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车间通风设施方案_利用激光熔敷技术修复齿轮轴绿洲罗茨风机的安
摘要：简述了用激光熔敷技术修复严重腐蚀磨损的齿轮轴。简要介绍了激光熔敷技术和特点，修复后的检测运行结果证明，使用该工艺方法达到了预期的效果。
关键词：齿轮轴 激光熔敷 修复
中图分类号：TG174文献标识码：B
文章编号：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
随着科学技术的发展，激光技术在工业生产中的应用日趋成熟，目前在机械维修领域主要是激光熔敷技术对腐蚀和磨损部件的修复。我厂硫酸车间I工程进口SO2风机配备1对备用大小齿轮，该副齿轮传动比比在用的增速箱齿轮传动比要大一些，主要是考虑到将来工程能力增大时可以更换，以相应增大风机的能力，确保工程正常运行。但由于存放时间过长，加上现场环境恶劣，长期暴露在具有腐蚀性的SO2烟气中，其中的大齿轮轴轴颈及齿面均出现了较严重腐蚀（以不均匀分布的点状凹坑呈现，凹坑深度0.5～1mm），经过工程技术人员现场鉴定，确认已无法正常使用。如果重新订购一套或送回国外厂家修复则不仅周期长，而且价格昂贵（如重新订购一套需50多万元，修复则需30多万元，周期约半年），一方面对正常生产带来不良影响，同时也不经济。为了能在最短时间内将其修复，并能达到原来的性能和尺寸要求，经过充分论证及慎重考虑之后，我厂决定委托国内某激光技术有限公司对锈蚀的进口SO2风机增速箱大齿轮轴轴颈和齿面进行修复。在中国科学院金属研究所的合作下，对严重锈蚀的轴颈和齿面进行认真的分析和检测，并运用激光熔敷方法成功修复。
2 检测与分析
轴颈修复方法有多种，如传统的电涂镀技术、堆焊技术及热喷涂技术等，然而这几种方法各有其优缺点。电涂镀技术存在涂层结合强度和本身强度不足的问题；堆焊技术和热喷涂技术存在热影响面大，易造成轴颈及整个部件变形的问题。而激光熔敷技术能有效克服上述缺点，既不会产生大的热影响区和热应力，也不会使其结合强度、硬度等技术指标受到影响，且形成的新合金表面还具有较好的耐磨性能和抗腐蚀性能。
经过现场仔细检测，增速箱大齿轮轴的两支撑轴颈处严重锈蚀，深度为1mm，推力面锈蚀深度为0.5mm，锈蚀面积为整个轴颈面，如图1所示。经过无损探伤检测以及对材质进行化验分析，判定为轴颈腐蚀失效，虽轴颈强度储备系数仍可满足使用要求，但锈蚀部位必须清除，经过激光熔敷及精加工满足尺寸及精度要求后才能继续使用。
3 激光熔敷修复
3.1 激光熔敷技术及性能特点
激光熔敷工艺技术是利用大功率高能量激光束聚焦能量极高的特点，在瞬间将零件基体表面微熔，同时使损伤表面预置的或与激光束同步自动送置的与基体材质相同或相近的金属合金材料熔化，获得与基体成为冶金结合的致密覆层组织，从而达到恢复工件原设计尺寸形态，并提高修复区域抵抗原工况环境侵蚀等性能。
激光熔敷的特点：
（1）激光熔敷层与基体形成冶金结合，结合强度与原设计强度基本相同，如表1所示；
表1激光熔敷层与基体的结合强度和原基材强度的对比
样材种类
σb/MPa
σ 0. 2/MPa
δ5/%
A k/J
基材
841
676
17.6
59
50%熔敷层
50%基材
834
665
14.2
50.2
百分比/%
99
98
81
85
基材：2Cr13金属粉：DLF-202
（2）基体材料在激光加工过程中仅表面微熔，微熔层仅为0.05～0.1mm；基体受热影响区域极小，一般仅为0.1～0.2mm，激光熔敷热影响区是氩弧焊的十分之一，如图2所示；
（3）熔敷层与基体均无粗大的铸造组织，熔敷层及其界面组织致密，晶粒细小，无孔洞、无夹渣和裂纹等缺陷；
（4）激光加工过程中基体温升不超过80°C，激光加工后基体也不会出现热变形；
（5）激光熔敷技术可控性好，易实现自动化控制；
（6）激光熔敷层组织由底层、中间层及面层组成的各具特点的梯度功能材料，底层具有与基体浸润性好，结合强度高等特点,车间通风设施方案；中间层具有一定强度和硬度，抗裂性好等优点；面层具有抗冲刷、耐磨损和耐腐蚀等性能，使修复后的设备在安全性及使用性能上更加有保障。
3.2 齿轮轴激光熔敷修复
(1) 对锈蚀的大齿轮连同小齿轮一并进行相关数据检测（轴颈外形公差尺寸、椭圆度、锥度、转子弯曲度、硬度等），获取原始数据，为下步的处理做好准备。
(2) 采取机械清理方式，将轴颈原锈蚀层及疲劳层通过车削去除。
(3) 在进行激光熔敷前，对零件进行无损检测。
(4) 检测后，对轴颈材质进行化验分析。
(5) 根据齿轮轴的工艺参数及工况条件确定激光熔敷工艺。
(6) 依据本体材质情况来选择激光熔敷工艺合金材料。
(7) 设定激光熔敷工艺参数，如光斑、速度、焦距等，并进行激光熔敷处理。增速箱大齿轮轴轴颈激光熔敷位置如图3和图4所示,工业排风扇。
(8) 熔敷后进行机械精加工（车、磨加工），以恢复原始尺寸和精度。
(9) 在激光熔敷工艺修复完成后，最后再对工件进行一次无损检测，确认各项数据是否在正常范围内。
(10) 出具修复后的检修和检测报告。
(1) 解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题，同时也解决了传统电焊、喷涂等冷加工过程中敷层与基体结合强度差的矛盾。因此在工业中越来越受到重视，在其它类似的重要的进口设备部件修复中也得以应用。
(2) 激光作为一种强力、非接触、清洁的热源进入加工领域以来，解决了许多常规方法无法加工和很难加工的问题，极大地提高了生产效率和加工质量，因而被称为未来制造工程的加工手段。在进口SO2风机增速箱大齿轮轴轴颈和齿面经激光熔敷工艺方法修复后，我厂将在用的增速箱齿轮换下，换上修复好的齿轮，并服役原工况环境，经过一段时间的使用，运行平稳，振动值及其他各项指标经检测，与更换前相比较，基本相同，达到了预期的效果。
1. 安装前应注意：
a应检查风机的规格、型号、叶轮的旋转方向、配用电动机等是否符合要求；
b按装箱单清点风机的附件、配件的规格、数量等；
c详细检查风机各部分是否因包装运输损坏变形，传动是否灵活等，如有损坏变形，待修理妥善后，方可进行安装。
d安装时应注意：
e应检查机壳及其它壳体内不应有掉入的和遗留的工具、杂物等；
f在一些接合面上，为了防止生锈，减少拆装困难，应涂上一些润滑脂或机械油。在安装接合面的螺栓时，如有定位销钉，应先上销钉拧紧后，再拧紧螺栓。
g用手或工具扳动叶轮，检查风机叶轮转动是否灵活，有无"蹩劲"或"卡住"现象，如发现应及时排除；
h安装风机的进、出口管道，禁止管道等部件的重量承受在风机上，从而影响风机的安装质量要求，必要时管道应加装支撑。
i. 仪表应装在明显的位置，电气应装信号装置，防止突然故障而使风机损坏。
j. 进、出口管道应确保严密不漏气。
k. 风机安装后，试拨传动组，检查是否有过紧或与固定部分碰撞现象，发现过紧或碰撞之处必须调整好。
l. 使用单位应当设法将通入风机中的煤气预先净化，否则，将会引起化学作用，产生腐蚀或煤焦油过多，影响正常运转，甚至造成破坏事故。
m. 叶轮的平衡性除了动平衡试验外，还取决于本身放置位置是否平稳，基础是否牢固,厂房通风，电动机是否运转平衡以及叶轮是否不均匀的磨损。
n. 风机安装结束（或长时间停车），应先用空气进行试运转以证实它完全正常，再输送煤气。
2. 运转前的准备工作
(1) 检查机器各部分是否紧固和清洁。
(2) 检查进出口调节阀门是否灵活，各种仪表开关是否正常，安全防护设施是否安装完毕。
(3) 进行空气试车时应保证煤气管道密闭，只允许将风机部分通向大气层。
(4) 风机按照电动机的要求接上电源。
(5) 检查风机运转过程中是否有磨擦、碰撞现象。
(6) 检查风机各部分润滑油是否足够。
11.启动
(1) 渐渐地打开出口阀门和进口阀门到需要程度，应注意电动机是否过载，如电动机过载应控制进出口流量，不得超过规定。
(2) 仔细倾听风机内部是否有不正常的摩擦声。
(3) 仔细注意机器有无振动或不正常的噪音，如有振动或不正常的噪声应立即停车检查原因。
(4) 检查轴承温升是否正常，一般不超过室内温度35℃～40℃，轴承表温最高不大于65℃。
(5) 检查进出口管道严密性和各种仪表使用是否正常。
六、维护和检修
为了避免由于维护不当而引起人为故障发生，预防风机及电机各方面自然故障的发生，确保风机的正常运转，充分发挥设备的效能，延长风机使用寿命，必须加强对风机的维护。
1. 维护工作注意事项：
(1) 只有风机设备完全正常的情况下方可运转。
(2) 如果风机设备在检修后开动，则应注意风机各部位是否正常。
(3) 停车后，要立即用蒸气冲洗叶轮及机壳内部的灰尘、污垢等杂质。
(4) 为了确保人身安全，风机的维护必须在停车时进行。
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