立磨減速機輸出軸花鍵及相配合的齒套齒面磨損、裂縫及局部斷裂等問題，拆裝更換費用較高，通過在線堆焊對其進行修復既做到了節(jié)約資金又達到了正常使用的效果。

　　一、 概述

　　我公司二線原料立磨為1996年引進丹麥史密斯的ATOX. R-50型立磨，立磨減速機型號TTVL3980A，輸入功率4000KW，輸入轉速 995r/min，速比1：40.36，其結構示意圖見圖1。

　　立磨減速機輸出軸花鍵及齒套齒面長期使用出現(xiàn)較大程度損傷，共計72套齒齒面均存在2-3mm磨損，從而導致配合出現(xiàn)約3mm 的相互錯位移動，配合間隙超標，且花鍵齒已斷裂或裂縫共計10處(見圖2、圖3)，齒套齒斷裂或裂縫共計16處，綜合隱患大，嚴重影響設備安全正常使用。

　　此減速機為史密斯ATOX50立磨首批配套減速機，屬平行軸式結構，整體體積及重量較大，整體抽出進行解體更換損壞輸出軸難度極大，且修復工期長、費用高，同時對各級齒輪嚙合調(diào)整恢復技術風險大，綜合分析決定對減速機輸出軸花鍵齒實施現(xiàn)場堆焊及工裝專用銑床修形修復，齒套齒離線熔敷及機加工修復方案。

　　二、修復方案設計

　　(1) 對于減速機輸出軸花鍵齒面進行現(xiàn)場手工堆焊，需對部件進行預熱及保溫等，根據(jù)減速機相關圖紙核實，輸出軸下部裝配組件含有上軸瓦、大齒圈及下軸瓦，花鍵焊接預熱及保溫熱量傳導到上軸瓦位置，輸出軸在此部位的熱膨脹量可能會損壞軸瓦、存在輸出軸熱膨脹損壞軸瓦的風險，下部大齒圈及下軸瓦組件遠離花鍵修復區(qū)，必要時可以通過冷卻手段控制下部大齒圈及下軸瓦組件與輸出軸的溫度，不至于因為溫度過高導致軸瓦燒毀的現(xiàn)象發(fā)生，最終釆取將減速機整體抽出至立磨殼體外部，對減速機輸出法蘭、輸出軸上軸瓦進行拆除已解決熱量傳遞造成軸瓦損壞的問題，亦可增大現(xiàn)場修復的操作空間。

　　(2) 減速機輸出軸母材材質(zhì)為30CrNiMo8 (原圖紙標注)，可焊性較差。經(jīng)綜合分析，決定釆用藥芯焊絲氣體保護堆焊，焊接質(zhì)量控制重點包括：①堆焊材料選用梯度材料，即過渡層+工作層方式;②修復時釆用雙人對稱焊接以控制焊接變形;③釆用超高能高頻 消應力方式逐層去除焊接應力。

　　(3) 減速機輸出軸花鍵齒共計72個，除部分齒斷裂或裂縫外，每個齒工作面磨損約 2-3mm，堆焊后的修形工作量大，同步必須保證齒位及齒廓等齒形的修復精度，經(jīng)多方面研究，釆取對此花鍵齒修形研制組裝專用小銑床，安裝固定在輸出軸頂部，對72個齒實現(xiàn)現(xiàn)場機加工方式，不僅可保證齒形精度，還可提高工作效率，一舉實現(xiàn)技術創(chuàng)新及難點攻關。

　　(4) 對于相配合的齒套，在減速機輸出法蘭拆除后，再行單獨拆除，在上述期間實施離線激光熔敷及機加工修復方案(以下不再贅述)。

　　三、輸出軸花鍵齒面焊接工藝

　　1.減速機輸出軸母材材質(zhì)分析：

　　1.1.母材化學成分見表1

　　1.2.碳當量

　　母材30 CrNiMo8鋼系中碳調(diào)質(zhì)高強鋼，鋼的Ceq值高達0.95%，可焊性較差，當Ceq≥0.4，冷裂紋敏感性將增大，焊接時容易產(chǎn)生焊接裂紋和淬硬組織。

　　2.母材可焊性分析：

　　2.1.熱裂紋

　　母材金屬中含碳量高，結晶溫度區(qū)間寬，容易出現(xiàn)偏析，因此對結晶裂紋比較敏感，焊接時容易在弧坑及焊縫中凹下部位開裂。為防止產(chǎn)生熱裂紋，要求釆用低碳鋼焊絲，一般焊絲中含碳量在0.15%以下。

　　2.2.冷裂紋

　　母材的成分和淬火透性，都決定了它在快速冷卻時極易得到對冷裂紋很敏感的淬硬組織。焊接時為防止冷裂紋必須提高預熱溫度，焊后及時進行去應力處理。

　　2.3.焊接材料選擇

　　根據(jù)母材的化學成分、力學性能、焊接性能，焊材的選擇應保證其力學性能，且不應超過母材的抗拉強度上限，綜合考慮選用焊接材料牌號：過渡層(NiMo11G)、工作層(Fluxofi142)，焊材熔敷金屬化學成分見表2、熔敷金屬力學性能見表3：

　　2.4.堆焊后硬度匹配

　　母材硬度HB270，F(xiàn)luxofi142焊材堆焊后硬度HB266，可用于堆焊承受載荷大的花鍵齒面。

　　3.焊接工藝：

　　3.1.焊前準備

　　(1)PT探傷，確定裂紋走向及位置;

　　(2)氣刨前，待刨部位預熱80-100°C，保溫0.5小時。氣刨要平整，邊緣處要圓滑過渡，氣刨成U型坡口形式，打磨徹底清除滲碳層;

　　(3)將花鍵齒面用角向砂輪機整體打磨1. 5-2mm，去除硬化層;

　　3.2.焊接

　　(1)預熱：焊前預熱采用局部加熱方式，加熱裝置釆用LWK-180型電加熱溫度控制設備，用履帶式加熱片局部加熱待焊部位，加熱片外包覆硅酸鹽保溫材料。工件預熱溫度≥350℃，并持續(xù)保持，焊接層間溫度不低于預熱溫度;

　　(2)焊接方式釆用混合氣體CO2氣體保護焊，混合氣體：80%Ar+20%CO2;

　　(3)為防止工件變形，雙人對稱操作，焊接時需采用小線能量的方式焊接，斷續(xù)焊，焊接電流90-110A，單層焊道不大于2mm;

　　(4)焊接工藝參數(shù)：過渡層焊接I=90A-110A , U=20V-22V;工作焊接I=120A-150A，U=22V-24V;

　　(5)釆用超能高頻消應力設備逐層消除焊接應力，防止裂紋萌生同時控制焊接變形。通過超能高頻消應力處理，能夠消除焊趾處的微小裂紋及熔渣缺陷，降低焊趾處應力集中，同時產(chǎn)生理想的壓應力狀態(tài);

　　(6)焊接時，注意與母材充分熔合，同時，隨時觀察是否存在氣孔、夾渣等焊接缺陷，若有，及時清除。

　　3.3.焊后熱處理

　　焊接后熱處理溫度控制見圖4;

圖4焊接后熱處理溫度控制

　　四、花鍵齒形在線加工及裝配研磨

　　根據(jù)現(xiàn)場空間，將專用銑床設備經(jīng)過調(diào)整現(xiàn)場加工齒面(見圖5),將銑床固定在軸中心位置，用百分表的針頭靠近花鍵齒齒根位置(此位置未焊接，原始形狀)調(diào)整好后，提前按圖線切割制作寬體齒形樣塊進行齒形梯度檢查，同步進行磁粉探傷檢查，不得有裂紋、未熔合、夾渣等缺陷。

　　加工完成后，對已離線機加工完畢的齒套及輸出軸花鍵齒面涂抹紅丹粉，進行手工配研，同時使用手動盤動減速機輸入軸使花鍵軸與花鍵套貼合，此時使用塞尺測量間隙，使整體齒面配合與原始安裝要求相近。

圖5調(diào)整后的銑床

　　五、修復效果

　　立磨減速機輸出軸花鍵齒修復完成后，經(jīng)探傷檢測無缺陷，表面硬度值與原齒面硬度值相近(原始母材硬度HB270，堆焊后硬度HB266)，花鍵齒與齒套配合間隙與原始安裝間隙相差不大(見圖6、圖7、圖8)。立磨目前己正常投產(chǎn)運行一年，檢查各齒面無磨損及裂紋，齒面配合間隙正常，符合生產(chǎn)使用要求。證明立磨減速機輸出軸花鍵齒面修復成功。

圖 6 花鍵修復完成圖