胡 俊（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

大型回转类设备现场修复介绍

胡 俊
（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

激光修复是目前国内一种新型的表面处理技术，但基本上都需要将待修复设备拆卸运输至专业厂家进行修复。介绍了关于大型轴颈类设备由于运输困难、拆装工期长严重影响生产的情况下，提出并解决了现场激光修复的应对措施，在国内大型设备现场修复尚属首次，对大型轴颈类现场修复具有很好的参考价值。

主轴；激光；熔覆；支撑工装；加工工装

1 引言

贵溪冶炼厂选矿车间任务是处理铜冶炼闪速炉炉渣，回收炉渣中的铜。1#半自磨机于2007年投产，是选矿车间的核心设备。该设备每小时处理量达120t炉渣，设备自重加矿石和磨矿用钢球，总重量达350余t，设备运行时筒体内部物料产生偏心力及钢球抛落冲击力，因此，该设备运行存在很大的冲击变载荷。2011年11月份，1#半自磨机在运行时经常会出现周期性强烈震动，经解体检修出口主轴承座，发现轴承座有开裂、磨损，轴承外圈断裂，初步判断故障为出口轴承内圈与主轴过盈量不够，长期运行后造成它们之间相对运动，导致主轴过度磨损。若半自磨机故障停止运行时间过长，铜冶炼生产出的大量炉渣将无场地堆放，直接导致工厂降料或者停产。为了不影响工厂生产，临时采取在主轴上面粘贴铜皮来补偿主轴过度磨损部分，经过一段时间的运行，发现磨机又出现周期性强烈震动，解体检修发现铜皮出现移位、挤出现象，从2011 年11月至2013年底，共临时采取在主轴上面粘贴铜皮的检修4次，因此必须要寻找方法彻底解决主轴过度磨损的问题。因主轴与端盖是整体部件无法拆分，直径约7.5m，高3.5m，总重量约60t，体积庞大运输非常困难，拆除，运输，送维修厂家修复，安装等过程初略估计一个多月，显然无法满足生产上的要求。经过与国内多家单位咨询，选定其中一家实力强、愿意到现场采用激光修复的厂家。

2 激光熔覆原理及优点

激光熔覆是利用激光束聚焦能量极高的特点，瞬间将特殊金属粉末熔化，同时使基体表面微熔，激光离去后熔化的基体及金属粉末快速凝固，获得与基体为冶金结合的金属熔覆层，此种方式可恢复零件表面几何尺寸［6］。激光熔覆输入热能量极高（温度高达5500℃），但基材温度不超过80℃；故零部件熔覆修复后只产生小变形、微变形甚至无变形，这是其他表面焊接技术所无法实现的；熔覆层在基材表面产生微熔，属于冶金结合，结合强度高，不低于原基材的90%；激光熔覆技术可对局部失效或受损的部件基体表面进行性能和功能补偿，使该部件恢复甚至提升原有的性能和功能，大大提高和延长部件的使用寿命［5］。

3 激光熔覆工艺

按照不同的合金材料供应方式，能够将激光熔覆工艺分为同步法和预置法两类。

（1）预置法。

预置法是指在基材表面预先放置待熔覆的合金材料，通过高能激光束覆盖并辐照基材表面，让部分基材和合金覆盖层同时熔化，激光束停止辐照以后，熔化的基材和合金会迅速凝固，从而在基材表面产生一层熔覆层良好的冶金结合。预置法通过手工的方式在基材表面涂覆合金粉末，具有经济、简单、价格低廉等优点。将粉末用粘合剂调成糊状，在基材表面均匀涂抹，利用烘焙箱进行干燥，并完成激光熔覆。但是，该方法效率低、工作量大，无法保证涂抹的均匀。“预处理基材待熔覆表面—清洗、打磨—熔覆材料预置—预热—激光熔化—后热处理”是预置法的主要流程。

（2）同步法。

同步法是指利用专业的送粉系统为激光作用输送合金粉末，完成激光熔覆，合金材料和基体在激光作用下会一起熔化，形成熔池，当温度降低以后熔池中的熔融合金冷却结晶转化为与基材完全融合的合金熔覆层的方法。同步法具有工艺简单、易于实现、材料利用率高、自动化实现方便、可控性强等优点。相较于预置法，同步法更利于实现自动化和智能化的激光熔覆工艺，标志着未来激光熔覆工艺的发展方向。“热处理基材熔覆表面—激光熔化送料—后热处理”是同步法的主要流程［1］。本次激光修复采用同步法。

4 现场与返厂激光修复相比的难点和解决办法

（1）超大超重型半自磨机熔覆回转问题：若在激光修复厂家进行维修，激光修复利用工厂的超大型机床设备即可实现待加工部件回转，实现一次性不间断熔覆，可以精确测量熔覆厚度（控制加工余量），节约熔覆时所用的冶金粉末材料（价格昂贵）。但在现场不拆卸的情况下进行熔覆时，如何实现待修复件的回转是本次修复的难点之一。因半自磨出口主轴修复的过程中，原有轴承及轴承座必需拆除，并用四个液压千斤顶支撑并固定筒体，所以无法采用半自磨机配套的电机驱动旋转。然而在主轴修复过程中，又必须使半自磨机整体回转才能对磨损部位进行处理。为了克服半自磨机现场回转问题，专门设计制作了临时支撑工装（图1）代替原有轴承及轴承座。并提出改变熔覆工艺，采用分段搭接熔覆办法，加大加工余量（消耗的冶金粉末材料较多），使连续回转变为间断性回转，因而可采用现场行车提升筒体侧面，实现半自磨机按变更后的熔覆施工工艺需要实现间断性旋转。

图1 支撑工装

（2）主轴磨损表面车削去疲劳层加工及熔覆后精加工问题：若返厂修复，只需调整大型机床的进刀量能很好的保证主轴的圆柱度及加工精度。而在现场车削加工，首先因大型加工车床体积重量无法运输至现场，其次现场场地狭小，不具备安装超大型车床。因此为了实现狭小的现场工况专门设计制作了如下的加工工装，安装上驱动装置，就相当于车床。如图2所示。

图2 加工工装

（3）精加工时主轴同轴度的保证：返厂修复时利用机床的定位基准很容易保证加工尺寸及粗糙度等要求。而此次现场修复，通过使用两只百分表以圆柱体形式分布在待修复磨损部位两处损伤程度较小处进行粗调找中。直到粗调加工工装主轴轴线接近于筒体轴线。借用筒体另一端为安装基准，找中加工工装，以红外射线找中（加工工装主轴两端有同心小孔）。微调斜楔撑紧机构使红外射线同时穿过轴线及找中加工工装中心点。达到三点一线的目标。

（4）半自磨主轴1∶12的锥度实现：为了保证轴颈本身1∶12的锥度，将手动丝杆轴向行走（图2中的加工执行机构平行于轴部分）设计为1∶12锥度。使加工工装在车削加工过程中刀具轴向运动轨迹与中心轴轴线成1∶12锥度。

5 现场修复工艺过程

（1）设计制作的临时支撑工装支撑磨损端主轴，支撑工装端面安装辅助防窜动挡板。

（2）安装调整加工工装，粗车表面裂纹和磨损部位。

（3）车削疲劳层，确定熔覆层厚度尺寸（适当放大加工余量）。

（4）机器人进行激光熔覆，并用游标卡尺测量熔覆厚度［4］。

（5）达到需要熔覆厚度后进行探伤检测，要求无裂纹、缩孔及其他夹杂等缺陷［4］。

（6）以轴颈端盖端面为基准，安装加工工装，用24个M24固定螺丝和4个定位调节部件在内腔预张紧，使用斜楔机构调整做进一步的调整紧固。

（7）启动加工执行机构伺服电机，带动旋转切削铣刀，调整手动丝杆到切削位置；每一次径向走刀量控制在0.2mm。

（8）精加工后使配合尺寸的过盈量控制在0.90mm（原装过盈量为0.87mm）。

6 激光熔覆过程中应注意的问题

（1）确定选用激光熔覆材料的组成，使基体和熔覆材料性能要接近。通过加工前后对比可以观察到熔覆材料的抗氧化性、耐腐蚀性、耐磨性等性能优于基材［2］。

（2）尽量要求均匀、连续进行熔覆，抑制残余应力的形成和增强，减少或控制熔覆层裂纹产生。

（3）同步法熔覆基体表面, 粉末的固态流动性要好。熔覆材料的造渣、脱氧能力要强，熔覆涂层要均匀、平滑，基体和熔覆材料的湿润性要好。材料表面张力会影响湿润性和流动性，表面张力越小，流动性能越好［3］。

（4）半自磨主轴激光修复完成后，安装前在主轴激光修复部位涂红丹粉试装，通过试装轴承，保证轴承与轴的接合面。

7 结语

通过贵溪冶炼厂选矿车间1#半自磨机出口端主轴过度磨损部件的激光现场修复，解决了大型设备关键部件送外检修难、检修时间长的难题，保证了生产的连续性，为大型回转类设备现场修复取得了宝贵的经验。经过近三个月的运行观察，1#半自磨机运行的参数如温度和振动均在允许的范围内，本次检修达到了恢复设备的性能的目的。

［1］杨宁. 激光熔覆工艺及熔覆材料进展[J]. 铜业工程, 2012:2-3.

［2］杨永强, 田乃良. 激光熔覆高温合金及其应用[J]. 中国激光, 1995, 22(8):632-635.

［3］闫忠琳, 叶宏. 激光熔覆技术及其在模具中的应用[J]. 激光杂志, 2006, 27(2):73-74.

［4］关振中. 激光加工工艺手册[M]. 北京:中国计量出版社, 1998.

［5］陶锡麟, 潘邻. 激光熔覆用钴基合金粉末的研究[J]. 材料保护, 2002, 35(10):28-29.

［6］刘录录. 激光熔覆技术及工业应用研究进展[J]. 热加工工艺, 2007:1-3.

Introduction on Site Repair of Large Rotary Equipment

HU Jun
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Laser repair is currently a new surface treatment technology, but basically all equipment which needs to be repaired should be disassembled and transported to the professional manufacturer for repair. In this article, due to the transport difficulties, long term for disassembly which affected the production seriously for large shaft neck equipment, the measures of site laser repair are put forward and solves. It is the first time for domestic large-scale equipment repair on site, which has a very good reference value for large scale shaft neck field repair.

spindle；laser；laser cladding；support tooling；processing tool

TD453

B

1009-3842（2015）03-0075-03

2015-01-23

胡俊（1985-），男，湖北孝感人，本科，从事工程管理和预决算工作。E-mail:234442927@qq.com