粗軋機主軸扁頭套內孔修復技術探討與應用

謝 明

(寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，上海 200941)

粗軋機主軸扁頭套內孔修復技術探討與應用

謝 明

(寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，上海 200941)

熱軋廠主傳動萬向軸為軋線最為關鍵的設備，該結構中，扁頭套使用和修復為設備管理的重中之重。采用傳統堆焊技術修復的扁頭套經周期性的使用下線后，往往出現襯板磨損、內孔、扁勢面磨損、銹蝕等較為嚴重的問題，壽命短不能滿足生產需要。針對以上的問題，以熱軋廠1580mm R1R2扁頭套內孔修復為例，對相關尺寸的配合、恢復原始尺寸的方法進行分析與探討，并用激光熔敷的新技術方法，同時優化裝配工藝，經上線使用效果明顯，具有推廣價值。

扁頭套；內孔；激光熔敷；加工方法

0 前言

寶鋼1580mm熱軋廠粗軋機采用萬向軸連接形式，十字萬向接軸具備承載能力大、使用壽命長、傳遞效率高、軸線傾角大、運行平穩噪音低、維護保養方便節儉等優點。但由于熱軋廠的工況環境非常惡劣，因此，扁頭套為主傳動的最重要部分，其出現劣化的情況經常發生，而且下機后的備件劣化較嚴重，因此對扁頭套修復提出了較高的要求，給連續化生產帶來了較大的影響。

1 扁頭套內孔修復技術問題

主傳動萬向軸在寶鋼應用十分廣泛，在1580 mm粗軋區域，有R1、R2軋機主傳動，E1、E2立輥軋機主傳動，SP小偏心萬向軸等；在1880 mm區域，有F5-F7軋機上下主傳動萬向軸；2050 mm的粗軋立輥主傳動等均采用萬向軸連接形式。

1580 mm熱軋廠R1R2主軸，如圖1所示，扁頭套下機后，均有不同程度的損壞，如扁頭套內孔磨損、十字軸表面剝落、叉頭處有裂紋、軸承間隙超標等，給其修復工作帶來了一定問題，其中扁頭套內孔為修復的重點，以2015年下機的R2扁頭套為例：

圖1 1580R1R2主軸機構形式

可以看出，該扁頭套扁面和圓弧面均超過了現場的管理控制要求(磨損量超過5 mm)，進而與軋輥扁面的配合間隙過大，在機使用時候，出現主軸運轉時擺動過大，給軋機帶來沖擊和震動等問題，必須修復才能重新使用，如圖2所示。

圖2 扁頭套修復關鍵測量尺寸

2 傳統修復的方法與新方法對比

2.1 傳統電弧堆焊技術修復

扁頭套材質為42CrMo中碳合金鋼，本身可焊性較差，根據實際磨損量，堆焊層厚度及堆焊面積較大，堆焊產生較大殘余應力，雖然后道工序有熱處理消應力，也只是部分消除內應力，剩余的內應力會在部件使用中逐步釋放；

歷年對扁頭套進行過相同方案修復，效果不理想；主要缺點有：一是在線使用壽命短，二是端面齒結構，齒形變形導致接觸面積降低，降低了其連接強度；三是在軋制過程中有堆焊部位產生裂紋，使用風險較大。

2.2 采用激光熔敷新技術修復

采用同樣機體材料(中碳CrMo鋼)，多次對試樣進行激光熔敷后進行力學性能分析，其結合強度達到本體強度的90%以上，滿足同體材料強度要求，由于激光熔敷材質為鎳基合金粉末，熔敷后表面硬度在HRC30～35，表面耐磨性能優于原工件，并且激光熔敷不會產生內應力，不會影工件變形，也就不影響扁頭套端面齒連接的精度。

采用激光熔敷新技術修復扁頭套在機使用壽命為2年左右，而且下機的扁頭套的重要部位的磨損量在1 mm以內；而采用普通堆焊的方法，其壽命為6個月左右，下機的扁頭套重要部位的磨損量超過了3 mm。

3 扁頭套采用激光熔敷新的技術方法的實現過程

3.1 解體

3.2 對扁頭套進行粗加工

粗加工面100%著色探傷檢查，硬度檢測。

3.3 激光熔敷

對于損傷量大的扁頭套，如圓弧處可采用環帶、“工或T”形激光熔覆，可減少熔覆量，并滿足扁頭使用定位要求,可以有效降低成本。

圖3 扁頭套內孔修復堆焊圖

圖4 扁頭套襯板安裝扁勢面堆焊圖

3.4 激光堆焊后著色探傷合格后轉精加工

6、向外撬動閥體，同時迅速的將鋼板插入閥體與油箱側安裝法蘭之間，確認抽力吸住鋼板后，松動預留螺栓，拆除開裂閥門。此時，應注意使鋼板均勻受力，避免破壞真空而漏油。（如圖）

3.5 無損表面探傷檢查、硬度檢測

精加工面100%著色探傷檢查，硬度檢測。

4 扁頭套的配裝工藝優化

根據現場的實際使用效果，1 580 mm熱軋R1R2主軸扁頭套扁勢面襯板安裝面和襯板之間的公差配合日本原設計為390H8/h8，配合為間隙配合0～+0.178 mm。

對于連續運轉的軋機，扁頭套與扁頭的裝配間隙在空轉時是閉合的，當軋件咬入后，由于軋件頭部對軋輥的沖擊，軋輥有可能被軋件推動，使本來閉合的間隙不同程度的脫開。在此瞬間，軋件迅速咬入，軋制力形成的力矩立即迫使脫開的間隙重新閉合，因而產生沖擊。主傳動系統中間隙越大，咬入沖擊程度越大。間隙產生沖擊，而這一沖擊來源于間隙雙方的轉速差。有間隙存在時，突然咬鋼的接軸中的扭矩一般用公式：

式中，J1為扁頭套的轉動慣量，kg·m2；J2為軋輥的轉動慣量，kg·m2；k12為旋轉體的扭轉剛度系數，KN/mm；ω12為間隙雙方的轉速差。rdd/s；CM為電流和力矩的換算比例系數 ，N·m/A；i1T為電機在軋制中的電流穩定值，A；Mn為軋制力矩的穩定值，kN·m；p為角頻率(或圓頻率)，rad/s；t為時間，s；M12為連接軸中扭矩，kN·m。

可以看出，間隙越大，造成的轉速差也較大，扭矩沖擊也就越大，結合實際經驗，該尺寸原設計間隙較大，2015年9月上機的備件按照原來設計進行配裝，6個月左右即出現扁頭套襯板螺栓松動，斷裂，襯板與扁勢止口之間有相對移動的現象，因為此襯板為按照力矩要求一次性緊固到位，現場無法再次緊固到位，對使用產生了較大的影響。

考慮該配合間隙改為過渡配合390H7/k6，間隙縮小至-0.040～+0.053mm，如圖5所示，這樣可以適當縮小襯板和襯板安裝面之間的間隙，安裝時采用液壓千斤頂壓入的方式保證過渡配合、安裝尺寸。

圖5 修復改進的配合尺寸要求

5 修復前后的對比

修復前后的關鍵尺寸如表1。

表1 修復后關鍵尺寸對比

修復情況如6所示。

圖6 修復后的情況

該扁頭套應用在R2軋機下部位置，現使用正常，未出現襯板螺栓松動、端面定位環螺栓松動等現象，現場使用效果較好。

6 結論

(1)通過采用激光熔敷這一新技術、新工藝進行修復的扁頭套，雖然成本比傳統修復方式高些，但是現場使用性價比較高，下機的備件通過測量后，磨損量很小，綜合評估修復成本還是下降的。

(2)扁頭套襯板安裝，采取過渡配合的方式，保證襯板安裝的可靠性，延長了扁頭套整體在機的使用壽命，效果較好；對于扁勢面磨損較大的情況，可以不予堆焊恢復原始尺寸，依靠配做非標襯板來進行補償，并保證扁面的標準公差尺寸，也可以降低成本，起到良好的效果。

(3)扁頭套端部的磨損采取配做端部定位環的形式，可以有效的補償扁頭套端部的磨損尺寸，保證安裝尺寸，也可以省去磨損堆焊的費用，效果較好。

(4)借助于成功修復的新技術手段，在其他產線主傳動軸扁頭套得以應用。如股份熱軋廠1 880 mm粗軋機組、股份5 000 m厚板精軋機組、寧鋼熱軋1 780 mm粗軋機組等扁頭套，都收到了良好效果，摒棄了傳統修復方式。

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Discussion and application on roughing mill end yoke repairing technology

XIE Ming

( Hot Rolling Plant, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941,China)

Hot rolling mill main universal joint is the critical equipment for the rolling line, and it’s badly important to using and repairing the end yoke equipment. The traditional repaired end yoke offline had issues of cleading、inner hole abrasion and the flat potential surface wear，which shorten the serving life. This paper used a new laser welding technology to analyze and discuss the related dimensions match and restore the original dimensions，and the assembly process was optimized. The online usage effect is obvious，with the promotion of value.

end yoke; hole; laser melting coating; processing method

2016-11-15；

2016-12-09

謝明(1984-)，男，工程師，主要從事設備管理工作。

TG333

A

1001-196X(2017)02-0098-05