擠壓機(jī)壓輥軸頸及軸承座孔激光熔覆修復(fù)

馬中山，張志強(qiáng)，鄭春海

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

擠壓法制取重質(zhì)純堿是一種以機(jī)械作用改變物料性能的方法，是我公司重灰生產(chǎn)三種方法之一，該項(xiàng)目于2002年建成并投產(chǎn)，擴(kuò)大了公司客戶來源，增強(qiáng)了我公司產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

擠壓機(jī)是擠壓法制取重質(zhì)純堿的關(guān)鍵設(shè)備，我公司擠壓機(jī)是從德國(guó)亞歷山大公司引進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備，型號(hào)為WP750×660V（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1）。該設(shè)備采用立體布置形式，下輥為固定輥，上輥為自由輥，采用實(shí)心特殊合金鋼制成，表面為平面并加工花紋，以提高壓輥使用壽命。上部配置四個(gè)液壓缸，由液壓系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)壓輥施加工作壓力。軸承采用稀油強(qiáng)制潤(rùn)滑，由潤(rùn)滑系統(tǒng)完成。擠壓機(jī)工作壓力的大小對(duì)壓餅的密實(shí)性起關(guān)鍵作用，擠壓機(jī)正常工作壓力控制在19～22MPa。壓力大則壓餅密實(shí)，重灰產(chǎn)品密度大，粒度好；反之則壓餅松軟，粒度較差，因此擠壓機(jī)工作狀態(tài)的好壞直接影響重灰產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

2 存在問題及原因分析

2.1 存在問題

經(jīng)過十多年的運(yùn)行，擠壓機(jī)運(yùn)行性能明顯下降，尤其近兩年以來，軸承頻繁損壞。通過拆檢，發(fā)現(xiàn)壓輥軸頸和軸承座孔已磨損出溝槽，軸頸最大磨損部位磨損量達(dá)0.5mm，軸承座孔最大磨損量達(dá)0.3 mm，無法保證軸承位的正常配合精度，造成軸承頻繁損壞，軸承最短使用周期十五天，在嚴(yán)重制約生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，增加了檢修資源的投入。僅更換一次國(guó)產(chǎn)軸承費(fèi)用近20萬元。

圖1 擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 成因分析

為拆裝方便，擠壓機(jī)壓輥軸承設(shè)計(jì)采用24184型軸承。該軸承內(nèi)孔為錐孔，和壓輥軸頸之間安裝錐形退卸套（結(jié)構(gòu)型式見圖1），利用壓緊鎖母改變退卸套軸向位置來增加套與軸承、軸之間的脹緊力，進(jìn)而保證軸承定位及正常工作時(shí)傳遞扭矩所需的摩擦力。擠壓機(jī)正常工作時(shí)，由于振動(dòng)、進(jìn)料發(fā)生波動(dòng)或壓輥之間進(jìn)入較硬的異物，導(dǎo)致壓輥之間擠壓力變化，勢(shì)必會(huì)造成壓輥軸承的受力發(fā)生非周期性變化，退卸套和壓緊螺母之間發(fā)生微動(dòng)磨損，隨著時(shí)間的推移，磨損量逐步加大，退卸套產(chǎn)生松動(dòng)，進(jìn)而造成軸承內(nèi)外圈與軸頸、軸承座孔之間由于摩擦力不足而發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)相應(yīng)位置的磨損，惡化設(shè)備運(yùn)行狀況，最終導(dǎo)致擠壓機(jī)各零部件損壞。

3 解決方案

3.1 選定修復(fù)方案

由于設(shè)備生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)產(chǎn)，導(dǎo)致備件無法正常供應(yīng)，且其他廠家提供進(jìn)口壓輥組件費(fèi)用折算人民幣近150萬元，經(jīng)過反復(fù)調(diào)研比較，決定采用激光熔覆技術(shù)對(duì)磨損部件進(jìn)行修復(fù)，以求達(dá)到原始尺寸。

激光熔覆技術(shù)是材料表面改性技術(shù)的一種新興重要方法，它是利用高能量密度激光束在金屬表面輻照，使基體表面一薄層與根據(jù)需要加入的合金粉末材料同時(shí)迅速熔化，通過擴(kuò)散和快速冷卻凝固，在基體表面熔覆一層具有特定性能的材料，從而構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以彌補(bǔ)相互間的不足，對(duì)某些共晶合金，甚至可以得到非晶態(tài)表層，具有極好的防腐、耐磨及抗氧化性能。

由于基礎(chǔ)表面局部熱密度大，光斑直徑小，受熱時(shí)間短，工件表面熔化區(qū)很小，傳到工件內(nèi)部的熱量少，熔化區(qū)內(nèi)存在很大的溫度梯度，其工藝特點(diǎn)如下：

該工藝具有瞬時(shí)快速升溫、瞬時(shí)快速冷卻降溫的特點(diǎn)，能保持原有涂層金屬成分（稀釋率5%～8%），適用于各類金屬的表面改性和修復(fù)，熔覆過程見圖2。

與傳統(tǒng)焊接、噴涂工藝相比激光熔覆技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）涂層成分不受基體成分干擾和影響，稀釋度小；2）涂層厚度可準(zhǔn)確控制，加工范圍0.1～3 mm，而傳統(tǒng)噴涂一般不超過1mm，否則容易造成脫殼；3）與基體結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高；4）高能量密度激光束加熱，熱影響區(qū)小、硬度和基材一致，層深均勻一致，熔覆后工件無熱變形，覆層能充分熔合、脫氧、變得均勻密實(shí)、平整，沒有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；5）熔覆層具有抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕等性能；6）加工過程中，作為加工工具的激光束不直接接觸工件，不產(chǎn)生機(jī)械磨損；7）易于處理任何形狀的表面，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

圖2 激光熔覆

3.2 熔覆加工工藝及注意事項(xiàng)

擠壓機(jī)壓輥為進(jìn)口件，材質(zhì)為特殊合金鋼，其牌號(hào)為85CrMo7，為了保證熔覆質(zhì)量和正確選擇合金粉末成分，河北瑞兆公司結(jié)合燕山大學(xué)對(duì)壓輥及軸承座的材質(zhì)成分進(jìn)行精確分析后，制定了合理的加工工藝，熔覆修復(fù)加工工藝流程如下：

材質(zhì)分析→去除備件表面疲勞層→表面預(yù)處理，同時(shí)配置合金粉末→熔覆→探傷→按圖紙要求機(jī)加工

熔覆設(shè)備選擇CO2激光器，型號(hào)為GS－TFL－6000，其工藝參數(shù)如下：

根據(jù)壓輥及軸承座材質(zhì)成分及表面硬度要求，合金粉末選擇鎳基合金粉末，工件表面疲勞層去除1～1.5mm，修復(fù)覆層厚度大約2mm，采用同步送粉熔覆工藝，送粉量根據(jù)工件轉(zhuǎn)速由電腦程序自動(dòng)控制，操作參數(shù)如下：

為了保證修復(fù)后備件的使用性能，熔覆過程中須根據(jù)基體材料的性質(zhì)，嚴(yán)格控制激光功率密度和作用時(shí)間、引入材料的粉末粒度以及光束處理方式等影響熔覆質(zhì)量的因素，尤其注意成分的污染控制、氧化及燒損控制，避免覆層開裂、氣化或工件變形。

4 裝配后效果

通過對(duì)熔覆修復(fù)、探傷及后期機(jī)加工的全過程控制，各部磨損尺寸均已恢復(fù)至原始尺寸。相關(guān)備件返廠安裝前，在總結(jié)前期摸索積累的檢修經(jīng)驗(yàn)的前提下對(duì)恢復(fù)安裝方案及技術(shù)要求進(jìn)行了必要的優(yōu)化修正，使設(shè)備投用后基本恢復(fù)了原始設(shè)備性能。激光熔覆修復(fù)前，以2012年看，全年擠壓機(jī)共運(yùn)行4 407h，運(yùn)轉(zhuǎn)率50.17%，然而軸承卻因損壞更換過7次，修復(fù)投入使用后，自2013年6月大修完成運(yùn)行至今，效果良好，沒出現(xiàn)過軸承損壞的現(xiàn)象，恢復(fù)了設(shè)備的原始性能，穩(wěn)定了生產(chǎn)。

5 結(jié) 語

激光熔覆技術(shù)作為新興修復(fù)技術(shù)及加工手段有效解決了傳統(tǒng)電焊、氬弧焊等熱加工過程中不可避免的熱變形、熱疲勞損傷等一系列技術(shù)難題，以及傳統(tǒng)電焊、噴涂等冷加工過程中覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度差的問題，在進(jìn)口擠壓機(jī)修復(fù)過程中發(fā)揮了重要的作用，極大減低了零部件購(gòu)置成本及采購(gòu)周期，為其它類似重要的零、部件修復(fù)提供新的方法。

［1］ 王兆華，張鵬，等.材料表面工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011