冷焊技术对机泵轴承箱内孔跑套的处理方法

郭卫洪

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

宁夏石化化肥三厂年产45 万吨合成氨80 万吨尿素装置是国内首套采用自主知识产权成套技术设计的大型化肥装置。由寰球工程公司与宁夏石化公司以工厂化EPC 总承包模式共担重任，通过对原引进技术的消化吸收再创新，汇集中国石油在化肥产业技术研发、工程设计、建设生产方面的优势资源，突破重大关键技术瓶颈，实现了化肥装置从工艺技术设计到关键装备研发制造的国产化，设备国产化率达到99%以上，并取得一次开车成功。但自开车以来，多台机泵振速超标，不能达到要求机泵振速运行在B 类区间的标准范围。故而对机泵采用了全方位的降低振速的措施，包括更换轴承、轴弯曲检查、对中检查以及叶轮动平衡的检测等。后排查发现在排除了影响振速的诸多因素后，最终影响振速的原因是多台机泵存在轴承箱内孔与轴承外圈配合间隙过大即俗称跑套现象。决定采用冷焊技术对多台机泵轴承箱进行了处理。本文给出了冷焊过程中需要注意的特定步骤和处理方法。

1 修复方案的选择

通常机泵轴承箱跑套的处理方式有镶套、堆焊、热喷涂、刷镀等处理方法。由于机泵轴承箱内孔有回油槽、定位胀环、轴承箱内壁较薄如镶套会造成轴承箱强度降低，故否决了镶套的方法。轴承箱一般均采用铸铁材质，焊接性较差，如对轴承箱内孔堆焊，极易产生裂纹，影响泵的运行，并带来安全隐患。化肥三厂尿素装置P3801A 碳铵密闭排放回收泵轴承箱内孔跑套首次处理采用堆焊技术，导致轴承箱内孔变形，支口失去基准以致后期安装无法保证轴与泵体同心度就是典型例子。而热喷涂及刷镀附着层较薄且因为是铸铁材质，母材与焊材结合效果差。因此本文推荐使用冷焊技术对轴承箱内孔进行修复[1]。

2 冷焊工艺的确定

2.1 冷焊设备的选择

冷焊机原理是利用充电电容，以10-3～10－1秒的周期，10-6～10－5秒的超短时间放电。电极材料与工件接触部位瞬间会被加热到8 000～10 000℃，等离子化状态的熔融金属以冶金的方式过渡到工件的表层。

冷焊机在国际上叫 ESD（Electro Spark Deposition），是由苏联的专家应用类似于放电加工机（Electro Discharge Machining）的电路原理研究开发出来的。主要用途是使用高硬度的碳化钨等材料对模具/金属表面进行涂层加工，提高耐磨性，耐热性，耐烧粘等性能。焊接过程中能够产生类似脉冲的柔和的电弧，对各类铸铁母材的热影响非常小，特殊的脉冲电弧能够清除各类铸铁表面的杂质，甚至对于油污和长期油浸的铸铁件的焊接也具有很好的渗透性而不会产生气孔或者夹杂，而热影响区硬度不会变得非常高，利用冷焊工艺焊接的成型焊缝具有非常优秀的抗裂性，能够应对各种恶劣的母材环境。故本文推荐使用冷焊技术对轴承箱内孔跑套作为优先选择处理方案。通过此方案，先后对化肥三厂P3801A 碳铵密闭排放回收泵、P3401A 第二吸收塔给料泵、P3642B 粉尘回收补充水泵等机泵做了处理，振速由4.7 mm/s 降至1.5 mm/s以下，效果良好。

2.2 轴承箱内孔的表面处理

解体机泵，拆除轴承，用卡簧钳取掉轴承箱内的定位卡簧，首先用洗油对轴承箱内孔进行清洗，去除油污及杂质。然后采用丙酮或采用气焊火焰进行加热对轴承箱内孔表面进行脱脂处理，以便提高冷焊的焊接质量。

2.3 轴承箱的同心度检测和中心的定位

测量机泵轴承箱驱动侧内孔尺寸，上数控机床加工机泵卡具，配合间隙0～0.01 mm。车好卡具后将泵壳装在卡具上，然后将百分表架在加工中心的刀具上检测泵体支口端面和圆周方向与轴承箱内孔的同心度是否存在偏差。

确认合格后，再加工泵壳支口卡具。卡具与壳体支口配合间隙仍然留0～0.01 mm。在卡具上装上轴承箱找出泵体中心，记下刀具X 轴Y 轴坐标，然后拆除轴承箱。此时，泵壳支口卡具仍留在加工中心上。开始采用冷焊技术修复泵壳。

2.4 轴承箱的修复

先将轴承箱内孔进行打磨去除表层金属。然后采用冷焊枪进行焊接。由于该焊枪采用的是脉冲式电火花放电，融化焊丝和母材结合。热变形极小。金属层覆盖厚度在0.20～0.35 mm 即可（见图1）。

图1 冷焊后的表面成型情况

冷焊修复完毕后按照卡具示意图安装泵壳到数控加工中心的卡具上。对刀按照之前的坐标进行，并用百分表对端面进行找正，保证泵体与卡具同心。误差[2]控制在0.00～0.02 mm。然后对轴承箱内孔进行车削加工。此处内孔加工尺寸按照轴承外径尺寸进行。比如NSK7310BDB 角接触轴承，外径为φ110 mm，加工尺寸可以给到φ110-φ（110-0.02）mm。加工完毕后可以对轴承箱内孔壁进行无损探伤检测。安装轴承时，复核轴承箱内孔与轴承外径尺寸。内孔可用量缸表测量，轴承外径采用外径千分尺测量。因轴承箱内孔和轴承外径尺寸配合为过度配合，为了防止安装轴承时，因敲击轴承外圈造成轴承损坏，需要对轴承箱壳体进行预热，使得泵壳产生热膨胀，轴承箱内孔尺寸会膨胀0.03～0.05 mm，轴承箱内孔与轴承外径尺寸会产生间隙配合，这样安装会容易得多。加热轴承箱的方法可以采用热水浸泡或采用烘箱加热，温度控制在60℃左右即可。

3 结语

此种方法通过现场机泵运行半年观察后，振速一直运行在A 区（1.8 mm/s 以下），获得良好的效果，大大减少了检修周期，节约了检修成本，产生了可观的经济效益。冷焊技术修复的关键点在于堆焊要厚度均匀，加工找正的误差不能大于0.02 mm。