CN214264243U - 一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，它的特点是，它包括底板平台和焊接设备；所述底板平台上设置有用于调整该底板平台高度及水平状态的升降调节组件，其上表面设置有测量仪和垂直板，该测量仪用于测量底板平台在调整时的水平状态，该垂直板上设置有百分表，该百分表用于焊接修复前以及焊接修复过程中检测球磨机轴颈的同心度。本实用新型还公开了配套的焊接修复工艺。应用本实用新型能够快速实施完成大型球磨机轴颈疲劳裂纹焊接修复，降低采购成本，减少了长时间停机损失，为合理组产提供了保障。

Description

一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置

技术领域

本实用新型属于焊接修复技术领域，涉及一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置及焊接工艺。

背景技术

大型球磨机为选矿的核心设备，它有一个圆形筒体，筒体两端装有带空心轴颈的端盖，端盖的轴颈支承在轴承上，电动机通过装在筒体上的齿轮使球磨机回转，筒体内装有磨矿介质(钢球、钢棒或砾石等)和被磨的矿石，其总装入量为筒体有效容积的25—45％。当筒体按规定的转速绕水平轴线回转时，筒体内的磨矿介质和矿石在离心力和摩擦力的作用下，被筒体衬板提升到一定的高度，然后脱离筒壁自由泻落或抛落，使矿石受到冲击和磨剥作用而粉碎。矿石从筒体一端的空心轴颈不断地给入，而磨碎以后的产品经筒体另一端的空心轴颈不断地排出，筒体内矿石的移动是利用不断给入矿石的压力来实现的。由于长期的重载荷运转使用，加上原有筒体材料设计偏差以及在制造设备时的工艺缺陷，导致球磨机进出料口轴颈出现疲劳裂纹，裂纹深度达到截面积的50％，如果不及时处理就可能导致轴颈整体断裂，造成停机损失。由于球磨机体积庞大，拆卸、吊装和运输都存在一定困难，现场更换，备件采购时间周期长，而且球磨机一般连续作业，为尽快恢复生产，需要在线对球磨机进出料口轴颈出现疲劳裂纹进行焊接修复。

目前，疲劳裂纹焊接修复，不少文献中都有叙述，但针对球磨机进出料口轴颈疲劳裂纹，并且筒体内还储存着大量无法排空的物体以及原材料等等，并且需要在线进行焊接修复的工艺，还未见有相关记载；并且，对轴颈传统的焊接工艺必须对该轴颈进行预热，但预热会造成轴颈疲劳裂纹的进一步扩展，增加焊接修复的难度，另外，轴颈一般在80mm厚，传统的焊接容易造成轴颈疲劳裂纹周边焊接变形，进而导致修复后的轴颈的同心度不一致，无法满足球磨机实际运行需求。

实用新型内容

针对在背景技术中存在的大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接的难点，本实用新型提供一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置及配套的焊接工艺，通过实施本实用新型，能够快速实施完成大型球磨机轴颈疲劳裂纹焊接修复，降低采购成本，减少了长时间停机损失，为合理组产提供了保障。

本实用新型解决技术问题的技术方案如下：

本实用新型一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，它的特点是，它包括底板平台和焊接设备；所述底板平台上设置有用于调整该底板平台高度及水平状态的升降调节组件，其上表面设置有测量仪和垂直板，该测量仪用于测量底板平台在调整时的水平状态，该垂直板上设置有百分表，该百分表用于焊接修复前以及焊接修复过程中检测球磨机轴颈的同心度。

进一步地，所述升降调节组件包括沿底板平台边沿贯穿设置的若干全螺纹升降调节丝杆，便于调节底板平台的高度以及水平度；优选地，所述的全螺纹升降调节丝杆的底端设计成尖端，减少该全螺纹升降调节丝杆与地面的接触面积，降低因地面不平对所述底板平台水平度的影响。

进一步地，所述底板平台可以进一步设置为矩形状，以便于制作和设置，同时，所述的全螺纹升降调节丝杆为四个，分别位置该矩形状底板平台的四角位置处。

进一步地，所述测量仪包括前后水平测量仪和左右水平测量仪，可以从底板平台的前后向及左右向分别进行检测，便于快速调整底板平台的水平度，使得设置其上的百分表检测数据准确。

进一步地，所述垂直板与底板平台之间通过螺栓固定，绝对不能焊接固定，以免在制作过程中，造成底板平台的变形。

本实用新型一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接修复工艺，通过上述技术方案中所述的大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置进行，具体步骤如下：

步骤一：焊前准备；

1.1、焊接设备为：WS-400T手工氩弧焊焊机，保护气体纯度≥99.99％，焊接材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti焊丝；Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，焊接材料选用实芯焊丝ER50-6，二氧化碳气体纯度≥99.8％；

1.2、焊接位置为转动对称焊接；

1.3、焊接位置区域与焊丝不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽；

1.4、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

1.5、轴颈材质：ZG270-500；

1.6、坡口尺寸：轴颈疲劳裂纹焊接修复采用U型坡口，补强筋板焊接采用K型坡口；

1.7、辅助设施：样板、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机。钢丝钳、钢锯条及劳动防护用品；

1.8、根据焊接设备及焊接技术要求确定焊接工艺参数；

步骤二：轴颈焊接修复；

首先确定球磨机主要连接部件连接牢固并符合球磨机的运转参数，然后进行轴颈疲劳裂纹坡口的制备，采用管道角磨机沿着裂纹的长度以及深度在裂纹处的轴颈圆周方向上采用水平左右对称方式进行冷切割，形成U型坡口，再对各U型坡口左右对称焊接；焊接前，在球磨机轴颈处设置所述在线焊接装置，并通过百分表对轴颈各U型坡口周围进行同心度测量；焊接修复时，打底层通过WS-400T手工氩弧焊焊机采用1Cr18Ni9Ti不锈钢焊丝焊接，填充层和盖面层通过Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机采用ER50-6焊丝进行堆焊，焊接采用水平左右对称立焊，打底层和填充层采用锯齿形运丝方法，两边多停顿，盖面层采用月牙形运丝方法，保证U型坡口无咬边而且圆滑过渡；在进行打底层、填充层及盖面层的每一层焊接过程中，同步通过百分表不停地对焊接处周围的上下和左右位置处的变形量进行测量，当出现同心度不一致时，及时进行调整；每一处焊接修复完成后，采用手工角磨机把冷却的焊缝的表面研磨跟轴颈表面齐平，保证轴颈原有的圆弧，然后再通过探伤验证焊补金属质量，一次性合格后再进行其他部位的焊接修复；

步骤三：补强筋板均布焊接；

待轴颈的疲劳裂纹全部焊接修复完成后，采用若干与轴颈弧度相适配的L形筋板均布对称焊接在轴颈的表面，L形筋板接触轴颈表面的部位采用机械加工K型坡口，打底层通过WS-400T手工氩弧焊焊机采用ER50-6焊丝进行打底焊接，省去打底焊接的反面清根，不破坏本体，填充层和盖面层直接通过Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机采用ER50-6焊丝双面焊接；焊接完成后，采用保温棉包扎全部覆盖整体轴颈部位慢慢冷却直到冷却到室温，并通过现场实际样板检验验收完全符合轴颈运转要求后，交付使用。

进一步地，通过WS-400T手工氩弧焊焊机采用的1Cr18Ni9Ti不锈钢焊丝进行底层打底焊接时，1Cr18Ni9Ti不锈钢焊丝的直径为2.5mm，焊接电流为120-160A，电弧电压为23±1V，焊接速度为15±1cm/min；通过Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机采用ER50-6焊丝进行填充和盖面等强度匹配焊接时，ER50-6焊丝的直径均采用1.2mm，填充层的焊接电流为260-280A，电弧电压为26～28V，熔敷速度平均为90g/min，盖面层的焊接电流为280～320A，电弧电压为28～32V，熔敷速度为90～140g/min。

进一步地，轴颈疲劳裂纹焊接修复时，先将轴颈轴向的疲劳裂纹处所制备的U型坡口焊接修复完成后，再依次进行轴颈圆周方向上的疲劳裂纹处所制备的各U型坡口的焊接修复。

进一步地，所述的L形筋板焊接时，各L形筋板的两头不焊。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其结构设计简单合理，制作方便，稳定性好，投资费用低，配合其焊接修复工艺，可以快速实施完成大型球磨机轴颈疲劳裂纹焊接修复，焊接质量稳定，工作效率高，大大降低维修成本，减少长时间停机损失，为合理组产提供了保障，同时这种在线焊接修复工艺也为其它大型工件在线修复提供了科学参考依据。

附图说明

图1为本实用新型中大型球磨机轴颈处连接的结构示意图；

图2为本实用新型中轴颈的结构示意图；

图3为本实用新型中在线焊接装置的结构示意图；

图4为本实用新型中在线焊接装置应用时的结构示意图；

图5为本实用新型中轴颈的疲劳裂纹焊接修复完成后的结构示意图；

图6为图5的爆炸示意图；

图中：1A、外端盖；1B、内端盖；2A、第一连接螺丝；2B、第二连接螺丝；3、轴颈；4、L形筋板；5、底板平台；6、垂直板；7A、前后水平测量仪；7B、左右水平测量仪；8、百分表；9、全螺纹升降调节丝杆；10、焊接设备；11、疲劳裂纹。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变；“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1和图2示出了现有大型球磨机轴颈处的连接示意图，外端盖1A与内端盖1B之间通过第一连接螺丝2A连接固定，轴颈3与内端盖1B通过第二连接螺丝2B连接固定，该轴颈3中部空心，用于矿石的给入或排出，长期运行后，轴颈3上就会出现疲劳裂纹11，该疲劳裂纹11在轴颈3的圆周方向及轴向(水平向)均可出现，同时因球磨机体积庞大，其筒体内一般都存在磨矿介质及矿石，拆卸更换存在一定的困难，因此只能采用在线焊接修复方式进行焊接修复，同时，传统焊接工艺中必须对工件进行预热，但预热温度会进一步造成上疲劳裂纹的扩展，进一步增加焊接修复难度。

实施例1：

如图1至图6所示，本实用新型一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，它包括底板平台5和焊接设备10，因轴颈3进行焊接修复时，需要时刻对焊接处周边进行变形量的监测，该底板平台5用于设置轴颈3同心度的测量仪器百分表8，为便于制作和设置，该底板平台5可以进一步设置为矩形状；所述底板平台5上设置有升降调节组件，用于调整底板平台的高度以及水平度，其上表面设置有测量仪和垂直板6，该垂直板6上设置有百分表8。

本实施例中，所述升降调节组件包括沿底板平台5边沿贯穿设置的若干全螺纹升降调节丝杆9，当底板平台5呈矩形状时，该全螺纹升降调节丝杆9为四个，分别设置在底板平台5的拐角处；为减少该全螺纹升降调节丝杆9与地面的接触面积，降低因地面不平对所述底板平台5水平度的影响，优选地，所述的全螺纹升降调节丝杆9的底端设计成尖端。

为便于可以从底板平台5的前后向及左右向分别进行检测底板平台的水平度并通过全螺纹升降丝杆9进行水平度调整，所述测量仪包括前后水平测量仪7A和左右水平测量仪7B，成本低，也便于设置；这里的测量仪也可以设置为整体式的水平度测量仪器。

另外，本实施例中，所述垂直板6与底板平台5之间通过螺栓固定，绝对不能焊接固定，以免在制作过程中，造成底板平台的变形，进而导致该装置水平度无法准确调整，而影响焊接修复时，轴颈3变形量的测量，使得焊接修复后的轴颈3无法满足球磨机运行的要求。

实施例2：

本实用新型一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接修复工艺，通过实施例1中所述的大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置进行，具体步骤如下：

步骤一：焊前准备；

1.1)、焊接设备为：WS-400T手工氩弧焊焊机，保护气体纯度≥99.99％，焊接材料选用不锈钢1Cr18Ni9Ti焊丝；Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，焊接材料选用实芯焊丝ER50-6，二氧化碳气体纯度≥99.8％；

1.2)、焊接位置为转动对称焊接；

1.3)、焊接位置区域与焊丝不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽；去除铁锈、油脂及水分可以使用氧乙炔火焰，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈；

1.4)、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

1.5)、轴颈材质：ZG270-500；

1.6)、坡口尺寸：轴颈疲劳裂纹焊接修复采用U型坡口，补强筋板焊接采用K型坡口；

1.7)、辅助设施：样板、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条及劳动防护用品(工作服、鞋、帽、平光镜等)；

1.8)、根据焊接设备及焊接技术要求确定焊接工艺参数；

二氧化碳气体保护焊

手工氩弧焊

步骤二：轴颈焊接修复；

首先确定球磨机主要连接部件连接牢固并符合球磨机的运转参数，以便可以在制备坡口及正常焊接修复时转动，然后进行轴颈疲劳裂纹坡口的制备；因疲劳裂纹不规则，覆盖轴颈的全部，为了预防疲劳裂纹在制作坡口时延伸，采用管道角磨机沿着裂纹的长度以及深度在裂纹处的轴颈圆周方向上采用水平左右对称方式进行冷切割，形成U型坡口，再对各U型坡口左右对称焊接；本实施例中，轴颈的疲劳裂纹，不管是轴颈的轴向的裂纹还是圆周方向的裂纹，均在该裂纹处轴颈外侧圆周方向上采用水平左右对称的方式进行制备U型坡口，使得轴颈焊接修复时，不易发生变形，进而影响轴颈的同心度；本实施例中，为了预防轴颈在焊接修复时发生断裂，可以先将轴颈轴向(也即水平向)的疲劳裂纹处所制备的U型坡口焊接修复完成后，再依次进行轴颈圆周方向上的疲劳裂纹处所制备的各U型坡口的焊接修复。

轴颈疲劳裂纹焊接修复前，在球磨机轴颈处设置实施例1所述在线焊接装置，并通过百分表对轴颈各U型坡口周围位置处进行同心度测量，便于轴颈焊接修复时进行对照和调整；考虑到轴颈传统焊接工艺焊接修复时必须预热，但是为了防止预热温度会导致轴颈疲劳裂纹扩展，另外制备的U型坡口较深熔渣无法清理，难以保证焊接质量，故选择手工(TIG)钨极氩弧焊WS-400T，从而避免了焊接前的预热以及底部层间的清理；焊接修复时，打底层通过WS-400T手工氩弧焊焊机采用1Cr18Ni9Ti不锈钢焊丝焊接，填充层和盖面层通过Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机采用ER50-6焊丝进行堆焊，焊接采用水平左右对称立焊，打底层和填充层采用锯齿形运丝方法，两边多停顿，盖面层采用月牙形运丝方法，保证U型坡口无咬边而且圆滑过渡；底层打底焊接采用1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接不仅能够很好的与母材本体冶金结合，而且不锈钢结晶焊接层可以隔断底层和填充层裂纹的延伸；在进行打底层、填充层及盖面层的每一层焊接过程中，同步通过百分表不停地对焊接处周围的上下和左右位置处的变形量进行测量，当出现同心度不一致时，及时通过焊接进行调整；每一处焊接修复完成后，采用手工角磨机把冷却的焊缝的表面研磨跟轴颈表面齐平，保证轴颈原有的圆弧，然后再通过探伤验证焊补金属质量，一次性合格后再进行其他部位的焊接修复，若出现焊接不合格的情况，需要对焊缝进行清理并补焊，直到检验合格；

步骤三：补强筋板均布焊接；

待轴颈的疲劳裂纹全部焊接修复完成后，采用若干与轴颈弧度相适配的L形筋板均布对称焊接在轴颈的表面，以提高焊接修复后轴颈整体的补强性能，该L形筋板材质一般为碳钢，具体做法是，轴颈修复焊接后的表面必须研磨原始状态，L形筋板接触轴颈表面的部位采用机械加工K型坡口，打底层通过WS-400T手工氩弧焊焊机采用ER50-6焊丝进行打底焊接，省去打底焊接的反面清根，不破坏本体，然后填充层和盖面层直接通过Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机采用ER50-6焊丝双面焊接，焊角尺寸圆弧过渡，L形筋板焊接时，各L形筋板的两头不焊，便于释放应力；焊接完成后，采用保温棉包扎全部覆盖整体轴颈部位慢慢冷却直到冷却到室温，并通过现场实际样板检验验收完全符合轴颈运转要求后，交付使用，并经过周期大型球磨机整体运转检验，达到机械性能使用效果。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其特征在于：它包括底板平台(5)和焊接设备(10)；所述底板平台(5)上设置有升降调节组件，其上表面设置有测量仪和垂直板(6)，该垂直板(6)上设置有百分表(8)。

2.根据权利要求1所述的一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其特征在于：所述升降调节组件包括沿底板平台(5)边沿贯穿设置的若干全螺纹升降调节丝杆(9)。

3.根据权利要求2所述的一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其特征在于：所述的全螺纹升降调节丝杆(9)的底端设计成尖端。

4.根据权利要求1所述的一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其特征在于：所述底板平台(5)呈矩形状。

5.根据权利要求1所述的一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其特征在于：所述测量仪包括前后水平测量仪(7A)和左右水平测量仪(7B)。

6.根据权利要求1所述的一种大型球磨机轴颈疲劳裂纹的在线焊接装置，其特征在于：所述垂直板(6)与底板平台(5)之间通过螺栓固定。

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