大型回轉類設備現場修復介紹

胡 俊（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

大型回轉類設備現場修復介紹

胡 俊
（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

激光修復是目前國內一種新型的表面處理技術，但基本上都需要將待修復設備拆卸運輸至專業廠家進行修復。介紹了關于大型軸頸類設備由于運輸困難、拆裝工期長嚴重影響生產的情況下，提出并解決了現場激光修復的應對措施，在國內大型設備現場修復尚屬首次，對大型軸頸類現場修復具有很好的參考價值。

主軸；激光；熔覆；支撐工裝；加工工裝

1 引言

貴溪冶煉廠選礦車間任務是處理銅冶煉閃速爐爐渣，回收爐渣中的銅。1#半自磨機于2007年投產，是選礦車間的核心設備。該設備每小時處理量達120t爐渣，設備自重加礦石和磨礦用鋼球，總重量達350余t，設備運行時筒體內部物料產生偏心力及鋼球拋落沖擊力，因此，該設備運行存在很大的沖擊變載荷。2011年11月份，1#半自磨機在運行時經常會出現周期性強烈震動，經解體檢修出口主軸承座，發現軸承座有開裂、磨損，軸承外圈斷裂，初步判斷故障為出口軸承內圈與主軸過盈量不夠，長期運行后造成它們之間相對運動，導致主軸過度磨損。若半自磨機故障停止運行時間過長，銅冶煉生產出的大量爐渣將無場地堆放，直接導致工廠降料或者停產。為了不影響工廠生產，臨時采取在主軸上面粘貼銅皮來補償主軸過度磨損部分，經過一段時間的運行，發現磨機又出現周期性強烈震動，解體檢修發現銅皮出現移位、擠出現象，從2011 年11月至2013年底，共臨時采取在主軸上面粘貼銅皮的檢修4次，因此必須要尋找方法徹底解決主軸過度磨損的問題。因主軸與端蓋是整體部件無法拆分，直徑約7.5m，高3.5m，總重量約60t，體積龐大運輸非常困難，拆除，運輸，送維修廠家修復，安裝等過程初略估計一個多月，顯然無法滿足生產上的要求。經過與國內多家單位咨詢，選定其中一家實力強、愿意到現場采用激光修復的廠家。

2 激光熔覆原理及優點

激光熔覆是利用激光束聚焦能量極高的特點，瞬間將特殊金屬粉末熔化，同時使基體表面微熔，激光離去后熔化的基體及金屬粉末快速凝固，獲得與基體為冶金結合的金屬熔覆層，此種方式可恢復零件表面幾何尺寸［6］。激光熔覆輸入熱能量極高（溫度高達5500℃），但基材溫度不超過80℃；故零部件熔覆修復后只產生小變形、微變形甚至無變形，這是其他表面焊接技術所無法實現的；熔覆層在基材表面產生微熔，屬于冶金結合，結合強度高，不低于原基材的90%；激光熔覆技術可對局部失效或受損的部件基體表面進行性能和功能補償，使該部件恢復甚至提升原有的性能和功能，大大提高和延長部件的使用壽命［5］。

3 激光熔覆工藝

按照不同的合金材料供應方式，能夠將激光熔覆工藝分為同步法和預置法兩類。

（1）預置法。

預置法是指在基材表面預先放置待熔覆的合金材料，通過高能激光束覆蓋并輻照基材表面，讓部分基材和合金覆蓋層同時熔化，激光束停止輻照以后，熔化的基材和合金會迅速凝固，從而在基材表面產生一層熔覆層良好的冶金結合。預置法通過手工的方式在基材表面涂覆合金粉末，具有經濟、簡單、價格低廉等優點。將粉末用粘合劑調成糊狀，在基材表面均勻涂抹，利用烘焙箱進行干燥，并完成激光熔覆。但是，該方法效率低、工作量大，無法保證涂抹的均勻。“預處理基材待熔覆表面—清洗、打磨—熔覆材料預置—預熱—激光熔化—后熱處理”是預置法的主要流程。

（2）同步法。

同步法是指利用專業的送粉系統為激光作用輸送合金粉末，完成激光熔覆，合金材料和基體在激光作用下會一起熔化，形成熔池，當溫度降低以后熔池中的熔融合金冷卻結晶轉化為與基材完全融合的合金熔覆層的方法。同步法具有工藝簡單、易于實現、材料利用率高、自動化實現方便、可控性強等優點。相較于預置法，同步法更利于實現自動化和智能化的激光熔覆工藝，標志著未來激光熔覆工藝的發展方向。“熱處理基材熔覆表面—激光熔化送料—后熱處理”是同步法的主要流程［1］。本次激光修復采用同步法。

4 現場與返廠激光修復相比的難點和解決辦法

（1）超大超重型半自磨機熔覆回轉問題：若在激光修復廠家進行維修，激光修復利用工廠的超大型機床設備即可實現待加工部件回轉，實現一次性不間斷熔覆，可以精確測量熔覆厚度（控制加工余量），節約熔覆時所用的冶金粉末材料（價格昂貴）。但在現場不拆卸的情況下進行熔覆時，如何實現待修復件的回轉是本次修復的難點之一。因半自磨出口主軸修復的過程中，原有軸承及軸承座必需拆除，并用四個液壓千斤頂支撐并固定筒體，所以無法采用半自磨機配套的電機驅動旋轉。然而在主軸修復過程中，又必須使半自磨機整體回轉才能對磨損部位進行處理。為了克服半自磨機現場回轉問題，專門設計制作了臨時支撐工裝（圖1）代替原有軸承及軸承座。并提出改變熔覆工藝，采用分段搭接熔覆辦法，加大加工余量（消耗的冶金粉末材料較多），使連續回轉變為間斷性回轉，因而可采用現場行車提升筒體側面，實現半自磨機按變更后的熔覆施工工藝需要實現間斷性旋轉。

圖1 支撐工裝

（2）主軸磨損表面車削去疲勞層加工及熔覆后精加工問題：若返廠修復，只需調整大型機床的進刀量能很好的保證主軸的圓柱度及加工精度。而在現場車削加工，首先因大型加工車床體積重量無法運輸至現場，其次現場場地狹小，不具備安裝超大型車床。因此為了實現狹小的現場工況專門設計制作了如下的加工工裝，安裝上驅動裝置，就相當于車床。如圖2所示。

圖2 加工工裝

（3）精加工時主軸同軸度的保證：返廠修復時利用機床的定位基準很容易保證加工尺寸及粗糙度等要求。而此次現場修復，通過使用兩只百分表以圓柱體形式分布在待修復磨損部位兩處損傷程度較小處進行粗調找中。直到粗調加工工裝主軸軸線接近于筒體軸線。借用筒體另一端為安裝基準，找中加工工裝，以紅外射線找中（加工工裝主軸兩端有同心小孔）。微調斜楔撐緊機構使紅外射線同時穿過軸線及找中加工工裝中心點。達到三點一線的目標。

（4）半自磨主軸1∶12的錐度實現：為了保證軸頸本身1∶12的錐度，將手動絲桿軸向行走（圖2中的加工執行機構平行于軸部分）設計為1∶12錐度。使加工工裝在車削加工過程中刀具軸向運動軌跡與中心軸軸線成1∶12錐度。

5 現場修復工藝過程

（1）設計制作的臨時支撐工裝支撐磨損端主軸，支撐工裝端面安裝輔助防竄動擋板。

（2）安裝調整加工工裝，粗車表面裂紋和磨損部位。

（3）車削疲勞層，確定熔覆層厚度尺寸（適當放大加工余量）。

（4）機器人進行激光熔覆，并用游標卡尺測量熔覆厚度［4］。

（5）達到需要熔覆厚度后進行探傷檢測，要求無裂紋、縮孔及其他夾雜等缺陷［4］。

（6）以軸頸端蓋端面為基準，安裝加工工裝，用24個M24固定螺絲和4個定位調節部件在內腔預張緊，使用斜楔機構調整做進一步的調整緊固。

（7）啟動加工執行機構伺服電機，帶動旋轉切削銑刀，調整手動絲桿到切削位置；每一次徑向走刀量控制在0.2mm。

（8）精加工后使配合尺寸的過盈量控制在0.90mm（原裝過盈量為0.87mm）。

6 激光熔覆過程中應注意的問題

（1）確定選用激光熔覆材料的組成，使基體和熔覆材料性能要接近。通過加工前后對比可以觀察到熔覆材料的抗氧化性、耐腐蝕性、耐磨性等性能優于基材［2］。

（2）盡量要求均勻、連續進行熔覆，抑制殘余應力的形成和增強，減少或控制熔覆層裂紋產生。

（3）同步法熔覆基體表面, 粉末的固態流動性要好。熔覆材料的造渣、脫氧能力要強，熔覆涂層要均勻、平滑，基體和熔覆材料的濕潤性要好。材料表面張力會影響濕潤性和流動性，表面張力越小，流動性能越好［3］。

（4）半自磨主軸激光修復完成后，安裝前在主軸激光修復部位涂紅丹粉試裝，通過試裝軸承，保證軸承與軸的接合面。

7 結語

通過貴溪冶煉廠選礦車間1#半自磨機出口端主軸過度磨損部件的激光現場修復，解決了大型設備關鍵部件送外檢修難、檢修時間長的難題，保證了生產的連續性，為大型回轉類設備現場修復取得了寶貴的經驗。經過近三個月的運行觀察，1#半自磨機運行的參數如溫度和振動均在允許的范圍內，本次檢修達到了恢復設備的性能的目的。

［1］楊寧. 激光熔覆工藝及熔覆材料進展[J]. 銅業工程, 2012:2-3.

［2］楊永強, 田乃良. 激光熔覆高溫合金及其應用[J]. 中國激光, 1995, 22(8):632-635.

［3］閆忠琳, 葉宏. 激光熔覆技術及其在模具中的應用[J]. 激光雜志, 2006, 27(2):73-74.

［4］關振中. 激光加工工藝手冊[M]. 北京:中國計量出版社, 1998.

［5］陶錫麟, 潘鄰. 激光熔覆用鈷基合金粉末的研究[J]. 材料保護, 2002, 35(10):28-29.

［6］劉錄錄. 激光熔覆技術及工業應用研究進展[J]. 熱加工工藝, 2007:1-3.

Introduction on Site Repair of Large Rotary Equipment

HU Jun
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Laser repair is currently a new surface treatment technology, but basically all equipment which needs to be repaired should be disassembled and transported to the professional manufacturer for repair. In this article, due to the transport difficulties, long term for disassembly which affected the production seriously for large shaft neck equipment, the measures of site laser repair are put forward and solves. It is the first time for domestic large-scale equipment repair on site, which has a very good reference value for large scale shaft neck field repair.

spindle；laser；laser cladding；support tooling；processing tool

TD453

B

1009-3842（2015）03-0075-03

2015-01-23

胡俊（1985-），男，湖北孝感人，本科，從事工程管理和預決算工作。E-mail:234442927@qq.com