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車間通風設施方案_利用激光熔敷技術修復齒輪軸綠洲羅茨風機的安
摘要：簡述了用激光熔敷技術修復嚴重腐蝕磨損的齒輪軸。簡要介紹了激光熔敷技術和特點，修復后的檢測運行結果證明，使用該工藝方法達到了預期的效果。
關鍵詞：齒輪軸 激光熔敷 修復
中圖分類號：TG174文獻標識碼：B
文章編號：1006-8155（2006）06-0030-03
Gear Shaft Repaired with Laser Cladding Technology
Abstract: It is introduced that laser cladding is used to repair gear shaft. Laser cladding and its characteristics is introduced simply. Test running after repairing proves that the anticipation effect is achieved with the technology.
Key words: Gear shaft Laser cladding Repairing
1 引言
隨著科學技術的發展，激光技術在工業生產中的應用日趨成熟，目前在機械維修領域主要是激光熔敷技術對腐蝕和磨損部件的修復。我廠硫酸車間I工程進口SO2風機配備1對備用大小齒輪，該副齒輪傳動比比在用的增速箱齒輪傳動比要大一些，主要是考慮到將來工程能力增大時可以更換，以相應增大風機的能力，確保工程正常運行。但由于存放時間過長，加上現場環境惡劣，長期暴露在具有腐蝕性的SO2煙氣中，其中的大齒輪軸軸頸及齒面均出現了較嚴重腐蝕（以不均勻分布的點狀凹坑呈現，凹坑深度0.5～1mm），經過工程技術人員現場鑒定，確認已無法正常使用。如果重新訂購一套或送回國外廠家修復則不僅周期長，而且價格昂貴（如重新訂購一套需50多萬元，修復則需30多萬元，周期約半年），一方面對正常生產帶來不良影響，同時也不經濟。為了能在最短時間內將其修復，并能達到原來的性能和尺寸要求，經過充分論證及慎重考慮之后，我廠決定委托國內某激光技術有限公司對銹蝕的進口SO2風機增速箱大齒輪軸軸頸和齒面進行修復。在中國科學院金屬研究所的合作下，對嚴重銹蝕的軸頸和齒面進行認真的分析和檢測，并運用激光熔敷方法成功修復。
2 檢測與分析
軸頸修復方法有多種，如傳統的電涂鍍技術、堆焊技術及熱噴涂技術等，然而這幾種方法各有其優缺點。電涂鍍技術存在涂層結合強度和本身強度不足的問題；堆焊技術和熱噴涂技術存在熱影響面大，易造成軸頸及整個部件變形的問題。而激光熔敷技術能有效克服上述缺點，既不會產生大的熱影響區和熱應力，也不會使其結合強度、硬度等技術指標受到影響，且形成的新合金表面還具有較好的耐磨性能和抗腐蝕性能。
經過現場仔細檢測，增速箱大齒輪軸的兩支撐軸頸處嚴重銹蝕，深度為1mm，推力面銹蝕深度為0.5mm，銹蝕面積為整個軸頸面，如圖1所示。經過無損探傷檢測以及對材質進行化驗分析，判定為軸頸腐蝕失效，雖軸頸強度儲備系數仍可滿足使用要求，但銹蝕部位必須清除，經過激光熔敷及精加工滿足尺寸及精度要求后才能繼續使用。
3 激光熔敷修復
3.1 激光熔敷技術及性能特點
激光熔敷工藝技術是利用大功率高能量激光束聚焦能量極高的特點，在瞬間將零件基體表面微熔，同時使損傷表面預置的或與激光束同步自動送置的與基體材質相同或相近的金屬合金材料熔化，獲得與基體成為冶金結合的致密覆層組織，從而達到恢復工件原設計尺寸形態，并提高修復區域抵抗原工況環境侵蝕等性能。
激光熔敷的特點：
（1）激光熔敷層與基體形成冶金結合，結合強度與原設計強度基本相同，如表1所示；
表1激光熔敷層與基體的結合強度和原基材強度的對比
樣材種類
σb/MPa
σ 0. 2/MPa
δ5/%
A k/J
基材
841
676
17.6
59
50%熔敷層
50%基材
834
665
14.2
50.2
百分比/%
99
98
81
85
基材：2Cr13金屬粉：DLF-202
�。�2）基體材料在激光加工過程中僅表面微熔，微熔層僅為0.05～0.1mm；基體受熱影響區域極小，一般僅為0.1～0.2mm，激光熔敷熱影響區是氬弧焊的十分之一，如圖2所示；
�。�3）熔敷層與基體均無粗大的鑄造組織，熔敷層及其界面組織致密，晶粒細小，無孔洞、無夾渣和裂紋等缺陷；
�。�4）激光加工過程中基體溫升不超過80°C，激光加工后基體也不會出現熱變形；
（5）激光熔敷技術可控性好，易實現自動化控制；
（6）激光熔敷層組織由底層、中間層及面層組成的各具特點的梯度功能材料，底層具有與基體浸潤性好，結合強度高等特點,車間通風設施方案；中間層具有一定強度和硬度，抗裂性好等優點；面層具有抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕等性能，使修復后的設備在安全性及使用性能上更加有保障。
3.2 齒輪軸激光熔敷修復
(1) 對銹蝕的大齒輪連同小齒輪一并進行相關數據檢測（軸頸外形公差尺寸、橢圓度、錐度、轉子彎曲度、硬度等），獲取原始數據，為下步的處理做好準備。
(2) 采取機械清理方式，將軸頸原銹蝕層及疲勞層通過車削去除。
(3) 在進行激光熔敷前，對零件進行無損檢測。
(4) 檢測后，對軸頸材質進行化驗分析。
(5) 根據齒輪軸的工藝參數及工況條件確定激光熔敷工藝。
(6) 依據本體材質情況來選擇激光熔敷工藝合金材料。
(7) 設定激光熔敷工藝參數，如光斑、速度、焦距等，并進行激光熔敷處理。增速箱大齒輪軸軸頸激光熔敷位置如圖3和圖4所示,工業排風扇。
(8) 熔敷后進行機械精加工（車、磨加工），以恢復原始尺寸和精度。
(9) 在激光熔敷工藝修復完成后，最后再對工件進行一次無損檢測，確認各項數據是否在正常范圍內。
(10) 出具修復后的檢修和檢測報告。
(1) 解決了傳統電焊、氬弧焊等熱加工過程中不可避免的熱變形、熱疲勞損傷等一系列技術難題，同時也解決了傳統電焊、噴涂等冷加工過程中敷層與基體結合強度差的矛盾。因此在工業中越來越受到重視，在其它類似的重要的進口設備部件修復中也得以應用。
(2) 激光作為一種強力、非接觸、清潔的熱源進入加工領域以來，解決了許多常規方法無法加工和很難加工的問題，極大地提高了生產效率和加工質量，因而被稱為未來制造工程的加工手段。在進口SO2風機增速箱大齒輪軸軸頸和齒面經激光熔敷工藝方法修復后，我廠將在用的增速箱齒輪換下，換上修復好的齒輪，并服役原工況環境，經過一段時間的使用，運行平穩，振動值及其他各項指標經檢測，與更換前相比較，基本相同，達到了預期的效果。
1. 安裝前應注意：
a應檢查風機的規格、型號、葉輪的旋轉方向、配用電動機等是否符合要求；
b按裝箱單清點風機的附件、配件的規格、數量等；
c詳細檢查風機各部分是否因包裝運輸損壞變形，傳動是否靈活等，如有損壞變形，待修理妥善后，方可進行安裝。
d安裝時應注意：
e應檢查機殼及其它殼體內不應有掉入的和遺留的工具、雜物等；
f在一些接合面上，為了防止生銹，減少拆裝困難，應涂上一些潤滑脂或機械油。在安裝接合面的螺栓時，如有定位銷釘，應先上銷釘擰緊后，再擰緊螺栓。
g用手或工具扳動葉輪，檢查風機葉輪轉動是否靈活，有無"蹩勁"或"卡住"現象，如發現應及時排除；
h安裝風機的進、出口管道，禁止管道等部件的重量承受在風機上，從而影響風機的安裝質量要求，必要時管道應加裝支撐。
i. 儀表應裝在明顯的位置，電氣應裝信號裝置，防止突然故障而使風機損壞。
j. 進、出口管道應確保嚴密不漏氣。
k. 風機安裝后，試撥傳動組，檢查是否有過緊或與固定部分碰撞現象，發現過緊或碰撞之處必須調整好。
l. 使用單位應當設法將通入風機中的煤氣預先凈化，否則，將會引起化學作用，產生腐蝕或煤焦油過多，影響正常運轉，甚至造成破壞事故。
m. 葉輪的平衡性除了動平衡試驗外，還取決于本身放置位置是否平穩，基礎是否牢固,廠房通風，電動機是否運轉平衡以及葉輪是否不均勻的磨損。
n. 風機安裝結束（或長時間停車），應先用空氣進行試運轉以證實它完全正常，再輸送煤氣。
2. 運轉前的準備工作
(1) 檢查機器各部分是否緊固和清潔。
(2) 檢查進出口調節閥門是否靈活，各種儀表開關是否正常，安全防護設施是否安裝完畢。
(3) 進行空氣試車時應保證煤氣管道密閉，只允許將風機部分通向大氣層。
(4) 風機按照電動機的要求接上電源。
(5) 檢查風機運轉過程中是否有磨擦、碰撞現象。
(6) 檢查風機各部分潤滑油是否足夠。
11.啟動
(1) 漸漸地打開出口閥門和進口閥門到需要程度，應注意電動機是否過載，如電動機過載應控制進出口流量，不得超過規定。
(2) 仔細傾聽風機內部是否有不正常的摩擦聲。
(3) 仔細注意機器有無振動或不正常的噪音，如有振動或不正常的噪聲應立即停車檢查原因。
(4) 檢查軸承溫升是否正常，一般不超過室內溫度35℃～40℃，軸承表溫最高不大于65℃。
(5) 檢查進出口管道嚴密性和各種儀表使用是否正常。
六、維護和檢修
為了避免由于維護不當而引起人為故障發生，預防風機及電機各方面自然故障的發生，確保風機的正常運轉，充分發揮設備的效能，延長風機使用壽命，必須加強對風機的維護。
1. 維護工作注意事項：
(1) 只有風機設備完全正常的情況下方可運轉。
(2) 如果風機設備在檢修后開動，則應注意風機各部位是否正常。
(3) 停車后，要立即用蒸氣沖洗葉輪及機殼內部的灰塵、污垢等雜質。
(4) 為了確保人身安全，風機的維護必須在停車時進行。
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