辊磨磨辊轴焊接修复工艺

刘春，周建，王道强



辊磨磨辊轴焊接修复工艺

Welding Repair Technology of Roller Shaft in Roller Mill

刘春，周建，王道强

近年来辊磨磨辊装置维修量越来越多，原因各种各样，有的油封损坏漏油、有的轴承损坏磨辊无法正常运转。若维修不及时，继续使用将导致磨辊轴、轮毂等磨损越来越严重。磨辊轴、轮毂磨损到一定程度，需要对成套磨辊装置进行彻底维修，并更换配件，损坏严重的磨辊装置一般需返回生产厂家进行维修。磨辊装置维修需要进行的主要工作是维修轮毂、磨辊轴及更换轴承、油封、轴套等配件。维修中磨辊轴维修工作量最大，维修技术含量和成本也较高。我公司近几年维修了不少磨辊装置，也积累了一定经验，现将祁连山项目磨辊轴磨损维修方案阐述如下。

1　问题描述

祁连山项目生料磨TRMR53.4辊磨磨辊轴（MR5341.2-5）从现场运回徐州中材装备维修，其中圆锥轴承位φA1、圆柱轴承位φA2处磨损严重，出现大量沟槽。

该磨辊轴材质要求40Cr，调质处理，硬度≥240HB，总长度L mm，最小直径φ460mm，最大直径φ556mm，表面粗糙度最高要求1.6，轴承位同轴度0.025，具体见图1。

图1　辊磨磨辊轴

2　修复方案

2.1磨辊轴主要修复过程

由于该轴中间有φ60mm的通孔，在轴精车完后，需要转入后道工序深孔钻将φ60mm的通孔打出来，这样轴的两端中心孔便不复存在，给后续磨辊轴维修带来很大困难。该磨辊轴圆柱轴承位φA2，磨损较严重，轴承内圈抱死在轴表面上，且该轴承位有大面积凹坑，对该轴部位进行车加工去除直径3mm，小面积无法加工的地方，进行清理打磨，见金属光泽后进行堆焊处理；由于该轴的中心孔已被中间通孔取代，两端通孔同心度误差在0.5～5mm，即中心孔已经不存在，维修时无法使用中心孔，该轴的圆锥轴承位φA1与圆柱轴承位同轴度要求0.025mm，为保证两轴承位的同轴度，需要将圆锥轴承位φA1的外圆车加工去除直径3mm，一起堆焊处理；堆焊前要将该轴放在电加热炉中预热至200～250℃进行焊接，再保温8h以上，缓冷至常温；然后上机床车加工堆焊轴承位处，在上车床前需要做一件与φ60mm的通孔配合的堵头（装在直径φA1端），按照轴套φA3尺寸找正做中心孔后，上车床车加工轴承位至图纸要求尺寸。

2.2磨辊轴焊接性分析

该磨辊轴材质为40Cr，其化学成分见表1，机械性能分析见表2。

该材料含碳量高，抗裂性差，即焊接性能有限，有形成裂纹的倾向，用常规法补焊，在熔池及周围由于温差及温度突变，极易产生裂纹，达不到补焊要求。

2.3焊接材料的选择

为了保证磨辊轴的使用性能，焊接材料宜选择等强或弱强的高韧性材料，同时根据磨辊轴的实际使用情况及磨辊轴的磨损面积整体考虑，焊接材料选择用CO2气体保护焊焊接，焊丝选用ER50-6。其优点是电弧稳定、飞溅小、烟雾少、易脱渣，其熔融金属有很好的力学性能和抗裂性能。ER50-6焊丝化学成分及力学性能见表3和表4。

表1　40Cr锻件的化学成分，%

表2　0Cr锻件机械性能

3　具体工艺方案

3.1焊接修复工艺

3.1.1焊接前准备

（1）对磨辊轴进行全部清洗工作以去除轴表面油污、锈等脏杂物。

（2）对该轴的圆锥轴承位φA1和圆柱轴承位φA2（磨损严重）处上机床车加工单面2mm。在上C61100机床车加工之前，先做一件堵头（与中间直径60通孔配合）置于圆锥轴承位φA1端中间直径60通孔处，将其点焊在轴端处；然后上中心架选好位置，并对其进行调整，使其中心与卡盘、尾座顶尖处于同一中心上；机床四爪卡盘夹住磨辊轴直径φA4端，用中心架支撑轴套φA3处并找正其外圆，使主轴转动灵活，不能有卡滞现象，找好后将带堵头端中心孔打出来，然后用尾座顶住中心孔车加工轴承位φA1和φA2处，尺寸加工至φA1-4和φA2-4；若有个别处车加工不到，仍然带有凹坑，直接打磨见金属光泽即可。

（3）在磨辊轴两轴承位车加工好后，将该磨辊轴置于电加热炉中预热至250～300℃，然后施焊。

3.1.2磨辊轴两轴承位堆焊

（1）对两轴承位进行堆焊处理，单面焊高3mm。

（2）采用CO2气体保护焊补焊，焊丝选用ER50-6，焊接时应采用短弧、小电流焊接，层间温度控制在250～300℃，要求每焊完一层即打磨处理，并锤击敲打，以消除焊接产生的应力。在焊接时要对称焊接，以防变形将轴拉伸弯曲。焊接参数见表5。

（3）焊接注意事项。在焊接时电流尽量选用下限I=240A，用短弧法、热能密度高的焊接热源焊接，减少熔合比，降低焊缝中含碳量，减少裂纹倾向，同时在焊透的条件下，尽量用小线能量，以减少热影响区软化。焊接时各层的每道焊缝应用小锤进行锤击以减小焊接应力。焊接时每层焊缝的高度不宜过大，以≯3mm为宜。另外，焊接过程中每焊完一道后要清渣及锤击，及时发现缺陷并处理，焊后对焊缝进行超生波检查，要求无裂纹产生。

（4）补焊完成后，应将该补焊轴置于电加热炉中保温300℃8h以上，然后缓冷至常温，以避免因为氢扩散而软化轴组织结构。

表3　ER50-6气体保护焊实芯焊丝

表4　熔敷金属力学性能

表5　焊接参数

3.2磨辊轴补焊完经冷却至常温后车加工工艺

（1）将补好的磨辊轴直径φA4处用四爪卡盘夹住，顶住尾座端补焊前做好的堵头中心孔，按照轴套部位φA3处进行找正外圆。

（2）找正后对圆锥轴承φA1和圆柱轴承位φA2进行粗加工，圆锥轴承位尺寸车加工至φA1-1，圆柱轴承位尺寸车加工至φA2-1；然后对两轴承位进行精加工至图纸要求尺寸，为确保该磨辊轴轴承位的公差尺寸及表面光洁度，在精加工时留余量0.15～0.20mm，最后用砂带工装抛光处理至图纸要求尺寸及表面要求的光洁度1.6。

（3）车加工刀具材料的选择。刀具材料选用YT15硬质合金刀，主偏角选用75°～90°，前角选20°～25°，后角取2°～3°。实践证明，选择此种刀具集合参数，可有效减少振动和弯曲变形。

（4）切削参数的选择。

a切削速度

提高切削速度有利于降低切削力，但切削速度过大容易使轴弯曲，破坏切削过程的平稳性。因此在加工时，粗加工切削速度范围40～50m/ min，精加工切削速度范围50～60m/ min。

b切削深度

随着切削深度的增大，切削力及切削热随之增加，容易引起轴受力变形增加。在加工时，粗加工切削深度2～6mm，精加工切削深度 0.05～0.3mm。

c进给量

进给量增大会使切削厚度增加，切削力大，精加工时切削深度小，采用大进给量会提高零件表面质量，粗加工进给量0.3～0.35mm/r，精加工进给量1～3mm/r。

4　实际效果

通过采取上述工艺措施，最终将磨损严重的辊磨磨辊轴修复好，并发运到现场使用。按照以往经验，该磨辊轴若重新制作一件，从毛坯采购到加工完成，至少需要2至3个月时间，而采用这种工艺修复方案，在保证产品质量的同时，既节省时间，也节约资金，最为重要的是能确保水泥厂按期正常运转，将水泥厂的损失降到最低。

参考文献：

［1］费敬银.机械设备维修工艺学［M］.西安：西北工业大学出版社，2001.

［2］李亚江.特殊及难焊材料的焊接［M］.北京：北京化学工业出版社，2003.

［3］杜国华.实用工程材料焊接手册〔M〕.北京：机械工业出版社，2004.

中图分类号：TQ172.632.5

文献标识码：A

文章编号：1001-6171（2016）01-0037-03

通讯地址：徐州中材装备重型机械有限公司，江苏 徐州 221131；

收稿日期：2015-04-27； 编辑：赵 莲