球磨机大齿轮断齿后修复焊接工艺

球磨机大齿轮断齿后修复焊接工艺

1 概述

某电厂300MW#2机组配备的是沈阳重型设备厂生产的钢球磨煤机，球磨机型号为BBD4062型，投产不久后，发现该机组D球磨机振动异常，A修解体检修过程中发现其大齿轮断裂一齿，其断裂长度达450mm，最大断裂深度达75mm。该磨机大齿轮选用的钢材为ZG35CrMo，这类钢导热系数小、热膨胀系数大，焊接性能较差，焊后残余应力很大，容易产生裂纹。球磨机大齿轮断齿在电力、化工、冶金等使用钢球磨机的行业来说都比较普遍的设备缺陷，但行业内部各企业本身却没有对断齿进行修复的技术能力，主要采用更换齿轮或委托给专门研究焊接工艺的厂家进行处理的方式解决，不论是换齿轮还是外委修复，价格都比较昂贵。某电厂检修人员在#2机组A修中对球磨机大齿轮断齿进行焊接修复取得成功，不但保障了A修工作的顺利结束，为生产顺行提供了有力支撑，还掌握了球磨机大齿轮断齿修复这个国内钢球磨机普遍存在的技术难题的解决办法，通过用技术解决难题，取得了宝贵的检修经验。

图1：断齿情况

2大齿轮裂纹原因分析

根据光谱分析发现大齿轮所用材质为ZG35CrMo钢,焊缝影响区内，产生问题的原因是：铸造工艺不当造成应力集中，再加上球磨机本身承受的是重载荷，大齿轮转动过程中受较为复杂的应力，从而使大齿轮在运行中产生裂纹或断裂。

3 焊接性分析

该磨机大齿轮选用的钢材为ZG35CrMo，其碳当量计算值位CE=0.708%。当CE＞0.4时，焊接接头的淬硬倾向很大。另外，这类钢导热系数小、热膨胀系数大，焊接性能较差，焊后残余应力很大，容易产生裂纹，且限于现场条件，无法用履带式加热器等常用机具进行焊前预热及焊后热处理工作，根据现场条件，为了

获得力学性能合符要求的焊缝，选择适当的焊接材料，采用冷焊法对齿轮进行修复。

4 焊前准备

准备碳弧气刨工具一套、逆变焊机ZX400型一台、磨光机一台、内磨机一台、着色探伤剂一套、手工电弧焊工具一套。

4.1铲除裂纹

用碳弧气刨把裂纹刨掉。注意：必须在刨一点后待其冷却后再继续刨，平均温度应小于100℃，碳弧气刨时由操作者在熔池中观察裂纹的走向而跟踪直至裂纹全部挖尽为止。最后还要用着色法检查，确认裂纹彻底清除。

4.2焊接坡口的制作

坡口制备：在挖裂纹时就要考虑坡口的形状大小，在保证彻底清除裂纹的情况下应使坡口尺寸尽量小，无尖角、死角，以利于焊接，必要时用内磨机修磨。坡口及坡口边缘两侧15～20mm范围内应打磨出金属光泽，确保补焊质量。

5 焊接材料的选择

6 工艺难点分析

随着碳当量值的增加，钢材的焊接性会变差。当CE值大于0.4%～0.6%时，冷裂纹的敏感性将增大。另外焊条涂料成分内的有机物、涂料矿物成分含有的结晶水，以及硅酸钠、硅酸钾等粘结剂内含有的化学水分，接头表面的潮气、油脂、污垢、锈斑，大气中的潮气都是焊缝中氢的来源。这些氢源在焊接过程中变成溶解氢并且在随后的冷却过程中向焊缝金属及其附近的母材扩散，使焊缝塑性下降。氢与焊接应力联合作用成为产生裂纹的主要原因。

7 焊接难点采用的解决办法

针对在焊接过程容易出现的问题，采取了如下措施以保证焊接质量：

7.1严格按照焊条的使用说明书对焊条进行烘干，并将其放在恒温150℃的保温桶内备用。

7.2采用小电流弱规范进行焊接。

7.3采用分段跳焊法。

如焊缝较宽，每层需多道焊时，焊接顺序应按图1所示，按1→2→3→4→5（如图2）顺序依次进行操作，后敷的焊道应压敷前一焊道宽度的1/4~1/3。

图2焊接顺序图

7.4每一段焊接结束后及时进行锤击，以消除焊接应力。

8 焊接操作工艺

8.1在保证熔化良好的情况下尽量选用小电流焊接。一般选用90～115A。

8.2焊条不作大的横向摆动。使用规格为φ3.2焊条时，摆动宽度≤8mm。

8.3每一层应焊成中间凹两侧高，使每层冷却时有一个弹性延展面。

8.4起弧和收头应错开，避免重合在一起，表面不可高于母材。

8.5为降低补焊区的收缩应力，改善焊道金属组织，宜配合捶击工艺，并且该道工序应与补焊衔接紧凑，即每焊一道，随时锤击焊缝。

图3：断齿修复后

8结束语

焊接修复后，着色探伤未发现有裂纹缺陷，硬度值符合要求。裂纹处理完后恢复运行，检查周期经过从一天、一周、两周、一月、三月、半年逐渐延长，缺陷处理部位一切正常，振动在0.05mm左右，无异音，修复的齿未出现断裂，大齿轮的修复取得成功。

从经济性来讲，更换单台球磨机大齿轮购买和安装约120万元。更换时间加上设备采购时间，按半年时间计算，300WM机组在半年大约2/3时间满负荷运转（考虑中调调峰），而单台球磨机最大可带负荷8万KW，那么每小时少发8万KW，30天就少发5760万KW。提高了机组的经济性和可靠性。处理裂纹的材料费用不足2000元，我们认为这种偿试是值得的，处理工艺值得总结。

在电力生产过程中，各种设备、部件由于其出厂生产时采用的工艺以及在实际工作环境中的使用工况等因素，会出现这样那样的问题，出了问题并不可怕，关键在于能够针对问题制定完善可行的方案。通过本案例，为类似设备问题累积了丰富的经验。