后刷镀、化学镀、涂生物植酸及其它耐腐蚀强的表面层,再制造成“超级隔爆面”,使其在潮湿空气中耐腐蚀性大于不锈钢,硬度HRC≥45,且成本低。如果用具有耐腐蚀、高硬度双重功能的焊丝堆焊后机加工达到要求光洁度,可以不再电镀,而是涂一层防锈油或其他材料增加防腐性。
堆焊或其他高温处理时,隔爆面螺栓孔保护方法是:在螺孔周围涂一层耐高温油脂,在隔爆面上对着螺栓孔放一个孔径略小或相同的不锈钢平垫,从螺栓孔中穿一条螺栓,拧紧螺帽,将平垫固定在隔爆面上,堆焊时沿平垫外延焊接,将其焊接在隔爆面上。隔爆面螺栓孔保护方法示意图如图7所示。
热喷涂——氩弧焊复合工艺:
在隔爆面边上用氩弧焊焊一条细边,在边框内隔爆面上喷涂一层高硬度、耐腐蚀材料,再进行机械加工,制造成“超级隔爆面”。这种超级隔爆面的特点是:喷涂表面的边缘冶金结合,克服了喷涂层边缘易脱落起皮的缺陷,发挥了喷涂层成本低、硬度高、耐腐蚀性强的优点。这种涂层表面结构适合为铸铁、铸钢制造的电机隔爆外壳的隔爆面改性,也可以用于其他场合。
冷补焊——刷镀隔爆面复合工艺:
有些隔爆面无法使用上述方法改性,如电机轴与端盖、操纵杆与孔之间的园筒形隔爆面,及出线箱隔板上的隔爆面,由于位置特殊或怕变形,所以,先用冷补焊机焊起伤痕,然后磨平,再用刷镀方法在隔爆面上镀一层镍钨合金、纳米材料等耐磨损、防腐蚀复合镀层。既改进表面特性,又恢复尺寸。
爆炸焊隔爆面改性工艺:
按照隔爆面尺寸大小裁剪下硬度、防腐蚀、价格合适的薄钢片,用爆炸焊接方法将高硬度、耐腐蚀不锈钢皮焊接在隔爆面上,再进行表面加工达到规定光洁度。为了防止爆炸压力引起隔爆外壳应力变形,必须设计专用胎具,把隔爆外壳放在胎具里,使得爆炸焊接时不引起应力变形。或者将旧隔爆外壳法兰用氧乙炔焰、激光等割去,换上用爆炸焊接技术生产的复合材料隔爆外壳法兰,方法是将高硬度、耐腐蚀不锈钢皮爆炸焊接在法兰毛坯上,然后机加工。这种方法可以用于生产厂家制造新隔爆外壳上的法兰。
处理同—台隔爆外壳隔爆面的表面技术组合方法:JB---DFB---堆焊防锈焊丝---LSB工艺组合,DFB---RYB---堆焊防锈焊丝---化学镀工艺组合,DFB---LSB组合,冷补焊---机加工各个隔爆面---强化隔爆面工艺组合等。开关隔爆外壳及其隔爆面示意图如图5。根据井下环境腐蚀程度及使用单位防止机械损伤能力,确定具体工艺组合。
JB---DFB---堆焊防锈焊丝---LSB工艺组合:,对机械损伤最严重的隔爆面,激光喷焊一层高硬度、耐腐蚀粉末;对机械损伤次严重的隔爆面,堆焊一层高硬度不锈钢焊丝,再刷镀一层耐腐蚀表面层;对机械损伤一般的隔爆面,堆焊一层耐腐蚀性好、硬度一般的焊丝;对偶尔才受机械损伤的隔爆面,先采用冷补焊修补损伤点,再满面刷镀一层防腐蚀合金;对不受机械损伤的隔爆面仅刷镀一层防腐蚀合金即可。这种工艺组合适用于隔爆面处于机械损伤、腐蚀都很严重的环境。
DFB---RYB---堆焊防锈焊丝---防腐镀涂工艺组合:对机械损伤最严重的隔爆面,堆焊一层高硬度不锈钢焊丝,再镀或涂一层耐腐蚀表面层;对机械损伤次严重的隔爆面,用热喷涂——氩弧焊复合工艺改性;对机械损伤一般的隔爆面,堆焊一层耐腐蚀性好、硬度一般的焊丝;对偶尔才受机械损伤的隔爆面及不受机械损伤的隔爆面,镀一层镍基合金或涂一层其他防腐蚀材料即可。这种工艺组合适用于隔爆面处于机械损伤、腐蚀严重的环境。
DFB---LSB组合:对机械损伤最严重、次严重、一般的隔爆面都采用DFB工艺处理,对偶尔才受机械损伤的隔爆面及不受机械损伤的隔爆面采用LSB工艺处理。
冷补焊---机加工各个隔爆面---强化隔爆面工艺组合:冷焊补工艺同上;机加工工艺包括对隔爆面车、铣、刨、磨、抛光等;强化隔爆面包括对隔爆面刷镀、涂204--1防锈油、涂生物植酸、磷化、电镀等表面技术处理。对损伤的隔爆面进行冷焊补,然后对各个隔爆面进行机加工,机加工中出现砂眼等缺陷再冷焊补,再机加工,达到光洁度后,进行防锈处理(如:涂204--1防锈油)或用刷镀既恢复尺寸又防锈处理。这种工艺的特点是成本低,但隔爆面硬度、耐腐蚀性较差,适用于价格低,隔爆面硬度、耐腐蚀性要求低的小隔爆外壳。如小电机隔爆外壳,小干变隔爆外壳,三通、四通及其他小型电器隔爆外壳及在变电所、运输大巷使用的设备。
成批处理不同价值隔爆外壳隔爆面的表面技术组合方法:‘LJB’或‘RYB’与‘LSB’组合处理大隔爆外壳隔爆面,‘DFB---LSB组合’或‘DFB---RYB---堆焊防锈焊丝---防腐镀涂工艺组合’处理中隔爆外壳隔爆面,‘冷补焊---机加工各个隔爆面---强化隔爆面工艺组合’处理小隔爆外壳隔爆面。
其中:‘LJB’处理方便数控机床转动的圆形面,如电机轴隔爆面或端盖隔爆面。‘RYB’处理非圆形隔爆面,如高压开关隔爆面。‘LSB’处理大隔爆外壳上的小隔爆面,如操作杆轴孔隔爆面。其它同上。
外形大的隔爆外壳一般价值高,反之也然。一台隔爆型采煤机电机、高压开关几十万元,隔爆面损坏就应报废,造成巨大损失,采用硬度高、耐腐蚀性强的隔爆面意义十分重大;一个小型隔爆电器几十元或几百元,如果用成本高昂的激光技术处理隔爆面达到高硬度、高耐腐蚀显然没有必要。另外大、中、小隔爆外壳使用条件及加工设备也有一定差别。因此须合理组合。
成批处理使用在不同场所隔爆外壳隔爆面的表面技术组合方法:根据矿井空气潮湿程度、含有害气体性质、使用地点(工作面、顺槽、运输大巷、变电所等)、年产量(特大、大、中、小型煤矿)、地质条件等环境参数,确定表面技术组合方法。空气潮湿含二氧化碳、硫化氢等酸性气体多,则设备易腐蚀,反之,则不易腐蚀。同一个矿井,变电所与工作面使用条件差别很大。大矿井一般管理正规,设备损坏程度相对较小,小矿井一般不正规,设备损坏程度相对较大。顶板低且破碎,易损坏设备,反之,则不易损坏。
如:用冷补焊---机加工各个隔爆面---强化隔爆面工艺组合处理变电所、运输大巷使用的隔爆外壳,用DFB---LSB组合处理使用在工作面、顺槽、小煤矿的隔爆外壳。还可以试验成其它组合方法。
时效处理:采用回火时效、振动时效、自然时效等方法进行时效处理,以消除应力变形,防止隔爆间隙超限。图10隔爆外壳振动时效示意图。
隔爆面加工:隔爆面改性后,粗糙度太低,尺寸也不合适,需要进一步加工。
加工好后,按表面技术组合方法处理隔爆面工艺要求在隔爆面表面镀(涂)一层防腐蚀表面层。
出厂压力试验:按国家标准规定对隔爆外壳进行压力试验,可按规定作动压试验或静压试验。
隔爆外壳内外表面复合技术处理:在外壳内表面刷防锈漆及耐电弧漆,涂抗结露涂料,这种涂料能防井下潮湿空气在内表面结露,以提高绝缘电阻。在外壳外表面先刷底漆再刷防锈漆,喷涂(或粘贴)反光材料,在外表面制成安全警示标志,起到安全宣传、教育、警示作用。也可在外壳外表面高速电弧喷涂铝基合金材料,表面再涂一层油漆封孔,这种涂层具有很强的耐腐蚀性。
隔爆外壳装配:在装配流水线上把隔爆外壳的各个零件装配成整体,如把电动机铁芯、转子装配到电动机隔爆外壳中,盖好端盖及接线盒,以便检查、评价。
成品检查、评价:按国标检测隔爆性能。按企业标准检测各部件是否达到标准化要求(再制造出厂的隔爆外壳必须符合同一个标准)。根据检测结果,进行综合评价。如检查螺栓、油漆、隔爆间隙、喇叭嘴等是否合格。评价安全可靠性、质量稳定性等。
成品标记:固定铭牌,贴合格证,制作隐形标记以区分自己的产品。
成品入库:把成品入库或直接销售到顾客手中。
有益效果
隔爆外壳经济寿命期极长,发明了它100来年没多大的变化,我国的隔爆外壳40多年没有多大的变化,因此,隔爆外壳很适宜搞再制造。本发明出人意料效果之一是:可以使结构相对稳定的隔爆外壳“多次重复使用”,即“废旧外壳——再制造——再使用——再失效——再制造——再使用...多次循环”。而传统制造或修理方法不能使隔爆外壳“多次重复使用”,只能“一次性使用”,即“钢铁原材料——制造新的——使用——严重失效——报废”,。“多次重复使用”与“一次性使用”相比有质的飞跃,在能源节约与资源综合利用方面相比意义十分重大。据不完全统计,全国约有120亿隔爆设备,每年报废12亿,由于水电、核电等能源对煤炭的冲击,煤炭市场不会有大的发展,每年需求隔爆设备约8亿元左右,如果把废旧隔爆外壳全部再制造,今后我国即使不生产一台传统隔爆外壳也能满足生产需求。
全世界制造隔爆外壳的现有技术都是从钢板等原材料开始制造,而本发明克服了技术偏见,打破习惯思维,突破传统制造工艺,把废旧隔爆外壳当作原材料,从废旧隔爆外壳开始制造,有效的利用了废旧物资,节约了资源,避免了冶炼废旧隔爆外壳污染环境。在再制造过程中采用标准化思想,把不同厂家的隔爆外壳经过改进,使得再制造出厂的隔爆外壳具有统一标准进入市场,以方便用户,这一点与检修下的隔爆外壳有根本区别(检修下的隔爆外壳零部件尺寸等参数保持了各个制造厂特色)。
本发明解决了发明隔爆外壳以来没有解决的技术难题,突破了40年没有修改的原部颁《隔爆电气设备外壳检修规程》(内容见“技术背景”)限制。该规程规定六种隔爆面缺陷不能修理,修理方法主要是钎焊或氧焊点焊补、机械工、镶套、磷化,本发明的冷焊补、刷镀等工艺用于修理,几乎可以修理各种缺陷,将促使该规程修改。
本发明在再制造过程中采用标准化改进、制造方法,在再制造基础理论及关键技术领域都是一个创新,为再制造产品(尤其是再制造隔爆外壳)走向市场提供了理论及技术保证。废旧隔爆外壳花花样样,如果不进行标准化处理,出厂的产品与检修的产品一样,仍然是花花样样,难以在市场销售。标准化处理方法解决了这个技术难题。
本发明的表面技术组合方法应用于再制造过程,在再制造基础理论及关键技术领域也是一个创新,通常的复合表面工程技术是在同一个表面采用几种表面技术复合,以改善涂层性能;而它是在同一台设备上及成批价值不同设备上或成批使用地点不同设备上或成批不同名称型号设备上组合多种表面技术,互相取长补短,追求整体经济效益最大,总成本最低,系统性能最优,全面适应生产环境的各个需求。这种方法在少数重要部位、重要地点、重要设备采用了性能好、成本高的高新表面技术,解决了关键的局部问题,提高了整体性能,由于量小占总成本比例不高;在其它大部分组合了普通技术,虽然量大,由于单位成本低,成本并不高。所以,总成本可以接受,整体性能可以满足要求。使得昂贵设备具有了长寿命多功能隔爆外壳,提高了安全可靠性,延长了使用寿命,降低了总成本;使得价格较低产品(如中小开关隔爆外壳、中小电机隔爆外壳、小型电器隔爆外壳)再制造成表面性能满足需求、具有实际经济意义的产品成为现实。
以本发明形成的再制造隔爆外壳生产线与现有隔爆外壳生产系统比较,技术手段先进,成本费用低,″三废″排放少,能源、资源利用率高,厂地占用少,人员占用少,符合产业政策。本生产线可“一线多用”,既可以再制造高低压隔爆开关外壳,还可以再制造电机、接线盒等隔爆外壳,稍加改进也可以再制造机械、液压、汽车零件等等。现有生产线“一线一用”,如:隔爆开关外壳生产线不能制造隔爆电机外壳。
用本发明再制造的隔爆外壳与现有隔爆外壳技术性能相比:隔爆面硬度≥HRC45,约是现有隔爆面硬度的3倍;隔爆面耐腐蚀性≥10年,现有隔爆面耐腐蚀性2~6个月(磷化后);隔爆外壳外表面增加反光警示作用,内表面增加抗结露涂层,隔爆外壳加装“两防闭锁装置”,具有了可靠的防止擅自送电,防止擅自开盖操作新功能,使隔爆外壳具有了“多功能”;由于隔爆面硬度高、耐腐蚀,安全可靠性大大提高,生产中出现“失爆”的概率大大降低,而价格不高,使隔爆外壳具有了“长寿命”。用本发明再制造的隔爆外壳可以称作“长寿命多功能隔爆外壳”。
具体实施方式:
再制造开关隔爆外壳(如图5所示)具体方式:
废旧隔爆外壳去污:在图(8)中,买一台清洗汽车的清洗设备(82),如“黑猫”清洗机,制作一个水泥平台,平台中间高四周低,把废旧隔爆外壳(81)放在平台上,用清洗机冲洗,废水从平台流向水池(83)(废水处理装置)沉淀过滤,清水循环使用,循环使用若干次后换新水,回收的旧水送到污水处理站处理,不得乱排放。经常挖水池污泥,清洗水池。隔爆外壳清洗干净后,晾干,送到下道工序。也可用压力空气冲刷。对污染严重的零件用水溶液清洗。对污染严重的局部可用氧乙炔焰烤去污。
废旧隔爆外壳拆卸:参照图9原理,制作拆卸系统。安装电动葫芦或桁车作为可移动起吊装置(91),在其下安装若干可升降旋转拆卸台(92),该台由液压油缸、钢板组成,钢板安装在油缸顶端,可以转动。制作若干装卸方便的小车或皮带运输机作为可移动分类收集零件装置(95)。拆卸时,先喷松动剂,再吊在拆卸台上拆成零件,把相同零件放在一起,装入可移动分类收集零件装置,送到下道工序。
检测分类:
根据部件种类,制作对应检测台,准备对应标准部件,把拆卸的部件放在检测台,与标准部件对比,用量具测量,按照“发明内容”的“检测分类”工序规定方法分类,并作好记录。如:准备QC83-80Z开关的标准接线柱、按钮、按钮铜套、喇叭嘴、接地螺栓、开关手把、基本外壳(拆卸隔爆外壳可拆卸零件后的剩余部分)等作为标准部件,把拆卸的接线柱与标准接线柱比较,观测外观是否符合标准,把拆卸的基本外壳与标准基本外壳比较,观察接线柱孔隔爆面、法兰盘厚度及其它部位是否符合标准,这就是直接观测法。
用游标卡尺或直尺测量接线盒法兰(55)、接线盒盖板(54)及其他法兰的厚度,测量开关手把转轴与壳体之间隔爆面(511)的孔径及手把转轴外径等,作好记录,这就是量具测量法。
用水压试验法检测隔爆外壳是否漏气,按图1制作水压试验装置,同时把三个以上隔爆外壳(11)用电动葫芦吊在试压台(1012),连接快速接头(1013)、放气阀(1014)及其它管路,开动小水泵(16),给隔爆外壳(11)注水,直到放气阀(1014)流出水为止。用手动试压泵(18)打压,看压力表(1011),直到规定值为止。按规程观察是否漏水,作好记录,在漏水点或变形点作上标记,以方便维修。然后打开放水阀(12)放水到水池(17),按上述程序试验下一台。流到试压台的水通过试压台回水管(13)回收到水池(17)。
按“检测分类”工序的“隔爆外壳分类处理法”将部件分门别类装入运输工具,把再制造需要部件送到下道工序。
隔爆外壳清理旧漆:采用喷射磨料除旧漆方法,开关隔爆外壳及其隔爆面示意图如图5所示,先把特制的橡胶堵拧入法兰螺孔、喇叭嘴螺孔、手把轴孔等孔中,再用橡胶板护住需要保护的隔爆面,然后用喷砂机向隔爆外壳表面喷砂除漆。
标准化方法改进隔爆外壳:准备方便修理的车床、铣钻床、电氧焊设备及其它修理工具,集中安装在修理车间,以方便改进。改进方法是:对水压试验发现漏水的壳体的焊缝、砂眼,电焊修补;对喇叭嘴尺寸不统一的隔爆外壳,用氧乙炔焰割下旧喇叭嘴,焊接上标准的统一尺寸的喇叭嘴;对底座尺寸不统一的隔爆外壳,更改隔爆外壳上固定底座的螺栓孔尺寸,制作标准底座,到了“隔爆外壳装配”工序再安装标准底座;对接线柱孔尺寸不统一的隔爆外壳,用钻床把小孔扩大,改进为统一标准孔径;如果接线盒法兰个别螺孔损坏,应把整个法兰用氧乙炔焰割下,换新的。还可以将所有旧法兰割下,换上用爆炸焊方法制造的新法兰。见图2A型两防闭锁装置示意图,将旧闭锁装置用氧乙炔焰从开关外壳外侧(21)割下,锁壳(22)拧闭锁杆(23),连接保险套(24),一起焊接在开关外壳外侧(21)上,锁芯(25)、钥匙(26)根据用户要求配备。把改进达到标准的隔爆外壳送到下道工序。
表面技术组合方法处理隔爆面:如图5所示,用“JB---DFB---堆焊防锈焊丝---LSB工艺组合”为隔爆面改性,在接线盒法兰(55)的隔爆面用激光喷焊一层厚度适宜的高硬度镍基或钴基或其它合金粉末,喷焊前,先保护隔爆面螺孔,方法如图7隔爆面螺栓孔保护方法示意图所示,在螺孔(75)周围涂一层耐高温黄油,割断氧化通路,防止高温氧化螺纹。把不锈钢平垫(71)放在螺孔上,穿螺栓(73),拧螺母(74),夹紧不锈钢平垫(71),把不锈钢平垫(71)从焊接点(76)焊接在隔爆面(72)上。螺孔保护工序完成。然后按激光喷焊要求喷焊。
在图5中,用氩气保护焊把高硬度不锈钢焊丝堆焊在转盖(56)的隔爆面,堆焊厚度大于等于2mm,等时效处理、机加工后再刷镀镍基合金、或涂生物植酸、204--1防锈油提高防腐性能;用氩气保护焊把硬度一般、耐腐蚀性强的不锈钢焊丝堆焊在隔爆面(52),堆焊厚度大于等于2mm,时效处理后,机加工达到要求;
把GM--3450工模具修补机作为隔爆面冷补焊机修补接线盒盖板(54)隔爆面上的伤痕。但速度太慢,应加大GM--3450储能电容容量及耐压,并进行其它改进,制造成爆面冷补焊机,以提高速度。经研磨达到规定粗糙度后,刷镀一层镍基合金防腐蚀。用刷镀技术修复开关手把转轴与壳体之间隔爆面(511),达到恢复尺寸及防腐蚀目的。
也可以用隔爆面镀焊两用机既冷焊补又刷镀,按(图6)制作,将普通氩弧焊控制及输出系统、变压及整流系统、刷镀控制及输出系统作为(61)、(62)、(63),用普通转换开关作为氩弧焊、刷镀转换开关(64),组合在一起重新设计、调试、改进,即可使用,冷焊补时转换(64)在一个位置,这时不能刷镀,要刷镀时,转换(64)在另一个位置,这时不能冷焊补。其它冷焊补、刷镀工艺同上。
把隔爆面改性后的隔爆外壳送到下道工序。
时效处理:图10隔爆外壳振动时效示意图。把时效处理的隔爆外壳(101),固定在振动台(103),启动振动器(104),调节振动频率,看振动频率显示仪(102),达到固有频率时,隔爆外壳发生强烈共振,振动一段时间,即可消除应力,达到时效处理目的。
批量大又生产时间紧迫时,可以制作一台具有调温、恒温功能的回火炉,把表面技术组合方法处理后的一批隔爆外壳推入回火炉回火,进行时效处理。该炉还可以在隔爆外壳装配工序中兼作烘干机烘干设备用。
批量大而生产任务不紧迫时,把表面技术组合方法处理后的一批隔爆外壳放在场地一段时间,进行自然时效处理。
送到下道工序。
隔爆面加工:根据工件大小选择合适的立式车床、万能铣床、普通车床、磨床等加工设备,加工刀具用立方氮化硼、陶瓷或其他硬质合金刀片。根据隔爆外壳形状制作加工胎具,把待加工隔爆外壳装入胎具加工,可极大提高加工效率。也可以用电熔爆粗加工达到光洁度2~3,再用普通机床精加工。
出厂压力试验:按隔爆外壳水压试验原理图图1所示,根据规程进行水压试验,重点注意“检测分类”过程中发现问题的隔爆外壳。也可以按国标进行其它压力试验。
隔爆外壳内外表面复合技术处理:在加工好的隔爆外壳内外表面先涂一层防锈漆,干燥后,在内表面先涂一层耐电弧漆,再涂一层抗结露涂料。把制成的“不准带电移动设备”等反光安全警示标志粘贴在外表面或在外表面涂刷同样标志。
隔爆外壳装配:用皮带制作一台装配流水线,把隔爆外壳所有配件准备到流水线两旁,按规程装配。
成品检查、评价:由专职检查人员,使用工具仪表,根据标准逐项检查、评价,判断是否合格,做好记录。
成品标记:按标准固定铭牌,贴合格证,制作隐形标记以区分自己的产品。
成品入库:按规定把成品入库或直接销售到顾客手中。
再制造电机隔爆外壳(如图11所示)具体方式:
废旧隔爆外壳去污:
同开关隔爆外壳具体去污方式。但注意不要将线圈及接线柱接触水,难以避免时用皮老虎或空压机压缩空气冲刷。
废旧隔爆外壳拆卸:
与开关隔爆外壳拆卸方式主要不同点是拆卸线圈,先给线圈通电加热,但温度不可过高,以免烧坏铁芯,待线圈变软,将它抽出。其它相似,略。
检测分类:
与开关隔爆外壳检测分类具体方式的主要不同点是水压试验,将图1中的开关隔爆外壳(11)更换为图11中的电机壳体(114),制作两个水压试验专用端盖盖在电机壳体两端,用夹紧装置夹紧,按上述方法接通水路,进行水压试验。其它基本相似,略。
隔爆外壳清理旧漆:
盖上电机端盖,用特制的橡胶堵堵住螺栓孔、轴孔,用特制的橡胶条、板封住隔爆面及隔爆间隙。然后用喷砂机向隔爆外壳表面喷砂除漆。也可以用有机溶剂清除旧漆、碱水除旧漆或高温除旧漆。
标准化方法改进隔爆外壳:
与标准化方法改进开关隔爆外壳具体方式的主要不同点是铁芯、转子及轴承的改进,对烧坏、或松动的铁芯要拆卸下来更换新的,对铁芯端部少数损坏的硅钢片要进行修理。对转子鼠条断裂、铁芯严重损坏、轴头弯曲者要更换,对转子硅钢片局部损坏的进行修理。对轴承一般全部更换成相同牌号新的,更换时注意轴承与端盖及电机轴之间的配合间隙,间隙超限的处理后再更换。其它基本相似,略。
表面技术组合方法处理隔爆面:
见图(11),电机隔爆外壳一般是铸钢或铸铁制造,故采用LJB-LSB工艺组合处理隔爆面,先冷焊补隔爆面(118)、(119)、(1111)、(1113)及其它隔爆面,局部磨削达到光洁度要求,分别把电机壳体、端盖、接线盒固定在激光处理工作台,用激光对平面对口隔爆面及止口隔爆面进行表面淬火提高硬度。到了“隔爆面加工”工序,抛光达到规定光洁度,涂生物植酸防腐蚀。
电机轴与端盖之间的活动圆筒隔爆面刷镀一层镍钨合金,达到恢复尺寸及防腐蚀目的。
对于小电机隔爆外壳,小干变隔爆外壳,三通、四通及其他小型电器隔爆外壳,由于价格较低,可以采用冷补焊---机加工各个隔爆面---强化隔爆面工艺组合,方法是:先冷焊补各个隔爆面,然后机加工各个隔爆面,发现砂眼,再冷焊补,再机加工,直至达到规定光洁度,测量隔爆间隙、孔径及法兰厚度,尺寸不符合标准的,刷镀恢复尺寸并防腐,尺寸符合标准的,涂204--1防锈油、磷化或用其他方法防腐。
时效处理:
处理电机隔爆面温度较低,应力变形小,存放一段时间即可使用,任务紧急时,用锤头在隔爆外壳外面靠近隔爆面部位敲打若干次即可使用,敲打时不可用力过大,以免损坏外壳。
隔爆面加工:
制作隔爆电机加工胎具,抛光或用其它机加工方法达到规定光洁度。
出厂压力试验:
与开关隔爆外壳具体要求相似,略。
隔爆外壳内外表面复合技术处理:
与开关隔爆外壳具体要求相似,略。
隔爆外壳装配:
如果更换了铁芯首先安装铁芯,再安装线圈、轴承及其它元件。
成品检查、评价:
与开关隔爆外壳具体要求相似,略。检测试验内容执行有关规程。
成品标记:
与开关隔爆外壳具体要求相似,略。