露天礦挖掘機回轉減速箱零件修復工藝研究

崔鎖虎

（上海朗托動力傳動技術有限公司，上海 201612）

0 引言

露天礦挖掘機因其耐用、高效率、高可靠性和低生產成本而成為裝載設備的主力軍。全球有1300多臺電鏟在世界各地使用，合計斗容量為28 000 m3，幾乎占所有裝載設備的50%[1]。挖掘機是露天礦關鍵設備，而回轉減速箱是挖掘機關鍵傳動總成，在惡劣的工作環境下經常會發生零部件損壞。通過近十年的工作實踐證明，對于回轉減速箱經常損壞的零件，采用科學的修復方法，修復的零件能夠可靠運行一個大修周期30 000 h，這些修復的部位都沒有再次損壞，甚至可以達到新品壽命。本文針對回轉減速箱易損零件，提供經驗證的可靠的修復方案。

1 回轉減速箱容易損壞部位說明

減速箱維修常見的零件損壞形式：輸入軸油封唇口接觸位置磨損、減速箱蓋產生裂紋和行星架裂紋，通過大量的工藝探索，摸索出修復工藝，在下文中對損壞形式以及修復工藝做詳細的說明。

2 輸入軸油封位置磨損形式及修復工藝

2.1 輸入軸密封唇口位置磨損漏油

如圖2所示，輸入軸通過花鍵與驅動電動機連接，在長期運行過程中，輸入軸相對于骨架密封唇口高速旋轉，輸入軸外圓面會形成0.5 mm左右的凹槽，這個凹槽正好在油封唇口位置，即使換上新的油封，油封仍無法有效工作，減速箱在該位置滲漏潤滑油。

圖1 回轉減速箱結構圖

圖2 輸入軸油封唇口位置磨損

2.2 輸入軸磨損位置的修復工藝

1）用外圓磨床，把輸入軸φ100 mm直徑整體磨到φ99.5 mm。

2）把加工好的齒輪軸裝夾在激光熔覆設備上，采用鎳基合金系列粉末的多道多層激光熔覆，熔覆后有效尺寸達到φ102 mm，熔覆層的硬度為45 HRC[2]。

3）把熔覆完成的齒輪軸裝夾到外圓磨床上，利用千分表測量軸承安裝位置上的φ101.60 mm圓柱段, 千分表測量的跳動值小于0.02 mm。開始磨削熔覆位置的軸徑，軸徑磨到（φ100±0.05）mm。

4）對整個軸進行檢測，其余軸徑均在原圖樣公差范圍內，無任何變形，軸承安裝位置軸徑、齒輪、花鍵都在公差范圍內，并且外圓硬度值為45 HRC，修復完成。

3 減速箱箱蓋裂紋形式和修復工藝

回轉減速箱殼體裂紋修復，如圖3所示，減速箱上蓋是鑄造件（材料ZG35Cr1Mo）和45鋼組合焊接而成；焊縫由于長期運行振動產生裂紋，首先進行了滲透探傷確定焊縫開裂位置。

圖3 回轉減速箱殼體照片

回轉減速箱鑄造殼體的材料的化學成分和力學性能如表1、表2所示，焊接材料選擇如表3所示。

表1 ZG35Cr1Mo化學成分質量分數[3] %

表2 ZG35Cr1Mo材料力學性能

表3 焊接材料選擇

電焊固定及焊接步驟如下：焊前仔細清除坡口表面的鐵銹和油污。將工件整體入爐預熱，預熱溫度為440 ℃，升溫速度為85℃/h，保溫2 h。

對接接頭采用平角焊，焊接方向為左向焊。最小預熱溫度為400 ℃，最小層間溫度為350 ℃。消氫處理溫度范圍為450 ℃，時間范圍為1～2 h。采用保護氣100%CO2，或者混合氣Ar/CO2（混合比為80/20），流量為15～20 L/min。

達到預熱溫度后進行焊接，焊接規范按表4執行。采用直進焊或微擺焊進行單絲多層多道焊接，單道焊縫寬度≤13 mm；導電嘴至工件距離15～20 mm；噴嘴規格為φ25 mm。焊接時注意保證與平板及端蓋處的熔合。保證層間溫度不低于350 ℃。每一道焊接之后用角磨機對焊道表面進行打磨。清除焊渣、飛濺等影響焊接的因素。焊接后應立即將焊件放在300 ℃的爐中以，85 ℃/h 的速度升溫至500～600 ℃之間，并保溫2 h，隨爐冷卻至100 ℃后取出空冷[4]。防止焊接應力導致開裂。

表4 焊接規范

4 行星架裂紋的形式和修復工藝

挖掘機回轉減速箱行星架在高振動工況運行一個周期后可能會在上下法蘭之間立柱圓弧過渡處開裂。 由于行星架制造工藝復雜，精度高，行星架的成本很高。我們在維修減速箱的過程中，遇到行星架開裂的情況，開發出一套嚴謹科學的修復工藝，大大降低了整個減速箱的維修成本。

4.1 行星架開裂修復工藝

裂紋的表面處理：如圖5～圖7所示，使用帶有硬質合金刀具的電動或氣動研磨機去除裂紋。避開切口的邊緣和拐角，以避免應力點。不使用砂輪，原因是磨?？赡芮度氡砻?，干擾焊縫熔合。

圖4 裂開焊縫滲透探傷結果

圖5 行星架腹板裂紋

圖7 裂紋打磨后的圖片

裂紋位置：行星架立柱與底部法蘭位置出現裂紋，需要修復，圖6為打磨處理以后，打磨深度直至裂紋消失，打磨會產生一個凹槽。

圖6 裂紋打磨后的示意圖

打磨到滲透探傷檢查不到裂紋為止，清除受熱影響區域的所有油、油脂、油漆、染料滲透劑等。清除待修復區域的表面氧化物。經過計算，行星架質量為2.6 t，焊接部位相對面積小，焊接時熱影響小，因此不需要對整個行星架進行預熱。

4.2 焊材選擇及焊接前準備

焊條參數及焊接方式為：焊材牌號為J107鉻焊條，焊條直徑為2 mm，采用手工電弧焊，直流反接，電流強度為45 A，通過對一塊廢料進行焊接，驗證電流設置。熔敷層不得超過焊條芯直徑的2倍，即φ4.0 mm。確保所有電極保持干燥。不要將電極暴露于任何污染物中，如油脂、油、水，或任何其他可能的水分來源。

使用數字萬用表檢查行星架的極性：焊接鑄鋼時，確保所用焊接材料的極性正確，以獲得所需的結果；正極性允許較淺的熔透、較少的熱輸入和增加的熔敷。反極性具有更大的熱輸入、更大的穿透力和更大的母材稀釋度。

4.3 焊接工藝步驟

焊接前遮蓋行星齒輪軸孔和止推面，以防焊接飛濺。焊接的順序：如圖8所示，在凹槽的一端開始焊接。一次焊接不得超過25 mm。焊接完成后的表面處理：每次焊后，立即使用電動單頭或多頭除銹器，并對焊縫進行徹底噴丸（在這些中間檢查期間，不要使用任何類型的液體滲透檢測程序，滲透劑會導致焊縫污染）。

4.4 檢查每道焊道有無裂紋或氣孔

焊接過程中如果發現有任何氣孔或者裂紋，使用帶有硬質合金切割機的電動或氣動研磨機去除裂紋或氣孔。在該區域進行焊接，并重復噴丸和檢查過程。

需要注意的是：在每個焊道結束時，務必在斷開電弧之前將電弧拉回到熔敷層上，以減少弧坑開裂的可能性。務必在熔敷層上引弧，切勿在母材上引弧。

4.5 焊后冷卻及噴丸

讓每個焊道冷卻至43 °C（109.4 °F）。在凹槽的另一端焊接一條25 mm或更小的焊縫，并立即對焊縫進行噴丸處理。

4.6 繼續焊接和噴丸

繼續焊接-噴丸-冷卻循環，朝著凹槽中心操作,如圖8和圖9所示。

圖8 焊縫方向示意圖

圖9 從底部到表面的焊接示意圖

繼續此過程，直到凹槽填滿。使用電動或氣動研磨機將焊縫與鑄件輪廓打磨光滑。焊接成型后，對該區域進行噴丸處理，以減少研磨工具產生的應力。最后滲透探傷檢查有無裂紋。

4.7 焊后滲透探傷檢測

首先，對要測試的區域進行預清潔。噴灑清潔劑/去除劑，必須徹底清除妨礙滲透劑滲入缺陷的油脂、涂料、鐵銹、氧化皮、污物等附著物，以及殘留在缺陷中的油脂、水分、油漆等。

接下來，在整個待測區域噴涂滲透劑。讓滲透劑浸泡10～15 min。滲透油浸泡后，用干凈、干燥的抹布去除多余的滲透油。然后對滲透油痕跡使用清潔溶劑濕布或擦拭布清除。讓該區域徹底干燥。在使用顯影劑之前，搖動容器，確保顯影劑充分混合。將容器保持在距離測試區域約203～305 mm的位置。

顯像劑的注意事項，在檢查裂縫之前，讓顯影劑完全干燥10～15 min。如果被檢表面存在缺陷，滲透劑便滲入缺陷內，當把表面多余滲透劑去除后，再施加白色顯像劑，缺陷內的滲透劑便被吸出，從而在白色背景上呈現出紅色缺陷跡痕[5]。因此，缺陷將以白色顯影劑背景顯示為紅線。

經過以上嚴格的步驟，檢查焊縫是否存在裂紋；如果存在裂紋，繼續打磨掉有裂紋的部分，重新焊接，最終所有裂紋檢查合格，行星架修復完成。

5 結論

本文維修挖掘機回轉減速箱，不是簡單地拆解、檢查、更換零件這樣一個簡單的流程，而是根據零件實際損壞的情況，對于經檢查可以修復的零件，采用目前國內先進的激光熔覆、焊接工藝，制訂合理的修復工藝。一個輸入軸新品需要1.2 萬元，制造周期為70個工作日；激光修復費用為0.3 萬元，只需要10個工作日；減速箱蓋新品價格為14.5 萬元，制造周期為60個工作日，修復僅需要7個工作日，成本只需要0.6 萬元；行星架新品價格需要31.5萬元，制造周期需要為90 d，修復僅需要0.8 萬元，只需要5個工作日。減速箱總成采用修復工藝，這些零件就可以節約45.5 萬元，并且大大縮短了維修周期。以上是本文的技術積累和總結，也希望能夠在今后的工作中，創造出更多的、更好的工藝和方法，把維修工作變成智能維修，升級產業工藝，為企業創造好的競爭力，為國家機械裝備產業發展貢獻自己的一份力量。