大型高壓電機(jī)主軸斷裂的緊急修復(fù)方法

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(duì)河南省某焦化廠高壓電機(jī)軸頭斷裂事故的處理，探索出了一種采用銷孔定位保護(hù)焊接的斷軸修復(fù)方法。本文對(duì)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(jìn)行了詳細(xì)論述，對(duì)焦化廠電機(jī)軸頭斷裂時(shí)的緊急修復(fù)的工藝進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞 軸頭斷裂 銷孔定位 保護(hù)焊接 對(duì)接加工

0 引言

     大功率高壓電機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生傳動(dòng)軸斷裂，是一種罕見的惡性事故。由于大型電機(jī)更換傳動(dòng)軸十分困難，訂購新的電機(jī)轉(zhuǎn)子周期長，每次電機(jī)斷軸事故的發(fā)生都會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。如何對(duì)斷裂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行緊急搶修，以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)的急需，是修復(fù)行業(yè)的一個(gè)難題。我們通過對(duì)焦化廠煤氣風(fēng)機(jī)主電機(jī)的實(shí)際修復(fù)，成功的試驗(yàn)出了一種傳動(dòng)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(tái)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)（型號(hào)為YB560M1-2、功率為630kw、電壓為6000V、轉(zhuǎn)速2985r/min），在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)了較為異常的震動(dòng)和溫度升高。停車檢查，沒有查到明顯異常，懷疑是電機(jī)轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡上出現(xiàn)了問題。

1.1.1  當(dāng)史迪歐公司技術(shù)人員對(duì)轉(zhuǎn)子解體，將轉(zhuǎn)子的冷卻風(fēng)機(jī)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(xì)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(duì)該軸頭進(jìn)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(tái)電機(jī)，曾經(jīng)由于軸承跑內(nèi)圓，軸承位磨損，該電機(jī)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(yán)格的修復(fù)工藝，造成了嚴(yán)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(shí)際情況，1）沒有備用電機(jī)及電機(jī)轉(zhuǎn)子；2）定作新的電機(jī)轉(zhuǎn)子周期太長；3）焦?fàn)t的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)僅剩一臺(tái)工作。必須在zui短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)已發(fā)生斷開的轉(zhuǎn)子軸頭進(jìn)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(shí)效處理后，再通過機(jī)械加工消除因焊接變形而產(chǎn)生的變性影響，以確保對(duì)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(bǔ)材料40Cr棒料。經(jīng)過化驗(yàn)，該電機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向跳應(yīng)在≤0.03mm時(shí)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

防爆電機(jī)圖片                   斷頭圖片

按照設(shè)備使用技術(shù)要求，該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向跳動(dòng)應(yīng)在≤0.03mm時(shí)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而斷裂軸在運(yùn)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(shí)，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(duì)軸的對(duì)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(jī)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(gè)關(guān)鍵的工序，而且較為繁瑣。要由機(jī)械工人和技術(shù)人員一塊采用多種調(diào)整方法，盡量達(dá)到工件在修復(fù)完工后，徑向跳動(dòng)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(duì)40Cr棒料進(jìn)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(jìn)行對(duì)接。為保證兩工件的對(duì)接嚴(yán)實(shí)可靠，要先對(duì)轉(zhuǎn)子上的孔用氧氣乙炔火焰進(jìn)行預(yù)加熱至200度左右。對(duì)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(shí)度。

     兩焊接件對(duì)焊接前的的準(zhǔn)備工作很重要。首先要對(duì)轉(zhuǎn)子加工出Φ30×100孔的部位進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，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(gè)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(duì)所使用的Φ2.5和Φ3.2的857焊條進(jìn)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(duì)兩個(gè)焊接件的焊接過程要引起注意。首先用Φ2.5的焊條，沿整個(gè)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(shí)，用Φ3.2的焊條進(jìn)行填充和蓋面焊接。焊接電流為75—90A。進(jìn)行整個(gè)焊接時(shí)，要求兩臺(tái)焊機(jī)，兩人在對(duì)面同時(shí)進(jìn)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(shí)停焊。然后立即對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行適當(dāng)錘擊，以減小焊接應(yīng)力對(duì)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(dāng)焊縫冷至150℃以下時(shí)，立即對(duì)焊縫及其熱影響區(qū)用氧氣乙炔火焰進(jìn)行加熱至400℃，并保溫至少一小時(shí)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(jìn)行保溫。保溫結(jié)束后，對(duì)焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行著色探傷。檢驗(yàn)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(duì)其進(jìn)行補(bǔ)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(shí)間。待到焊接內(nèi)應(yīng)力徹底消除后，再按（圖五）圖紙要求，對(duì)其進(jìn)行zui終機(jī)械加工。

修后做動(dòng)平衡                 恢復(fù)運(yùn)行

3.2機(jī)械加工

     加工時(shí)首先用四爪卡盤和中心架對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行找正，其在鐵芯處徑外的跳動(dòng)量要≤0.03mm，然后對(duì)軸承位進(jìn)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(dòng)小于0.025mm時(shí)，對(duì)軸端加工中心孔。中心孔加工完成后，用尾座頂尖頂牢，再進(jìn)行找正。然后，按（圖五）要求，完成對(duì)軸的修復(fù)部位的zui終機(jī)械加工。

3.3動(dòng)平衡校驗(yàn)

     電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校驗(yàn)是保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。動(dòng)平衡試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)如下：

4 使用效果

     該電機(jī)經(jīng)過河南省史迪歐公司修復(fù)投運(yùn)后，已經(jīng)正常使用了一年零三個(gè)月，目前，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常，筆者在投稿之前，又到現(xiàn)場對(duì)電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了測量，測得電機(jī)輸出端：垂直振動(dòng)值1.8mm/s，水平振動(dòng)值2.1mm/s，運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)良。

5 結(jié)束語

     通過對(duì)這臺(tái)功率630 KW，型號(hào)YB560M1-2的隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的緊急修復(fù)，使價(jià)值數(shù)十萬元的一臺(tái)報(bào)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(shí)間，減少了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。