大型磨機中空軸多裂紋的焊補

摘 要：文章是一起磨機故障修復的經驗總結，磨機一直運轉正常，到備件更換時仍然處于平穩運行狀態，得到了一致好評。

關鍵詞：大型磨機；中空軸裂紋；焊補

1 前言

某廠一臺φ3.8*13m球磨機，運轉12年，突然發現磨機跳動變大，中空軸處漏油，軸瓦溫度上升，于是立即停機開蓋檢查，原來中空軸在120°范圍內出現3條裂紋，如示意圖，其中最長的一條接近1m（圖中b），其余兩條分別接近）800mm（圖中a），600mm（圖中c），而且呈貫穿性裂紋，轉動時周向跳動達到1.5mm，這是引起軸瓦溫度上升的主要原因，如果繼續運轉，將帶來燒瓦，甚至中空軸斷裂的嚴重后果，處理的辦法最好是立即停機更換中空軸，但工廠無備件，新的備件從制模鑄造到加工，工期最少一個半月，而生產任務又非常緊急，經辦公會研究決定，一方面迅速聯系廠家制作備件，另外著手進行現場裂紋補焊，爭取達到磨機正常運轉條件：磨機周向跳動0.5mm，最大不超過1.0mm。

2 焊接性分析

根據設備出廠資料，中空軸為ZG25材料制成，筒體部分 （產生裂紋部位）直徑1600mm， 壁厚90mm，材料的焊接性能優良，但因為壁厚較大，易出現三維應力，補焊時應該采取預熱措施，以防止焊接焊接裂紋出現；但結構因素限制，如果整體預熱，肯定不現實，局部預熱焊接，則有可能因為受熱不均勻導致焊接變形過大，最后可能出現裂紋焊補好了，但變形大，磨機仍然無法運轉，通過技術碰頭會決定，控制焊接變形是主要目標。

3 焊接方案制定

以控制焊接變形為主要目標，裂紋補焊時采用不預熱焊接工藝；冷焊采用小規范多層多道焊，注意錘擊底層焊縫釋放應力；因為該中空軸補焊主要應付目前生產，預期使用壽命3個月，裂紋焊補不需要補透，但焊接厚度不得低于壁厚80%；采用CO2焊接，盡可能減少焊接變形，為保證質量，采用藥芯焊絲ER50-1作為填充材料；以橫焊焊接方法為主，挑選具備豐富焊接經驗的焊工實施焊接，保證焊接質量；制作一塊標準樣板，焊接過程中隨時注意檢查變形情況。

4 焊接實施

4.1 清洗

用磨機慢轉控制旋將中空軸轉至裂紋處于水平位置，便于橫焊焊接；然后徹底清洗內外表面油污。

4.2 止裂孔鉆削

著色檢驗，找出裂紋內外端頭位置，注意分析裂紋走向，在其延伸方向距裂紋頭20-30mm處鉆出φ8-10止裂孔，如果內外走向不一致，必須內外均鉆止裂孔，防止分叉裂紋向未鉆止裂孔方向擴展；

4.3 坡口制備

采用碳弧氣刨開坡口，這是一道非常關鍵的工序，為了控制變形，每條裂紋必須分段刨出坡口，由于裂紋條數多，從裂紋b開始，必須兼顧裂紋a，c，具體執行方案為：

最長裂紋b分5段，先刨B3，然后焊接B3內外焊縫，內外均要求對稱施焊，但內外均要求留10mm左右不要一次填滿；

裂紋b的B3段處理完，就要開始處理裂紋a和c，a和c裂紋至少分3段，方式和裂紋b一樣；這樣處理的最大優點，當焊補裂紋b時，因為焊接應力作用，加上3條裂紋距離較近，必然會影響裂紋a和c，而裂紋a和c處于完全開放狀態，因剛度太小，可能引起錯口，只有當焊接裂紋b的B3段后，馬上將裂紋a和c的中間段也補好，增加了連接剛度，這樣對防止產生裂紋錯口帶來很大好處；

氣刨的坡口必須光滑，不得有夾碳，不慎夾碳，必須用磨光機或鋼絲刷清理干凈；

坡口形式及坡口填充焊接順序示意圖

注意填充時從內部開始，必須對稱填充，即內部先焊接3-4層，就需外部焊接2-3層，

4.4 刨焊順序

以裂紋b為例，順序為B3→B1→B5→B2→B4，注意不得將一條裂紋一次處理完，這樣裂紋未刨開部位可以支撐防止出現過大收縮變形。

4.5 焊接工藝參數及工藝措施

為保證焊接質量并控制焊接變形，焊接工藝參數規定如下：

焊接電流：120-150A

焊接電壓：24-28V

CO2氣體流量20L/min

采用多層多道焊接，每焊接一道，用圓頭小鑿子輕擊焊縫表面致產生麻點，再焊接下一道；道間溫度控制在50℃左右，即用手摸不至于燙手再焊接后續焊縫。

對此類較深坡口（板較厚）又不能開較大角度的焊縫焊接，一般推薦采用加長窄噴嘴進行焊縫填充，如果用標準噴嘴，難以伸到根部導致焊絲伸出過長，電弧不穩，焊接質量難以控制，而采用焊條焊接，一是熔渣難以清理干凈，再則焊接變形較大。

4.6 蓋面焊接

分段處理裂紋時，注意用樣板檢查中空軸的圓度變形，如果一切正常，則進入到蓋面焊接。

蓋面焊接采用先焊接內焊縫，后焊接外焊縫的順序，因為圓筒型構件內縫焊接時產生變形較小，如果筒體已成外棱角，則先焊接外焊縫。

蓋面焊為減小變形，采用分段退焊工藝，焊接參數與前述一致，層（道）間溫度仍然要控制好。

4.7 止裂孔焊接

止裂孔在裂紋補焊時，一直留著不焊，等所有焊縫全部焊接完成，再內外補焊止裂孔，補焊深度6-8mm即可。

4.8 其它措施

對于中空軸裂紋等構件，由于運轉時間相當長，材料可能有疲勞現象，同時裂紋處的拘束度都非常大，這樣常常在焊接根部的1-2道焊縫時容易出現裂紋，為此選用延伸率比較高的奧氏體填充材料就比較理想。本次維修過程中我們底層焊縫均采用了ER308L不銹鋼焊絲填充，效果非常理想。

5 焊接效果

該中空軸3條裂紋按上述工藝，經過3天焊接完成后，用角向砂輪打磨，油石拋光，經空車運行，中空軸的周向跳動0.9mm，滿足運行條件，于是空車運行8h后加50%負荷，運行一個班，油溫和其它控制系統均顯示正常，再滿負荷工作。

經該工藝修復后的中空軸，在磨機上正常運轉了3個多月，直到備件回廠才按計劃進行更換，說明此次維修是比較成功的。

6 經驗總結

根據當時對磨機中空軸裂紋的分析及現場實查，裂紋的發源地均為其內部零件（進料錐筒）固定焊角焊縫處，因為焊接時出現較大咬邊，在高速長期滿負荷運轉時形成裂紋源，隨時間推移而產生擴展，差點形成大的設備事故，所以安裝工作中控制焊接質量是非常重要的。

參考文獻

[1]李亞江，張永喜，王娟.焊接修復技術[M]北京：化學工業出版社，2008.

[2]曾樂.現代焊接技術手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1993.

作者簡介：張運孟（1965，12-），1985年畢業于沈陽冶金機械專科學校焊接專業，2005年畢業于湖北工業大學機電工程專業，先后在大冶特鋼、華新水泥擔任焊接工程師職務，現就職于黃石聚達電力設備有限公司，繼續擔任壓力容器焊接工程師。