大型磨机中空轴多裂纹的焊补

摘 要：文章是一起磨机故障修复的经验总结，磨机一直运转正常，到备件更换时仍然处于平稳运行状态，得到了一致好评。

关键词：大型磨机；中空轴裂纹；焊补

1 前言

某厂一台φ3.8*13m球磨机，运转12年，突然发现磨机跳动变大，中空轴处漏油，轴瓦温度上升，于是立即停机开盖检查，原来中空轴在120°范围内出现3条裂纹，如示意图，其中最长的一条接近1m（图中b），其余两条分别接近）800mm（图中a），600mm（图中c），而且呈贯穿性裂纹，转动时周向跳动达到1.5mm，这是引起轴瓦温度上升的主要原因，如果继续运转，将带来烧瓦，甚至中空轴断裂的严重后果，处理的办法最好是立即停机更换中空轴，但工厂无备件，新的备件从制模铸造到加工，工期最少一个半月，而生产任务又非常紧急，经办公会研究决定，一方面迅速联系厂家制作备件，另外着手进行现场裂纹补焊，争取达到磨机正常运转条件：磨机周向跳动0.5mm，最大不超过1.0mm。

2 焊接性分析

根据设备出厂资料，中空轴为ZG25材料制成，筒体部分 （产生裂纹部位）直径1600mm， 壁厚90mm，材料的焊接性能优良，但因为壁厚较大，易出现三维应力，补焊时应该采取预热措施，以防止焊接焊接裂纹出现；但结构因素限制，如果整体预热，肯定不现实，局部预热焊接，则有可能因为受热不均匀导致焊接变形过大，最后可能出现裂纹焊补好了，但变形大，磨机仍然无法运转，通过技术碰头会决定，控制焊接变形是主要目标。

3 焊接方案制定

以控制焊接变形为主要目标，裂纹补焊时采用不预热焊接工艺；冷焊采用小规范多层多道焊，注意锤击底层焊缝释放应力；因为该中空轴补焊主要应付目前生产，预期使用寿命3个月，裂纹焊补不需要补透，但焊接厚度不得低于壁厚80%；采用CO2焊接，尽可能减少焊接变形，为保证质量，采用药芯焊丝ER50-1作为填充材料；以横焊焊接方法为主，挑选具备丰富焊接经验的焊工实施焊接，保证焊接质量；制作一块标准样板，焊接过程中随时注意检查变形情况。

4 焊接实施

4.1 清洗

用磨机慢转控制旋将中空轴转至裂纹处于水平位置，便于横焊焊接；然后彻底清洗内外表面油污。

4.2 止裂孔钻削

着色检验，找出裂纹内外端头位置，注意分析裂纹走向，在其延伸方向距裂纹头20-30mm处钻出φ8-10止裂孔，如果内外走向不一致，必须内外均钻止裂孔，防止分叉裂纹向未钻止裂孔方向扩展；

4.3 坡口制备

采用碳弧气刨开坡口，这是一道非常关键的工序，为了控制变形，每条裂纹必须分段刨出坡口，由于裂纹条数多，从裂纹b开始，必须兼顾裂纹a，c，具体执行方案为：

最长裂纹b分5段，先刨B3，然后焊接B3内外焊缝，内外均要求对称施焊，但内外均要求留10mm左右不要一次填满；

裂纹b的B3段处理完，就要开始处理裂纹a和c，a和c裂纹至少分3段，方式和裂纹b一样；这样处理的最大优点，当焊补裂纹b时，因为焊接应力作用，加上3条裂纹距离较近，必然会影响裂纹a和c，而裂纹a和c处于完全开放状态，因刚度太小，可能引起错口，只有当焊接裂纹b的B3段后，马上将裂纹a和c的中间段也补好，增加了连接刚度，这样对防止产生裂纹错口带来很大好处；

气刨的坡口必须光滑，不得有夹碳，不慎夹碳，必须用磨光机或钢丝刷清理干净；

坡口形式及坡口填充焊接顺序示意图

注意填充时从内部开始，必须对称填充，即内部先焊接3-4层，就需外部焊接2-3层，

4.4 刨焊顺序

以裂纹b为例，顺序为B3→B1→B5→B2→B4，注意不得将一条裂纹一次处理完，这样裂纹未刨开部位可以支撑防止出现过大收缩变形。

4.5 焊接工艺参数及工艺措施

为保证焊接质量并控制焊接变形，焊接工艺参数规定如下：

焊接电流：120-150A

焊接电压：24-28V

CO2气体流量20L/min

采用多层多道焊接，每焊接一道，用圆头小凿子轻击焊缝表面致产生麻点，再焊接下一道；道间温度控制在50℃左右，即用手摸不至于烫手再焊接后续焊缝。

对此类较深坡口（板较厚）又不能开较大角度的焊缝焊接，一般推荐采用加长窄喷嘴进行焊缝填充，如果用标准喷嘴，难以伸到根部导致焊丝伸出过长，电弧不稳，焊接质量难以控制，而采用焊条焊接，一是熔渣难以清理干净，再则焊接变形较大。

4.6 盖面焊接

分段处理裂纹时，注意用样板检查中空轴的圆度变形，如果一切正常，则进入到盖面焊接。

盖面焊接采用先焊接内焊缝，后焊接外焊缝的顺序，因为圆筒型构件内缝焊接时产生变形较小，如果筒体已成外棱角，则先焊接外焊缝。

盖面焊为减小变形，采用分段退焊工艺，焊接参数与前述一致，层（道）间温度仍然要控制好。

4.7 止裂孔焊接

止裂孔在裂纹补焊时，一直留着不焊，等所有焊缝全部焊接完成，再内外补焊止裂孔，补焊深度6-8mm即可。

4.8 其它措施

对于中空轴裂纹等构件，由于运转时间相当长，材料可能有疲劳现象，同时裂纹处的拘束度都非常大，这样常常在焊接根部的1-2道焊缝时容易出现裂纹，为此选用延伸率比较高的奥氏体填充材料就比较理想。本次维修过程中我们底层焊缝均采用了ER308L不锈钢焊丝填充，效果非常理想。

5 焊接效果

该中空轴3条裂纹按上述工艺，经过3天焊接完成后，用角向砂轮打磨，油石抛光，经空车运行，中空轴的周向跳动0.9mm，满足运行条件，于是空车运行8h后加50%负荷，运行一个班，油温和其它控制系统均显示正常，再满负荷工作。

经该工艺修复后的中空轴，在磨机上正常运转了3个多月，直到备件回厂才按计划进行更换，说明此次维修是比较成功的。

6 经验总结

根据当时对磨机中空轴裂纹的分析及现场实查，裂纹的发源地均为其内部零件（进料锥筒）固定焊角焊缝处，因为焊接时出现较大咬边，在高速长期满负荷运转时形成裂纹源，随时间推移而产生扩展，差点形成大的设备事故，所以安装工作中控制焊接质量是非常重要的。

参考文献

[1]李亚江，张永喜，王娟.焊接修复技术[M]北京：化学工业出版社，2008.

[2]曾乐.现代焊接技术手册[M].上海：上海科学技术出版社，1993.

作者简介：张运孟（1965，12-），1985年毕业于沈阳冶金机械专科学校焊接专业，2005年毕业于湖北工业大学机电工程专业，先后在大冶特钢、华新水泥担任焊接工程师职务，现就职于黄石聚达电力设备有限公司，继续担任压力容器焊接工程师。