謝 明

(寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，上海 200941)

粗軋機(jī)主軸扁頭套內(nèi)孔修復(fù)技術(shù)探討與應(yīng)用

謝 明

(寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠，上海 200941)

熱軋廠主傳動(dòng)萬向軸為軋線最為關(guān)鍵的設(shè)備，該結(jié)構(gòu)中，扁頭套使用和修復(fù)為設(shè)備管理的重中之重。采用傳統(tǒng)堆焊技術(shù)修復(fù)的扁頭套經(jīng)周期性的使用下線后，往往出現(xiàn)襯板磨損、內(nèi)孔、扁勢(shì)面磨損、銹蝕等較為嚴(yán)重的問題，壽命短不能滿足生產(chǎn)需要。針對(duì)以上的問題，以熱軋廠1580mm R1R2扁頭套內(nèi)孔修復(fù)為例，對(duì)相關(guān)尺寸的配合、恢復(fù)原始尺寸的方法進(jìn)行分析與探討，并用激光熔敷的新技術(shù)方法，同時(shí)優(yōu)化裝配工藝，經(jīng)上線使用效果明顯，具有推廣價(jià)值。

扁頭套；內(nèi)孔；激光熔敷；加工方法

0 前言

寶鋼1580mm熱軋廠粗軋機(jī)采用萬向軸連接形式，十字萬向接軸具備承載能力大、使用壽命長、傳遞效率高、軸線傾角大、運(yùn)行平穩(wěn)噪音低、維護(hù)保養(yǎng)方便節(jié)儉等優(yōu)點(diǎn)。但由于熱軋廠的工況環(huán)境非常惡劣，因此，扁頭套為主傳動(dòng)的最重要部分，其出現(xiàn)劣化的情況經(jīng)常發(fā)生，而且下機(jī)后的備件劣化較嚴(yán)重，因此對(duì)扁頭套修復(fù)提出了較高的要求，給連續(xù)化生產(chǎn)帶來了較大的影響。

1 扁頭套內(nèi)孔修復(fù)技術(shù)問題

主傳動(dòng)萬向軸在寶鋼應(yīng)用十分廣泛，在1580 mm粗軋區(qū)域，有R1、R2軋機(jī)主傳動(dòng)，E1、E2立輥軋機(jī)主傳動(dòng)，SP小偏心萬向軸等；在1880 mm區(qū)域，有F5-F7軋機(jī)上下主傳動(dòng)萬向軸；2050 mm的粗軋立輥主傳動(dòng)等均采用萬向軸連接形式。

1580 mm熱軋廠R1R2主軸，如圖1所示，扁頭套下機(jī)后，均有不同程度的損壞，如扁頭套內(nèi)孔磨損、十字軸表面剝落、叉頭處有裂紋、軸承間隙超標(biāo)等，給其修復(fù)工作帶來了一定問題，其中扁頭套內(nèi)孔為修復(fù)的重點(diǎn)，以2015年下機(jī)的R2扁頭套為例：

圖1 1580R1R2主軸機(jī)構(gòu)形式

可以看出，該扁頭套扁面和圓弧面均超過了現(xiàn)場的管理控制要求(磨損量超過5 mm)，進(jìn)而與軋輥扁面的配合間隙過大，在機(jī)使用時(shí)候，出現(xiàn)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)過大，給軋機(jī)帶來沖擊和震動(dòng)等問題，必須修復(fù)才能重新使用，如圖2所示。

圖2 扁頭套修復(fù)關(guān)鍵測(cè)量尺寸

2 傳統(tǒng)修復(fù)的方法與新方法對(duì)比

2.1 傳統(tǒng)電弧堆焊技術(shù)修復(fù)

扁頭套材質(zhì)為42CrMo中碳合金鋼，本身可焊性較差，根據(jù)實(shí)際磨損量，堆焊層厚度及堆焊面積較大，堆焊產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，雖然后道工序有熱處理消應(yīng)力，也只是部分消除內(nèi)應(yīng)力，剩余的內(nèi)應(yīng)力會(huì)在部件使用中逐步釋放；

歷年對(duì)扁頭套進(jìn)行過相同方案修復(fù)，效果不理想；主要缺點(diǎn)有：一是在線使用壽命短，二是端面齒結(jié)構(gòu)，齒形變形導(dǎo)致接觸面積降低，降低了其連接強(qiáng)度；三是在軋制過程中有堆焊部位產(chǎn)生裂紋，使用風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2 采用激光熔敷新技術(shù)修復(fù)

采用同樣機(jī)體材料(中碳CrMo鋼)，多次對(duì)試樣進(jìn)行激光熔敷后進(jìn)行力學(xué)性能分析，其結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到本體強(qiáng)度的90%以上，滿足同體材料強(qiáng)度要求，由于激光熔敷材質(zhì)為鎳基合金粉末，熔敷后表面硬度在HRC30～35，表面耐磨性能優(yōu)于原工件，并且激光熔敷不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，不會(huì)影工件變形，也就不影響扁頭套端面齒連接的精度。

采用激光熔敷新技術(shù)修復(fù)扁頭套在機(jī)使用壽命為2年左右，而且下機(jī)的扁頭套的重要部位的磨損量在1 mm以內(nèi)；而采用普通堆焊的方法，其壽命為6個(gè)月左右，下機(jī)的扁頭套重要部位的磨損量超過了3 mm。

3 扁頭套采用激光熔敷新的技術(shù)方法的實(shí)現(xiàn)過程

3.1 解體

3.2 對(duì)扁頭套進(jìn)行粗加工

粗加工面100%著色探傷檢查，硬度檢測(cè)。

3.3 激光熔敷

對(duì)于損傷量大的扁頭套，如圓弧處可采用環(huán)帶、“工或T”形激光熔覆，可減少熔覆量，并滿足扁頭使用定位要求,可以有效降低成本。

圖3 扁頭套內(nèi)孔修復(fù)堆焊圖

圖4 扁頭套襯板安裝扁勢(shì)面堆焊圖

3.4 激光堆焊后著色探傷合格后轉(zhuǎn)精加工

6、向外撬動(dòng)閥體，同時(shí)迅速的將鋼板插入閥體與油箱側(cè)安裝法蘭之間，確認(rèn)抽力吸住鋼板后，松動(dòng)預(yù)留螺栓，拆除開裂閥門。此時(shí)，應(yīng)注意使鋼板均勻受力，避免破壞真空而漏油。（如圖）

3.5 無損表面探傷檢查、硬度檢測(cè)

精加工面100%著色探傷檢查，硬度檢測(cè)。

4 扁頭套的配裝工藝優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際使用效果，1 580 mm熱軋R1R2主軸扁頭套扁勢(shì)面襯板安裝面和襯板之間的公差配合日本原設(shè)計(jì)為390H8/h8，配合為間隙配合0～+0.178 mm。

對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的軋機(jī)，扁頭套與扁頭的裝配間隙在空轉(zhuǎn)時(shí)是閉合的，當(dāng)軋件咬入后，由于軋件頭部對(duì)軋輥的沖擊，軋輥有可能被軋件推動(dòng)，使本來閉合的間隙不同程度的脫開。在此瞬間，軋件迅速咬入，軋制力形成的力矩立即迫使脫開的間隙重新閉合，因而產(chǎn)生沖擊。主傳動(dòng)系統(tǒng)中間隙越大，咬入沖擊程度越大。間隙產(chǎn)生沖擊，而這一沖擊來源于間隙雙方的轉(zhuǎn)速差。有間隙存在時(shí)，突然咬鋼的接軸中的扭矩一般用公式：

式中，J1為扁頭套的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；J2為軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；k12為旋轉(zhuǎn)體的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)，KN/mm；ω12為間隙雙方的轉(zhuǎn)速差。rdd/s；CM為電流和力矩的換算比例系數(shù) ，N·m/A；i1T為電機(jī)在軋制中的電流穩(wěn)定值，A；Mn為軋制力矩的穩(wěn)定值，kN·m；p為角頻率(或圓頻率)，rad/s；t為時(shí)間，s；M12為連接軸中扭矩，kN·m。

可以看出，間隙越大，造成的轉(zhuǎn)速差也較大，扭矩沖擊也就越大，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，該尺寸原設(shè)計(jì)間隙較大，2015年9月上機(jī)的備件按照原來設(shè)計(jì)進(jìn)行配裝，6個(gè)月左右即出現(xiàn)扁頭套襯板螺栓松動(dòng)，斷裂，襯板與扁勢(shì)止口之間有相對(duì)移動(dòng)的現(xiàn)象，因?yàn)榇艘r板為按照力矩要求一次性緊固到位，現(xiàn)場無法再次緊固到位，對(duì)使用產(chǎn)生了較大的影響。

考慮該配合間隙改為過渡配合390H7/k6，間隙縮小至-0.040～+0.053mm，如圖5所示，這樣可以適當(dāng)縮小襯板和襯板安裝面之間的間隙，安裝時(shí)采用液壓千斤頂壓入的方式保證過渡配合、安裝尺寸。

圖5 修復(fù)改進(jìn)的配合尺寸要求

5 修復(fù)前后的對(duì)比

修復(fù)前后的關(guān)鍵尺寸如表1。

表1 修復(fù)后關(guān)鍵尺寸對(duì)比

修復(fù)情況如6所示。

圖6 修復(fù)后的情況

該扁頭套應(yīng)用在R2軋機(jī)下部位置，現(xiàn)使用正常，未出現(xiàn)襯板螺栓松動(dòng)、端面定位環(huán)螺栓松動(dòng)等現(xiàn)象，現(xiàn)場使用效果較好。

6 結(jié)論

(1)通過采用激光熔敷這一新技術(shù)、新工藝進(jìn)行修復(fù)的扁頭套，雖然成本比傳統(tǒng)修復(fù)方式高些，但是現(xiàn)場使用性價(jià)比較高，下機(jī)的備件通過測(cè)量后，磨損量很小，綜合評(píng)估修復(fù)成本還是下降的。

(2)扁頭套襯板安裝，采取過渡配合的方式，保證襯板安裝的可靠性，延長了扁頭套整體在機(jī)的使用壽命，效果較好；對(duì)于扁勢(shì)面磨損較大的情況，可以不予堆焊恢復(fù)原始尺寸，依靠配做非標(biāo)襯板來進(jìn)行補(bǔ)償，并保證扁面的標(biāo)準(zhǔn)公差尺寸，也可以降低成本，起到良好的效果。

(3)扁頭套端部的磨損采取配做端部定位環(huán)的形式，可以有效的補(bǔ)償扁頭套端部的磨損尺寸，保證安裝尺寸，也可以省去磨損堆焊的費(fèi)用，效果較好。

(4)借助于成功修復(fù)的新技術(shù)手段，在其他產(chǎn)線主傳動(dòng)軸扁頭套得以應(yīng)用。如股份熱軋廠1 880 mm粗軋機(jī)組、股份5 000 m厚板精軋機(jī)組、寧鋼熱軋1 780 mm粗軋機(jī)組等扁頭套，都收到了良好效果，摒棄了傳統(tǒng)修復(fù)方式。

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Discussion and application on roughing mill end yoke repairing technology

XIE Ming

( Hot Rolling Plant, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941,China)

Hot rolling mill main universal joint is the critical equipment for the rolling line, and it’s badly important to using and repairing the end yoke equipment. The traditional repaired end yoke offline had issues of cleading、inner hole abrasion and the flat potential surface wear，which shorten the serving life. This paper used a new laser welding technology to analyze and discuss the related dimensions match and restore the original dimensions，and the assembly process was optimized. The online usage effect is obvious，with the promotion of value.

end yoke; hole; laser melting coating; processing method

2016-11-15；

2016-12-09

謝明(1984-)，男，工程師，主要從事設(shè)備管理工作。

TG333

A

1001-196X(2017)02-0098-05