減速機軸和齒輪修復技術的分析與應用

司占強，葛盛濤，郭德福

（日照鋼鐵有限公司，山東日照 276806）

0 引言

減速機作為冶金行業通用的設備，因價值高，制造周期長等特點，對非易損件的生產企業的采購控制較為嚴格，也使減速機打齒事故成為維修人員的重要課題。日照鋼鐵有限公司冷軋薄板制造部針對張力輥減速機齒輪軸斷裂，造成大齒輪打齒等（圖1與圖2），維護人員采用了斷軸配做，齒輪軸和齒輪修復技術等，有效解決了此類難題，做到在無備件的情況下快速恢復了生產。

圖1 齒面斷裂

圖2 齒輪軸斷裂

1 斷軸的修復處理

齒輪軸斷面呈現不規則形狀，考慮到斷面修磨后長度減少，且焊接完成后的抗彎強度不足等，采取重新配做斷軸小端的措施（圖3），制造工藝如下：

（1）選取材料為42CrMo的調質棒料，按一端按原尺寸配做（圖3中1號）。

（2）另一端加工為加長軸（圖3中 3號），齒輪軸端配合加工孔（圖3中4號）。

（3）兩配合面加工坡口（圖3中2號），并進行焊接處理。

（4）軸面機加工修磨。

2 齒輪修復技術要點與對策

2.1 技術準備

根據齒輪參數、材料特性和使用工況，確定修復技術方案，采用合理的焊接技術進行焊接修復，焊接過程中采用多種焊材進行強化修復。

圖3 齒輪軸斷面

（1）打底層焊接。使用高合金焊接材料，確保強度與韌性兼顧的進口焊材作為打底層焊接材料，獲得機械性能過渡良好的焊接組織。

（2）填充層焊接。填充層采用高強度焊材進行焊接，獲得機械性能強于母材強度和韌性的效果，保證修復后的齒具有良好的抗沖擊性能，不發生脆性斷裂。

（3）強化耐磨層焊接。為了獲得齒面的設計硬度和耐磨性等指標，在填充層焊接完成后進行粗打磨，預留1 mm的厚度進行表面耐磨強化層的焊接。使用進口的高合金焊材進行焊接修復，同時結合應力消除處理和焊后的局部熱處理技術，去除焊接內應力的同時實現修復局部拉應力向壓應力的轉變，有效防止裂紋萌生和增強抗沖擊性，同時獲得要求的齒面硬度指標。

（4）精修研。根據圖紙數據和現場工況制作精修研靠模。

（5）工裝制作。根據現場工況制作專用熱處理及其他工裝，保證對修復齒輪實現局部熱處理。

2.2 施工技術要點

（1）清洗。對齒輪進行清理清洗，結合無損探傷進行齒面裂紋的檢測。

（2）綜合檢測。對齒輪進行綜合檢測，確定齒輪的現狀，并確定有無除磨損外的其他缺陷，以及齒輪的形變狀態。

（3）去疲勞層。去除所焊接齒輪疲勞層，再次探傷，確保焊前無裂紋等其他缺陷。

（4）焊接工藝控制。①采取低熱量輸入焊接工藝，嚴格控制齒面溫升，防止產生淬硬組織，以減少焊接應力。打底層使用直流手弧焊焊接，短弧短焊道，焊后捶擊至焊縫產生明顯的機械變形；填充層采用半自動氣體保護焊，嚴格控制焊層厚度和焊道長度并注意齒形控制，為下一步焊接留出均勻尺寸空間；焊接后對填充層進行修磨，并進行耐磨層的焊接，采用氬弧焊，用精確的收弧來控制焊層形狀和過渡區性能；②焊接過程中動態檢測焊接應力和齒輪變形參數，并依據技術參數進行焊接位置和焊接量的調整，從而將焊接變形控制在允許范圍之內；③在焊接過程中實施加振動時效，降低焊接應力；④嚴格控制材料復合的層量比例，保證焊縫材料膨脹系數與母體材料一致。

圖4 修復情況對比

（5）焊后處理與尺寸精度恢復。①局部熱處理設備分別對焊接部位進行焊縫性能調整和穩定化處理，使焊縫耐熱疲勞性能達到最佳狀態；②焊后處理完成后，通過所制作樣板及聯齒靠模對修復部位進行精修磨，用驅動齒進行模擬跑合，確保嚙合率達到70%以上，并使用章丹或錫絲進行盤車配研，使整體精度達到技術要求。圖4。

3 實際效果分析

（1）該齒輪軸和齒輪修復完成后，減速機裝配上線，運行4個月后檢測振動數據，能夠滿足生產線運行需求，保障生產的同時，給采購新備件提供充足的時間。

修復后的齒輪嚙合呈現周期性震動，峰值5.375 mm/s2,頻域中存在3組以上齒輪嚙合頻率諧波，齒輪嚙合頻率邊頻較高，可見明顯的底部噪聲頻率（圖5）。

圖5 修復后的齒輪嚙合振動情況檢測

（2）由于修復技術的靈活性，齒輪軸和齒輪損壞后可以在較短的時間內修復后繼續使用，因此不需要定制大量的新件，既減少了維修費用及時間，也減少了備件更換。為企業修舊利廢，節約成本，減少停機時間，提升作業率，以及提高經濟效益等做出了貢獻。