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河南省史迪歐公司總經(jīng)理 楊鋼懷 原創(chuàng)
摘要 史迪歐公司通過對河南省某焦化廠高壓電機軸頭斷裂事故的處理，探索出了一種采用銷孔定位保護焊接的斷軸修復(fù)方法。本文對該事故原因分析、修復(fù)工藝制定、焊接加工過程、修后使用情況進行了詳細論述，對焦化廠電機軸頭斷裂時的緊急修復(fù)的工藝進行了總結(jié)。
關(guān)鍵詞 軸頭斷裂 銷孔定位 保護焊接 對接加工
0 引言
大功率高壓電機在運行過程中發(fā)生傳動軸斷裂，是一種罕見的惡性事故。由于大型電機更換傳動軸十分困難，訂購新的電機轉(zhuǎn)子周期長，每次電機斷軸事故的發(fā)生都會對生產(chǎn)產(chǎn)生嚴重影響。如何對斷裂的轉(zhuǎn)動軸進行緊急搶修，以應(yīng)對生產(chǎn)的急需，是修復(fù)行業(yè)的一個難題。我們通過對焦化廠煤氣風(fēng)機主電機的實際修復(fù)，成功的試驗出了一種傳動軸緊急修復(fù)的方法。
1 設(shè)備狀況分析
1.1故障現(xiàn)象
河南省某焦化廠一臺隔爆型三相異步電動機（型號為YB560M1-2、功率為630kw、電壓為6000V、轉(zhuǎn)速2985r/min），在運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)了較為異常的震動和溫度升高。停車檢查，沒有查到明顯異常，懷疑是電機轉(zhuǎn)子在動平衡上出現(xiàn)了問題。
1.1.1 當史迪歐公司技術(shù)人員對轉(zhuǎn)子解體，將轉(zhuǎn)子的冷卻風(fēng)機葉輪，聯(lián)軸器兩端軸承拆卸下來后，看到氣封位置有明顯的燒傷痕跡。
1.1.2 把靠近聯(lián)軸器端的軸承卸下后，發(fā)現(xiàn)該軸承靠近鐵芯處的軸肩處有一條非常細微用肉眼幾乎看不到的裂紋，經(jīng)過用直徑為0.1mm的探針檢查，測得該裂紋的深度約為20mm，用鐵錘試著對該軸頭進行輕微敲打，該軸的軸頭就徹底斷落下來。
1.2故障分析
經(jīng)過了解，這臺電機，曾經(jīng)由于軸承跑內(nèi)圓，軸承位磨損，該電機的軸承位被堆焊修復(fù)過。由于，在過去堆焊修復(fù)過程沒有制訂嚴格的修復(fù)工藝，造成了嚴重的焊接脆裂隱患，這是本次故障的主要原因。
2 修復(fù)方案
根據(jù)現(xiàn)場實際情況，1）沒有備用電機及電機轉(zhuǎn)子；2）定作新的電機轉(zhuǎn)子周期太長；3）焦爐的兩臺風(fēng)機僅剩一臺工作。必須在zui短的時間內(nèi)，對已發(fā)生斷開的轉(zhuǎn)子軸頭進行快速修復(fù)。
2.1采用方法 為消除焊接變形的影響，聯(lián)軸器一側(cè)采用留有較大加工余量的代用材料。代用材料應(yīng)使用性能相近的棒料，通過焊接、熱處理和時效處理后，再通過機械加工消除因焊接變形而產(chǎn)生的變性影響，以確保對修復(fù)軸的zui終精度要求。
2.2 選用材料 選用與主材成分相近的修補材料40Cr棒料。經(jīng)過化驗，該電機的主軸材料為40Cr，其主要材料成分（%）如下：
2.3 工藝要求 按照設(shè)備技術(shù)使用要求，該電動機轉(zhuǎn)子的軸向跳應(yīng)在≤0.03mm時可正常運轉(zhuǎn)。
防爆電機圖片 斷頭圖片
按照設(shè)備使用技術(shù)要求，該電動機轉(zhuǎn)子的徑向跳動應(yīng)在≤0.03mm時可正常運轉(zhuǎn)。而斷裂軸在運行過程中已經(jīng)發(fā)生輕微變形，主要在A、B位置，如（圖一）所示。所以在焊接修復(fù)時，既要糾正因斷裂引起的變形，又要盡量減小焊接、熱處理過程中產(chǎn)生的變形，還要保證焊縫的修復(fù)質(zhì)量。
（圖一） （圖二）
3 修復(fù)工藝
3.1焊接工藝
為便于對軸的對接施焊，先把靠近鐵芯處的斷口處切平，再在該處按（圖三）要求，機械加工出以軸為中心的Φ30H7×100的定位孔，并鉆出Φ5的排氣孔。在定位孔外側(cè)加工出10°-15°的焊接坡口，坡口處過度圓角，半徑為R5，倒角為1.5×45° 并按（圖二）中所示，增加一套新的定位裝置（其中包括四爪卡盤、中心架等），這是一個關(guān)鍵的工序，而且較為繁瑣。要由機械工人和技術(shù)人員一塊采用多種調(diào)整方法，盡量達到工件在修復(fù)完工后，徑向跳動量在合格范圍內(nèi)
（圖三）
其次，選一段Φ140×420的Cr40棒料，按（圖四）所示對40Cr棒料進行初加工，將焊接端加工出10°-15°的焊接坡口，坡口處的過度圓角，半徑為R5，倒角為1.5×45°。然后把初加工的軸頭與轉(zhuǎn)子上的定位孔進行對接。為保證兩工件的對接嚴實可靠，要先對轉(zhuǎn)子上的孔用氧氣乙炔火焰進行預(yù)加熱至200度左右。對接后保證其焊縫底部要留出6毫米的間隙。參看（圖二），以保證焊接底部焊縫的密實度。
兩焊接件對焊接前的的準備工作很重要。首先要對轉(zhuǎn)子加工出Φ30×100孔的部位進行探傷檢驗，在焊接區(qū)不許有以前留下的脆性裂紋。如發(fā)現(xiàn)裂紋要提前處理掉，以保證其修復(fù)工件的焊接質(zhì)量。焊接前用氧氣乙炔火焰在部件兩側(cè)加熱至200℃左右，并在整個焊接過程中保證其層間溫度不低于150度，但不得超過200度。焊接方法采用手工電弧焊，對所使用的Φ2.5和Φ3.2的857焊條進行100℃×1h烘干處理，烘干后迅速將焊條放入保溫桶內(nèi)，隨用隨取。
（ 圖四） （圖五）
對兩個焊接件的焊接過程要引起注意。首先用Φ2.5的焊條，沿整個坡口面堆焊一層，焊接電流為65—70A。然后在降低預(yù)熱溫度至200℃以下時，用Φ3.2的焊條進行填充和蓋面焊接。焊接電流為75—90A。進行整個焊接時，要求兩臺焊機，兩人在對面同時進行。這樣可以盡量縮小焊接件在焊接過程中的塑性變形。并采用多層、多道、短焊段的施焊方法，每次焊縫高度增加15mm時停焊。然后立即對焊接區(qū)進行適當錘擊，以減小焊接應(yīng)力對工件的變形影響。要做到依次焊接，直至焊接工作完成。焊好后要求焊縫與母材圓滑過度，焊縫必須高出母材2mm以上。當焊縫冷至150℃以下時，立即對焊縫及其熱影響區(qū)用氧氣乙炔火焰進行加熱至400℃，并保溫至少一小時的熱處理。焊縫兩側(cè)的加熱寬度每側(cè)不得低于50mm保溫，用石棉進行保溫。保溫結(jié)束后，對焊縫和熱影響區(qū)進行著色探傷。檢驗不得有裂紋存在。如發(fā)現(xiàn)沒有裂紋，選用碳弧氣刨沿裂紋處開U形坡口，再采用以上方法對其進行補焊及保溫處理。若無裂紋等缺陷發(fā)生，在常溫下放置3—4天時間。待到焊接內(nèi)應(yīng)力徹底消除后，再按（圖五）圖紙要求，對其進行zui終機械加工。
修后做動平衡 恢復(fù)運行
3.2機械加工
加工時首先用四爪卡盤和中心架對轉(zhuǎn)子進行找正，其在鐵芯處徑外的跳動量要≤0.03mm，然后對軸承位進行精加工，將中心架移至新加工完成的軸承位處，并找正至軸的徑向跳動小于0.025mm時，對軸端加工中心孔。中心孔加工完成后，用尾座頂尖頂牢，再進行找正。然后，按（圖五）要求，完成對軸的修復(fù)部位的zui終機械加工。
3.3動平衡校驗
電機轉(zhuǎn)子動平衡校驗是保證電機穩(wěn)定運行的重要措施。動平衡試驗報告數(shù)據(jù)如下：
不平衡量 初始 | 右相位：117 度 | 實測：126 克 |
左相位：151 度 | 實測：62 克 | |
不平衡量 剩余 | 右相位：205 度 | 實測： 2 克 |
左相位：299 度 | 實測： 2 克 |
4 使用效果
該電機經(jīng)過河南省史迪歐公司修復(fù)投運后，已經(jīng)正常使用了一年零三個月，目前，各項運行指標正常，筆者在投稿之前，又到現(xiàn)場對電機振動進行了測量，測得電機輸出端：垂直振動值1.8mm/s，水平振動值2.1mm/s，運行狀態(tài)優(yōu)良。
5 結(jié)束語
通過對這臺功率630 KW，型號YB560M1-2的隔爆型三相異步電動機轉(zhuǎn)子的緊急修復(fù)，使價值數(shù)十萬元的一臺報廢設(shè)備恢復(fù)到了完好設(shè)備狀態(tài)，為企業(yè)節(jié)約了資金；為企業(yè)恢復(fù)生產(chǎn)贏得了時間，減少了企業(yè)的經(jīng)濟損失。