堆焊修复风机传动轴断裂失效的原因

封小亮, 刘课秀, 李露水, 马 括

(广州特种承压设备检测研究院, 广州 510663)

轴杆是机械产品中最重要的零件之一，工作条件复杂，失效事故时有发生，失效形式也不尽相同，加工、热处理、表面处理、装配、维修等环节出现问题均可造成轴杆的早期失效[1-6]，而突发性失效事件将对企业造成重大的经济损失，并对人身安全构成严重威胁。

增厚堆焊是通过熔敷一定厚度的金属，修复机械设备工作表面磨损部分和金属表面残缺部分的一种方法[7]。堆焊常被用于轴类零部件的表面增厚处理，但涉及焊材选取、焊接电流、加热方式以及焊后机械加工等环节，因此堆焊件经常发生不同形式的失效问题。

国内某汽车厂在用的MITSUYA风机，因长期运行使用，该风机传动轴(简称风机轴)轴颈与套筒之间出现严重磨损，无法满足配合需求而会发生相互滑动，经表面堆焊修复继续使用几天后，风机轴出现早期断裂，其堆焊焊接工艺不详。风机轴材料牌号为S45C，制造与热处理工艺不明，风机轴出厂时间超过10 a，材料参数参考JIS G4051-1979《机械结构用碳素钢材》。经宏观观察初步判断断裂为多源疲劳断裂，为进一步确认失效原因，对断裂风机轴进行了宏观观察、化学成分分析、拉伸试验、硬度测试、显微组织观察和断口分析。

1 理化检验

1.1 宏观观察

风机轴断口位于轴颈与轴身的变径位置(轴肩位置)，断裂风机轴的宏观形貌见图1。经测量，风机轴轴身和轴颈直径分别为55 mm和60 mm，风机轴长度约为1 100 mm，取出轴颈套筒后发现横跨轴颈与轴身的键槽尺寸约为25 mm×8 mm×4 mm。……