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修复密炼机减速机箱体出现的裂纹

发布时间:2017-02-21 22:54:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

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密炼机在一个炼胶周期中功率的消耗变化是很大的。物料投入、重锤压下后,产生强烈的捏炼作用,出现高峰负荷,随着温度的升高,胶料塑性增大,配合剂逐渐下降。密炼机在炼胶过程中消耗大量的功率,但转子的转速并不高,一般转子的转速在20~60r/min范围内;而电动机的转速很高,通常在750~1500r/min.因此密炼机的传动装置具有传递功率大和传动比大的特点,同时密炼机的两个转子的转速不同且速比固定    不变,这就需要减速箱内安装速比齿轮来满足要求。

    2002年12月中旬,我公司炼胶厂一台密炼机在正常生产时,给减速箱内一对速比齿轮提供润滑油的油管突然脱落,掉到两个速比齿轮之间,由于传动力矩较大,造成速比齿轮局部损坏,减速箱下箱体撑裂,出现了从轴孔处向下裂开长达350mm的裂纹,影响生产系统的正常运行;如购置一个新的减速箱,费用在9万元左右,工期长达3个月。针对这种情况,我们决定对下箱体进行焊接修复。
    1 焊接前的准备
    (1)密炼机减速箱箱体的材料为HT20-40,其焊接性能很差,焊后熔合线上产生白口和裂纹。产生白口使焊缝硬度升高,焊后加工困难。特别是处在加工面上时,使加工面达不到光洁、平整度要求。产生的裂纹有二种,一种是热应力裂纹,另一种是热裂纹。无论是哪种裂纹,都易使焊接修复失败。因此要求在减速箱体裂纹的焊接修复时,必须采取周到、适宜、可靠的工艺方法和工艺措施,保证焊接时熔合线上白口层尽量薄,且不产生裂纹。
    (2)采用的工艺方法。焊接材料采用哪种焊接工艺方法,取决于焊接件的体积大小、壁厚尺寸大小、整体加热或局部加热、保温的难易程度等。对于这个减速箱体(外形尺寸较大,长×宽×高=2130mm×970mm×850mm,壁厚25mm,重量1.59t)来说,若采用热焊法,整体预热或局部预热以及层间保温,难度很大,达不到热焊的效果,裂纹难免产生。因此不采用热焊法。经查阅有关资料介绍,我们决定对减速箱裂纹的焊补采用电弧冷焊法。
    (3)焊接材料选用。我们考虑了两方面:一是焊接过程中,对每层、每道焊缝,能及时地消除焊接应力,使全部焊完后,焊缝中残存的焊接应力越小越好。这就要求焊缝金属塑性要好,硬度要低,有利于消除焊接应力;二是这个减速箱体使用近十年,箱中的齿轮件磨损量较大,运转中有较大振动。而且,振动频率也较大,这种振动对于已存在焊接残余应力的焊缝来说,容易引起应力裂纹,这对保证它的长期安全使用很不利。考虑到这些因素,我们在焊接非加工面的焊缝时(也就是整条焊缝),采用焊缝金属为非铸铁组织的、塑性好、硬度低,对应力裂纹敏感性小的Z408焊条。
    (4)做一套专用工装,安装在减速箱的四周将其紧固,使减速箱的裂纹缝重合为止。
    2 焊接工艺
    2.1坡口形式
    由于箱体壁厚为25mm,轴孔处厚度55mm,坡口的加工采用电动角磨机,人工手工打磨而成。在打磨坡口前,首先要找准裂纹尾部终止点。在距裂纹终止点之外10mm处,用手工电钻钻一个φ10mm的孔,钻透以防止裂纹扩展。坡口磨到φ10mm孔的半径处,坡口面上与孔呈切线过渡,孔径不要太小。孔径小了容易使坡口尾部电弧熔合不好。
    2.2坡口清理
    由于减速箱内装有机油常年运转,内壁上、外壁上都黏着很多机油。焊接前必须把这些机油清除干净。方法是在焊缝坡口内及坡口两侧各20mm内用氧-乙炔火焰烧,火焰要均匀地摆动,把机油烧掉。烧净油污直到不再冒烟为止。火焰不要集中于一点(处)烧,避免局部升温过高,引起局部热应力。油污烧掉后,用钢丝刷把坡口两侧10mm内刷干净,以免污物进入熔池,产生气泡或增加碳、硫等杂质含量。
    3 焊接操作
    3.1焊接位置、焊道、焊层顺序
    我们选择的焊接位置、焊道、焊层顺序是出于两个目的:一是尽量减小白口层的厚度,并且后层焊道对前一层焊道有一个更好的退火作用;二是尽量减小焊缝横向收缩应力对焊缝纵向产生冷裂纹(热应力裂纹)的影响。
    3.2焊接规范
    轴孔处坡口表面向下5mm,采用Z308,φ3.2焊条,交流电源,电流70~90A.其他各处(整条焊缝)全部采用Z408,φ4焊条,电流100~120A.焊接电流不要太大,电流太大熔深增加,不仅容易出现白口,而且母材熔化多,硫、磷等杂质熔入也多,高温停留时间较长,会出现热裂纹,因此,必须采取尽可能小的焊接电流。电流的大小,以焊条能够熔化开,焊道能形成浸润性的状态为好,浸润性是说焊道两侧与母材平滑地接触,焊道不是高高地凸起。
    3.3焊道长度、方向与层间温度
    为了减小焊接区与整体温度差别,以减小焊接内应力,我们采取了短段、分散焊的操作方法。也就是说,焊接过程中,每道的温度不能超过50~60℃,手摸上去烫手就不要再焊。其主要原因:一是会造成焊接区温度高,与整体温度相比,温差大,焊道热应力会加大,有导致热应力裂纹的可能性;二是镍基焊条对热裂纹有较大的敏感性。这主要是由于镍与硫能形成低熔点共晶体。如果焊接电流大了,层间温度高了,焊后冷却速度必定慢。这就给低熔点共晶体提供了一个较长时间的形成过程。它聚集在焊道中间,当焊道金属冷却收缩时,它不能自由收缩,焊道中间的共晶体就会被拉裂,出现裂纹。这就是焊接热裂纹,是由冶金反应生成的镍-硫共晶体造成的。要避免低熔共晶体的生成,必须减少高温停留时间,加快冷却速度。这就是采取小电流、分段、分散焊,层间温度不要烫手的道理。
    3.4施焊过程中进一步消除焊接内应力
    尽管采取了10~15mm的短焊道进行焊接,但是这10~15mm焊道本身也存在着收缩应力。它收缩时,受到了周边金属的牵固,不能自由收缩,这一小局部的金属内,存在着收缩应力,如果不消除,每段、每层局部的收缩应力会叠加起来,当焊缝焊满后,叠加起来的收缩应力是非常大的。随着温度的降低,应力会更大的增加。这种应力就是导致沿焊缝边缘熔合线上出现冷裂纹的罪魁祸首。为了避免沿焊道熔合线上出现裂纹,必须采取用小尖锤敲击每个短焊段的方法,消除每焊段的应力。小锤的一头为尖圆头,尖圆头的半径为R1.5~R2.小锤重量1.0~1.5kg.每个短焊段10~15mm长,表面要用小尖圆锤打击6~8个点,深度1.5~2mm,表面形成麻面,有许多小坑。这种敲击,每一个敲击点都对焊道金属有一个挤压作用,使焊道金属收缩而产生的内部拉应力得以释放。打击点越多,应力释放得就越好,残存应力越小,终焊满焊缝后,应力叠加的非常小,就不会使沿焊缝边缘熔合线上白口附近脆弱的金属被拉裂。这是一项保证焊接成功不可却缺少的,必须做的消除应力的方法。不过用小锤敲击焊道,在深坡口里面,敲准有一定困难。也可先将小尖锤放在焊道上,另一手用锤打击小尖锤另一端。这样做虽然效率低了些,但消除应力的效果也很好。
    3.5环境温度
    环境温度与箱体温度差别越小越好。由于箱体不预热,是电弧冷焊方法进行焊接的,这就希望环境温度(室内温度)越高越好。为了保证室内温度,降低焊接区与箱体整体温度差,防止冷裂纹的产生,我们将焊接维修的地点选在炼胶厂的烘胶房中进行。
    4 焊后处理
    焊缝全部焊完后,不要急于加工,免得运输中受风吹引起裂纹;同时要防止淋水、喷水等急速降温的行为,放置2~3天后待整体温度平缓降至室温了再行加工。
    5 结语
    此次修理共花费1.8万元,比购置新的减速箱节约7.2万元。通过修理,减速箱基本恢复到原有功能,各项指标达到设计标准要求,从修复使用到现在,仍在安全运转。通过这次修理,还使管理人员、工程技术人员和维修人员得到一次锻炼,提高了专业技术水平。


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