摘　要：采用代用材料及冷焊法对磨煤机变速箱高速轴断裂部位进行了修复，较好地控制了焊接变形。通过机加工基本消除了焊接变形的影响，设备运转正常。为今后进行轴的焊接修复工作摸索了成功经验。
　　关键词：变速箱高速轴；代用材料；焊接变形
　　0　前言
　　华能德州电厂#6锅炉容量为2209T/H，其磨煤机变速箱由德国Friedr公司设计、制造，在正常运行中磨煤机变速箱高速轴突然发生断裂失效。由于无事故备品且加工新轴需要很长的周期，为尽快使设备恢复运行，我们采取对旧轴焊接修复的方法以解燃眉之急。通过采用代用材料对断裂部位进行焊接修复，并安装使用，效果较为理想。
　　1　断裂情况介绍
　　变速箱高速轴通过联轴器与电机相连接，电机功率为1540kW，转速993r/min。断裂发生在变速箱高速轴安装冷却风扇的部位，该处轴的直径为125mm。从高速轴断口宏观初步分析，属于疲劳脆性断裂，断口形貌见图1，图2。 　　2　高速轴概况
　　2.1轴的材料性能及焊接性能
　　该轴材料为德国17CrNiMo6高强钢，且经过渗碳及调质处理，材料的焊接性很差，不宜进行焊接。材料化学成分及性能见表1和表2。 　　2.2原始数据测量
　　（1）断裂位置距轴肩46mm，轴的结构见图2。
　　（2）变形测量：通过测量轴的径向跳动，发现轴存在轻微弯曲变形，主要在轴径A、B位置（A：径向跳动0.08mm，B：径向跳动0.04mm）。
　　（3）硬度测量：轴表面布氏硬度为296～316HB。
　　3　修复工艺
　　3.1修复方案
　　按照设备使用技术要求，径向跳动≤0.03mm时可正常运转。从轴的测量数据分析，断轴已经发生轻微变形。所以，焊接的关键：是纠正断裂引起的变形并尽量减小焊接、热处理产生的焊接变形；第二是保证焊缝的内在质量。
　　为消除焊接变形的影响，联轴器侧拟采用留有较大加工余量的代用材料。代用材料应当使用相同牌号或性能相近的材料。通过机加工消除焊接变形的影响，以确保轴的精度要求。为便于轴的对接施焊，在轴断裂相接的两侧机加工出以轴线为中心的<40mm×100mm的中心孔（经过强度计算，在轴的中心加工<40mm×200mm的中心孔不影响轴的使用）。具体修复工艺如下：首先将旧轴（斜齿轮侧）上车床找正中心，中间使用支撑架。用45钢加工的<40mm×200mm的芯轴将欲焊接的二部分连接在一起。在轴径A、B处安装百分表，用于测量轴的径向跳动。由于17CrNiMo6材料国内无法采购，因而联轴器端使用性能相近的20CrNiMo材料代用，代用材料尺寸为<165mm×480mm。代用材料的化学成分及性能如表3，表4。 　　3.2焊前准备
　　（1）机加工轴焊接端部为U形坡口，坡口角度10°～15°，U形坡口处R为5mm，钝边1.5mm，对口间隙2～2.5mm。
　　（2）用金相砂纸打磨轴接缝部位周围50mm范围内使之露出金属光泽，注意不要损害轴的表面。
　　（3）表面探伤检验补焊区不得存在裂纹。
　　（4）焊接前用远红外加热绳在部件两侧加热，将焊接部位预热至250℃，并在焊接过程中保持层间温度不低于150℃，但不超过200℃。
　　3.3焊接及检验
　　焊接方法选用焊条电弧焊，选用<2.5mm的MAGNA303焊条。焊条使用前进行100℃×1h烘干，装入保温筒中随用随取。焊接参数及技术要求:焊接时先用<2.5mm的焊条，电流选择65～70A，沿整个坡口表面堆焊一层，而后降低预热温度至200℃以下。之后用<3.2mm的焊条，电流选择75～85A，进行填充和盖面焊接。焊接时在车床上圆周转动施焊，注意接头错开，焊条不做摆动。焊接时对焊缝进行适当锤击，减小焊接应力引起的变形。焊后焊缝要和母材圆滑过渡，并高出母材2mm。当焊缝冷至150℃以下时立即对焊缝及热影响区进行400℃并保温1h的热处理，焊缝两侧的加热宽度每侧不小于50mm。着色探伤检测焊缝与热影响区不得有裂纹存在。焊缝进行超声波探伤，按照JB4730—94标准检验合格。高速轴焊接区域见图3。 　　3.4工艺控制要点
　　（1）定位焊对好口后，按照图4位置转动轴，测量轴A、B表面8个方向上的径向跳动。找出径向跳动Z大的位置，将轴转到水平位置区域，首先焊接一段，然后二人对称焊接。参照冷焊的工艺方法，多层多道，短段施焊，每次焊长度40～50mm停焊。焊缝厚度每增加15mm停焊，之后转动轴，测量A、B径向跳动，将径向跳动Z大位置转动至Z上部位置（图5中270°位置），先锤击，然后锤击焊缝其它部位。依次焊接，直至焊接工作完成。 　　（2）热处理加热时将轴径向跳动Z大点转动到Z上部，热处理保温完毕拆下保温材料及加热绳后在车床上低速旋转，测量A、B面的径向跳动，找准径向跳动Z大点，对准该点焊缝表面进行适当锤击。再次测量A、B面的径向跳动，直至将变形量控制在Z小范围。
　　（3）机加工时，以原轴的中心线为中心重新找正并加工，代用材料侧轴的机加工用顶针孔，将焊接变形控制在Z小范围。
　　3.5数据测量及安装
　　运转情况焊接及热处理后测量A、B轴径处的径向跳动数值为0.02mm，0.07mm。机械加工后测量A、B轴径处的径向跳动数值为0.01mm，0.02mm。焊缝区域的硬度数值见图5。 　　安装后满足间隙要求，轴运转正常。
　　4　结论
　　实践证明，对于变形量要求较小的轴类部件，采用一定尺寸富裕度的代用材料作为焊接端，并采用冷焊和反变形法对其焊接修复，然后用机加工消除焊接变形是一种较为有效的方法。对于价格昂贵的进口轴，此方法修复时间短、费用低，能够满足使用要求，是降低检修成本的好方法。目前，该轴已经连续运行半年，仍然运转良好，为发电厂今后进行轴的焊接修复工作摸索了成功经验。