重型軋輥磨床37SiM n2M oV合金鋼傳動軸的修復工藝研究

何俊麗 李清華 于洪喜 陳立新 田 雨

（首鋼遷鋼公司，河北 遷安 064404）

1 概述

重型軋輥磨床是對熱連軋機組軋輥進行磨削、精度校正的設備，是生產線正常運行的重要保障。我現場采用的MK84160匯峰磨床主要用來磨削精軋支撐輥，其頭架皮帶傳動軸因設計缺陷，導致在使用過程中軸向竄動，使得傳動軸端磨損，因此停機進行了更換。更換后的新軸使用一段時間后，因加工質量問題意外斷裂，磨床頭架已經無法正常啟動，嚴重影響軋線的正常生產，必須對舊軸進行修復。

2 磨床頭架結構分析

頭架采用三級三角皮帶傳動來保證傳動的平穩和精度，交流主軸電機通過皮帶輪帶動皮帶1運轉，然后通過一級傳動軸帶動皮帶2運轉，皮帶2與皮帶3通過二級傳動軸傳遞力矩，從而最終帶動頭架撥盤正向和反向旋轉。同時各級傳動軸的潤滑系統選用進口油脂泵，實現各點自動定時給油和手動給油。

需修復件為二級傳動軸，因傳動軸結構設計不合理，運行中存在軸向竄動。當軸徑磨損變小后，傳動軸與皮帶輪之間間歇增大，兩端壓蓋拉力不足，造成嚴重的偏擺現象。

3 修復工藝的選擇

經測量該軸軸徑磨損深度1mm，磨損長度265mm。刷鍍、堆焊和鑲套是修復磨損件常用的有效方法，在選擇修復工藝時，首先對幾種方法進行比較，對比見表1。

表1 磨損件修復常用方法比較

經對比分析，起初考慮用內部鑲套的方法，這樣即使日后軸徑磨損量增大，只需要更換不同厚度的套筒即可恢復，但目前軸徑磨損深度1mm，套筒需要加工精度高，不易完成，且鑲套傳動扭力太小不適合現場要求。經多方探討，決定對該軸進行堆焊修復，在竄動軸端頭堆焊一層耐磨材料，形成復合材料的堆焊件，獲得了良好使用性能，可大幅提高運行效率，延長服役時間。

表2 37SiMn2M oV化學成分及力學性能

4 堆焊工藝的選擇制定

4.1 焊接性分析

傳動軸的材質為37SiMn2MoV 合金結構鋼，主要用于制作大截面承受重載荷的重要零件?；瘜W成分及主要力學性能如表2。

由于其碳及合金元素含量均較低，因此焊接性總體較好。但該材料抗拉強度大于800MPa，沖擊韌性為4kg·m/ cm2，是一種強度高，韌性低，焊后極易淬火的鋼種。按公式計算碳當量為0.84，當冷卻速度大于87℃/min時，就會導致50%以上的組織轉變為硬而脆的馬氏體淬硬組織。焊接過程中如果工藝不當，會造成焊接區脆化或產生裂紋。

4.2 焊接方法的選擇

4.2.1 焊前的準備

1 為防止焊接過程中產生缺陷，焊前應先將端頭表面粘著的油、水、銹等雜質去掉，用砂紙打磨清理干凈。

2 42GrMu焊絲烘干溫度350℃~400℃，保溫2小時，放入保溫爐內隨用隨取。

3 預熱溫度

通過對37SIMnZMoV焊接性分析，為防止堆焊層和焊接熱影響區產生裂紋，減小工件的變形，需在焊前對工件預熱。工件的預熱溫度與堆焊材料碳當量關系如表3。37SiMn2MoV碳當量為0.84，可知焊前預熱溫度須在 300℃以上，我們采用預熱溫度400℃，充分滿足堆焊溫度要求。

4.2.2 焊接實施過程

采用熱源集中的焊接方法，用富氬氣體保護焊對轉軸端頭在轉臺上進行360°轉圈堆焊，焊接電流控制在 150~ 180A。堆焊結束后轉軸直徑應保持在?175mm ~?182mm間，焊道表面保持平整、致密，不允許溝槽。

表3 工件的預熱溫度與堆焊材料碳當量

4.2.3 焊后保溫緩冷

焊后保溫緩冷有利于焊接接頭中氫的擴散逸出和淬硬組織的改善，可有效控制裂紋產生。焊接后將傳動軸重新放回至加熱爐內，與加熱爐共同降至常溫。待常溫取出進行機加工，修復軸徑及鍵槽，并經外觀檢驗無裂紋。

5 結論

傳動軸修復完成檢查正常后，即組織進行回裝，磨床設備快速恢復投入使用，有效的減少了停機時間。

通過本次修復過程，總結如下:

（1）選擇正確的修復方法。選擇修復方法時首先要考慮工件的運轉條件，滿足現場設備結構受力、加工工藝、生產節奏運行的停機時限等要求；本次通過對刷鍍、堆焊和鑲套幾種方法的比較，得出堆焊方法更適合現場條件。

（2）選定合適的堆焊工藝。焊接前要掌握所要堆焊件的材料性能，針對其特性選擇合適的工藝。此次修復件材質為37SiMn2MoV，其焊接性好，焊后極易淬火的特性，決定了選擇工藝時要注意預熱和緩冷。

[1]張文鋮.焊接冶金學[M].北京:機械工業出版社，1999.

[2]王寬福.壓力容器焊接結構工程分析[M].北京:化學工業出版社，1998.