電弧噴涂技術(shù)在重載電機轉(zhuǎn)子軸頸磨損修復中的應用

一、電機轉(zhuǎn)子磨損狀況及運行參數(shù)分析

徐州發(fā)電廠#7l給水泵電機轉(zhuǎn)子在運行過程中因缺油造成軸頸處嚴重磨損、燒損，磨損痕跡為局部溝槽狀，表面燒焦，最大磨損深度約2mm。該電機轉(zhuǎn)子運行參數(shù)為：轉(zhuǎn)速3000r／min，電機功率3000Kw，轉(zhuǎn)子重3.8T，總長4m，待修部位尺寸фl60+0.02～+0.04，粗糙度l.6，運行時與軸瓦滑動配合。目前用于軸類零件磨損修復的手段主要有堆焊、電刷鍍、車小軸徑、熱噴涂等修復工藝，從涂層可靠性而言，特別對一些高速、大型、重載零件，一般首選堆焊、電刷鍍或車小軸頸進行修復。往往認為噴涂層的質(zhì)量不穩(wěn)定，涂層抗扭、抗剪能力差，擔心運轉(zhuǎn)過程中涂層脫落而棄之不用。

二、零件磨損常用修復工藝

1.堆焊。采用焊接的手段，選用特種焊條對磨損部位進行補焊，焊接完成后通過機械加工保證配合尺寸。堆焊涂層與軸徑基體的結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合力很高。但堆焊的熱影響區(qū)較大．對于ф160軸徑及3．8T重的轉(zhuǎn)子來說，一旦在施焊過程中產(chǎn)生軸頸彎曲變形，再進行事后調(diào)整是相當困難的，因此該軸徑不宜采用堆焊手段。

2.電刷鍍。電刷鍍是運用電源設備、鍍筆、鍍液在金屬工件表面局部快速電化學沉積金屬的一種技術(shù)．電刷鍍涂層與基體的結(jié)合為金屬離子的沉積結(jié)合，結(jié)合力較高．涂層無需再加工。但通過刷鍍獲得的最佳厚度一般較薄，僅為0.04～0.3mm。對于加工超差補救及磨損量較小的表面易采用電刷鍍修復。由于該電機軸徑磨損量局部已達2mm，而且表面燒傷嚴重，不易采用電刷鍍修復。

3.車小軸頸。車小軸頸屬于對磨損表面直接進行下切加工而達到公差尺寸的修復方案，由于磨損表面被車削，基本尺寸變小，對于該電機軸頸來說，滑動軸瓦需重新配制，新配制的軸瓦只能做特定軸瓦使用不可互換，而且軸頸下切量將達2mm以上，這樣對電機的抗扭能力產(chǎn)生質(zhì)疑．此方案最終未被采納。

三、電弧噴涂修復技術(shù)

1.技術(shù)原理。利用具有平直特性的電弧噴涂設備，使兩根金屬合金絲材在極短時間內(nèi)充分熔化、霧化、噴涂至粗化后的軸頸表面形成涂層。

2.涂層特點。（1）采用電弧噴涂可以獲得多種材料的涂層，以滿足不同工況零件的減摩、耐磨損要求。涂層硬度可達HRC35～45．涂層內(nèi)部有大量微孔可起到存油減摩作用。（2）涂層厚度可達0.1～5mm，可以對任意磨損量的不同零件進行有效修復，克服了電刷鍍僅能維修0.3mm以下磨損厚度的缺陷。（3）涂層形成過程中的熱影響區(qū)較小，噴涂過程中可控制工件表面溫度在100℃～200℃之間，使ф160的軸頸在施噴過程中不可能變形。（4）電弧噴涂層與各種鋼質(zhì)零件基體結(jié)合強度高。

四、電弧噴涂修復工藝

1.清洗、測量。用清洗劑及汽油徹底清洗噴涂修復表面及相關(guān)表面．不許有油污．然后測量磨損量。測量結(jié)果，待修電機軸頸表面固缺油表面燒傷，燒傷痕跡局部溝槽狀，最深處達2mm。

2.粗化。（1）采用機械加工的方法進行粗化，并選用C650×6000車床車削。針對磨損量的大小對磨損軸頸進行下切，下切量最好把涂層控制在1～l.5mm。（2）車毛螺紋。裝刀時低于中心線1～2mm，進刀時最好一次進刀到位，這樣可以獲得更加毛糙的螺紋表面。具體工藝參數(shù)見表l。

3.噴涂。（1）檢查氣源質(zhì)量，應無水無油。（2）噴涂設備選用我公司自行研制生產(chǎn)的電孤噴涂設備DDP一Ⅲ型。（3）噴涂底層材料鋁青銅。（4）噴涂工作層材料3Crl3，噴涂后軸頸基本尺寸ф163，具體工藝參數(shù)見表2。

4.車削加工

用C650-6000車床，選用YT726硬質(zhì)合金刀具對涂層進行車削加工，分粗車、精車兩道工序．粗車切削深度0.3mm以下，精車切削深度0.1mm以下，最后車削涂層至圖紙尺寸。具體工藝參數(shù)見表3。

五、試驗論證電弧噴涂層的性能

1.涂層硬度試驗。硬度是決定軸頸耐磨性的重要指標，由于軸頸和軸瓦相互摩擦力直接作用于涂層表面，因此涂層硬度的大小直接影響軸頸和軸瓦相互配合的使用壽命．涂層硬度試驗見表4，試驗涂層厚度2～2.5mm。

由表4可以看出涂層有較高的硬度與基體材料相當，而且噴涂層是有空隙的涂層，質(zhì)地類似于鑄鐵，在軸頸和軸瓦相對運動過程中涂層內(nèi)部被油浸透，摩擦力減小可有效保護軸頸。

2.偏車試驗。涂層在運動過程中主要承受扭矩作用，偏車試驗可以定性檢驗涂層的抗扭結(jié)合力。試驗方法：將噴涂完畢試件偏夾于車床上，偏心距1mm，按試件轉(zhuǎn)速10m／min，走刀量0.lmm／r，逐級車削涂層至局部顯露基材。試驗過程參數(shù)見表5，試驗結(jié)果見圖1。

從試驗結(jié)果來看．噴涂層和基材結(jié)合部、交接處結(jié)合牢固．無切削起皮現(xiàn)象，涂層結(jié)合質(zhì)量好。

3.涂層剪切結(jié)合強度試驗。由于軸頸和軸瓦相對運動過程中產(chǎn)生摩擦剪應力和傳遞扭矩時產(chǎn)生的剪應力共同作用于涂層．因此對涂層的抗剪能力要求較高。試驗結(jié)果見表6，試驗涂層厚度2～2.5mm。

從表6可以看出，經(jīng)過車毛螺紋粗化后，涂層有相當高的抗剪強度。可以滿足軸頸安全運行。

六、實踐與結(jié)論

電弧噴涂技術(shù)在徐州發(fā)電廠7#機大修期間成功用于給水泵重載電機轉(zhuǎn)子軸頸磨損修復。至今已運行多年，無任何質(zhì)量問題。此后運用電弧噴涂修復技術(shù)又相繼修復了該廠循環(huán)水泵軸、排粉機軸若干根，一直運行良好。

因此，采用電弧噴涂修復技術(shù)，修復重載電機轉(zhuǎn)子及其它大型機械零件，經(jīng)實踐證明具有一定的可靠性。該種方法兼并了堆焊、電刷鍍、車小軸頸等修復方法的優(yōu)點，有彌補了它們的不足，值得推廣應用。

（作者單位：成都理工大學應用核技術(shù)與自動化工程學院）