風電齒輪箱的維修工藝

楊斌　王文濤

摘 要：隨著近年來國家大力發展風力發電事業，全國新增機組和發電容量都不斷提高，其中風電齒輪箱作為故障率較高的部件正受到廣大業內人士的關注，箱體又是齒輪箱最為重要的零件之一，箱體的好壞直接影響整個齒輪箱的可靠度。針對下塔維修的齒輪箱箱體如何有效、快速、可靠的修理，我們需要有一套完善的方法，以便能快速解決塔下維修周期。

關鍵詞：齒輪箱箱體；熱噴涂；補焊

中圖分類號：TH132 文獻標志碼：A

齒輪箱箱體的修復手段有很多種，但是需要針對箱體的損壞程度來確定維修方法，維修方法不當可能會使箱體難以還原。下面就列舉幾種箱體維修的方法：

1 風電齒輪箱具體維修方法

1.1 維修標準快速判

1.1.1 目測箱體是否有裂紋、變形等缺陷，如有先用磁粉著色探傷，看看裂紋的延伸長度，如果只是局部微小裂紋則可以進行補焊處理，處理后再進行退火去應力；一旦裂紋穿透箱體或軸承孔，則箱體將無法修復。

1.1.2 檢查箱體上的螺紋孔，方法是用相同型號的絲錐過一遍孔，然后用螺紋規檢測，止端旋入不應超過兩圈。

1.1.3 主軸軸承座孔偏載磨損深度>0.05mm，<2mm，面積占孔壁85%以下，采用等離子熱噴涂或者補焊堆焊再機械加工。

1.1.4 箱體孔偏載磨損、拉劃傷、擠壓傷深度>2mm面積占孔壁10%以上，采用配加工鑲套，箱體有裂紋及各個孔嚴重磨損變形，目前條件下報廢不能修復，風險大無利用價值。

1.2 風電齒輪箱維修的具體方法

1.2.2 軸承孔放孔鑲套修復法

鑲套修復是零部件修理修復方式方法中所能達到最大修補厚度的方法，理論上只要強度剛度允許，可以到幾何尺寸限度內的最大厚度。因此此方法適用于軸承孔變形或磨損較嚴重的情況（變形量超過2mm）。但是我們應該先考慮軸承孔的強度是否滿足要求，因為此方法要先將變形處加工掉，一般單邊加工掉3mm～5mm，所以要考慮加工后的孔在強度和剛度上是否依然滿足。按照以往經驗，當軸承孔直徑大于40mm的時候才使用此方法進行修復，以保證修復后軸承孔的強度和剛度仍滿足原有設計，其具體步驟如下：

（1） 首先是放孔，即將軸承孔根據需要加工到嵌套后等同于原設計名義尺寸的加工過程，即將直徑擴大至原設計孔徑加上兩個套的厚度。鑲套就是將符合齒輪箱強度剛度等各種機械性能所加工的鋼套嵌入箱體孔中，并加以固定這個過程。

（2） 箱體和所鑲鋼套機械加工是零件修復過程中最基本和最主要的程序，它既可以作為一種獨立的手段直接修復不合格零件（主要是孔的各種偏差問題），也可以是和其他方法復合加工的重要手段。放孔鑲套法是對較嚴重損傷的不合格軸承孔的孔壁進行加固并機械加工，把內襯套以合理的過盈量裝在孔內，從而恢復到原來的尺寸的修復方法。這種方法具有工藝簡單、操作方便和節省材料等優點，被廣泛應用于零件孔系修復中。鑲套工件材料要根據鑲套部位的工作條件進行選擇，如在高溫下工作，套的材料應與原零件一致，保證二者的熱膨脹系數相同或相近，保證良好的熱穩定性。一般箱體類零件材質為鑄鐵-灰鐵或球墨鑄鐵，以母材做套強度不足，所以常選用45或40Gr鋼作為鑲套材料。

（3） 放孔鑲套法用于箱體類零件修復時一般多用薄壁襯套，鑲套的過盈量應選擇合適。齒輪箱軸承孔鋼套的厚度一般應在3mm～10mm，鏜削原孔時應注意留有原孔未損傷部分和臺肩作為修復箱體的定位基準。

（4） 在考慮套的過盈量時，應事先計算套的強度，比如鑲上去的套能承受最大的壓應力是多少，然后判斷該孔隙應該需要多大過盈量，當套能承受的壓力大于過盈量產生的壓力時才是合理的設計方案。如果盲目地選擇過盈量，選的過大會使套壓壞，過盈量過小會使套松動失效。所以，箱套過程中選擇合適的過盈量是這種修理方法的關鍵。根據軸和孔的公稱直徑計算并確定軸、孔間的過盈量。對于鑲套的壁厚，一般至少應大于3mm，實際應用中一般根據實際情況，一般在5 mm～10mm。并且注意留有鏜削余量2mm以上。一般鑲套的過盈量可分為輕、中、重及特種4種情況，其具體過盈量如下：

（5） 輕型配合的過盈量為≤0.0025mm，此配合只用于扭矩或軸向力很小的場合。如果受到力較大時，需另加緊固件或焊牢；中型配合相對過盈量為0.005，此配合比輕型配合過盈量大一倍，能承受一定的轉矩和沖擊載荷，受力較大時需加緊固件固定；重型配合相對過盈量0.01；特重型配合相對過盈量為大于0.01，可承受很大的轉矩和沖擊載荷，可以不加緊固件。

1.2.3 軸承孔補焊堆焊修復法

此方法適用于軸承孔位偏載造成變形——橢圓、錐孔、斜孔以及嚴重拉劃傷和磨損總量不能超過2mm～3mm。

風電齒輪箱箱體一般材料為QT400-18AL 也有用QT600-3球墨鑄鐵，球墨鑄鐵是在熔煉過程中加入一定量的球化劑，使石墨以球狀存在，從而使力學性能明顯提高。

（1） 球墨鑄鐵的焊接性

球墨鑄鐵的焊接性能很差，它和灰鑄鐵一樣，其焊接工藝主要用于缺陷焊補或舊件修復。

從理論上講，球墨鑄鐵比灰鑄鐵還難焊接，因為球墨鑄鐵屬于高強度鑄鐵，它的焊接接頭在焊補重熔時不僅要求碳的石墨化，還要保證石墨呈球狀（即球化），這在焊接條件下是很難完成的。因此，球墨鑄鐵接頭經焊接后，一般很難達到與母材的強度或塑性相等的要求。

（2） 球墨鑄鐵電弧補焊

采用Z238或Z238sncu焊條，焊條為低碳鋼芯、強石墨化的鑄鐵焊條，由于加入一定量的球化劑或錫銅強化元素，使熔敷金屬中的石墨在緩冷過程中呈球狀析出，力學性能好，交、直流兩用。由于電弧溫度較高，球化元素氧化、蒸發嚴重，給焊縫的穩定球化帶來困難，力學性能很難達到指標。用Z238焊條時，會使焊接區域形成白口、淬硬組織及焊接裂紋。焊接前應先做預熱處理（一般加熱到400℃～700℃）。

鋼芯石墨球化通用鑄鐵焊條補焊：

該種類焊條采用鋼芯，藥皮中加入脫氧元素、孕育劑及少量的球化劑。這種焊條對水分、空氣和鐵銹等不敏感，球化穩定性很高，白口傾向低，焊縫的塑性及抗裂性都較好。對于剛性較小的部位，可以采用冷焊工藝補焊較長的焊縫或較大的面積，但是，剛性較大的部位應進行預熱或采用加熱減應區法，焊縫的力學性能較好。

（3） 補焊后修復

補焊后的箱體需要有內應力的釋放，因此最好都進行退火處理。處理后加工補焊后的軸承孔，由于補焊后孔的圓心已經失去，所以需要借助其他手段恢復軸承孔的圓心。最簡單的方法就是按照與修復軸承孔同心的孔來找正加工，此外還可以借助圖紙去數控加工中心還原。還原后的表面光潔度和尺寸公差應與原設計相符，如檢驗不合格應重新加工。

1.2.4 其他修復技術

其他修復方法還有熱噴涂、激光熔覆和電刷鍍等。其中熱噴涂又分為：火焰噴涂、等離子噴涂等，這些方法也是比較成熟和有效的修復手段，可以使工件表面達到各種性能要求。但是，這些方法比較上面的兩種來說成本會大大增加，從對一個公司的經濟效益來講是要慎重衡量的。所以這里就不展開介紹了。

結論

上面介紹的兩種方法都是很成熟可靠的維修手段，無論從維修時間還是維修成本上都有很大優勢。同時，對于報廢的齒輪箱，如果箱體可以進行修復也是一種節能減排、變廢為寶的選擇。

參考文獻

[1]黃政.汽車發動機缸體的鑄造工藝[J].鑄造，2008（10）：1078-1080.

[2]康寬滋.缸體鑄造工藝[J].現代鑄鐵，2007，27（5）：13-17.

[3]劉紹忠.液壓泵殼體氣孔缺陷產生原因與防止措施[J].鑄造技術，2007（7）：1002-1004.