第32卷　第1期2004年1月湖　南　冶　金HUNAN M ETALLU R GYV o l 132　N o 11January 2004收稿日期:2003—07—13作者简介:张鲁松(1960—),男,高级工程师,主要从事冶金机械设计与设备管理工作。

冶金重载齿轮的修复技术张鲁松,高岩军,潘忠民(济南钢铁集团总公司,山东　济南　250101)摘　要:着重介绍多种修复技术在冶金企业重载齿轮中的应用与修复工艺方法,对几种修复技术给出了力学模型和计算公式、计算方法,并提出了齿轮修复的经济性原则。

经工厂实践证明修复重载齿轮是可行的、可靠的、经济的。

关键词:冶金;重载齿轮;修复技术中图分类号:T F 307 文献标识码:A 文章编号:1005-6084(2004)01—0040—05REST ORATIVE TECHN IQUE FOR HEAVY LOAD GEARS IN THE M ETALL URG Y IND USTRYZHAN G L usong ,GAO Yanjun ,PAN Zhong m in(J inan I ron &S teel G roup Co 1L td 1,J inan 250101,Ch ina )ABSTRACT :T h is p ap ers is em p hasizeed to in troduce that som e resto rative techn ique and its app licati on in heavy load gears of the m etallu rgical indu stry 1Som e m echan ics p attern and the calcu lati on fo rm u la of the resto rati on techn ique and the gear resto rati on econom y ru le w as given in th is p ap ers 1T he resto rative p ractice show s that the resto ring heavy load gear is feasib le ,dep endab le ,econom y 1KEY WORD S :M etallu rgy ;H eavy load gear ;R esto rati on techn ique1　前　言冶金企业齿轮多在极度负荷状态下工作,因此常出现点蚀、剥落、磨损,甚至断齿失效。

通常情况下齿轮产生轻、中度点蚀及磨损仍可继续使用多年(济钢中型轧钢厂540轧机人字齿轮机座,中硬齿面齿轮轴已安全使用十多年[1]),一旦出现重度剥落及断齿其寿命将终结。

就拿轧钢机主传动装置来说,一组传动齿轮的制造费用少则十几万元,多则上百万元,且制造周期长,失效换新将给企业造成很大损失。

近年来广大工程技术人员应用多种工艺方法来修复失效齿轮,取得了显著的经济效益。

本文着重介绍多种修复技术在冶金企业重载齿轮中的应用与修复工艺方法。

2　齿轮修复技术与方法211　“冷焊”法在世界工业发达国家,工业修复技术越来越大地引起设备专家的重视。

一种被称为“冷焊技术”的金属修复新工艺,在工厂设备维修与防护以及延长设备使用寿命方面发挥着重要作用。

近年来有许多性能优异的工业修补材料被开发出来,比如美特铁MM 聚合金属陶瓷复合材料与金属的粘接强度已经高于热喷涂的粘接强度,其抗2004年第1期张鲁松等:　冶金重载齿轮的修复技术41压强度高达200M Pa ,抗拉强度已达80M Pa ,抗剪强度达31M Pa ,抗弯强度达78M Pa 。

应用高强度结构胶将断齿“冷焊”修复的工艺及修复强度校核的力学模型与计算方法分述如下。

21111　线材轧机联合齿轮箱修复工艺简介该联合齿轮箱中间齿轮轴一齿沿端部断裂,两齿萌生疲劳裂纹,断齿长86mm ,高36mm (见图1),模数m n =16mm ,齿数z =29,材质图1　联合齿轮箱中一齿断裂示意为45#钢表面高频淬火,输入功率2000k W 。

采用T S 811高强度结构胶端面粘接,同时沿径向栽6根圆柱形38C rSi 销强化,修复材料机械性能见附表,其修复工艺如下所述。

(1)采用高效清洗剂清洗断齿处油污。

(2)将断齿固定在原断裂位,沿断齿齿顶钻6个<10+0105×80mm 径向孔,以便加钢销强化。

(3)车销子,尺寸为<9180-0110×80mm ,表面粗糙度R a 116。

(4)断口喷砂除油净化。

(5)用脱脂棉蘸高效清洗剂反复清洗钢销、销孔、断齿面。

(6)按A ∶B =6∶1的重量比配胶后涂敷于断口、销子及销孔,断齿粘合,套接栽销。

(7)25℃,24h 固化,修磨外形。

同法,对萌生裂纹的轮齿加销注胶止裂强化。

附表　修复材料机械性能品名拉伸强度 M Pa 剪切强度 M Pa 冲击韧性 J ・c m -2硬度安全极限 M Pa 弹性模量 GPaT S 811 6915 491318— 5516　438C rSi109881535HRC 3287820021112　修复强度校核的力学模型与计算(1)力学模型。

设定:A 断齿发生在根部;B所栽销子在断齿上间隔均匀。

可得图2a 所示分析单元。

图2　断齿修复的力学模型由附表中,E 811 E 38C rSi =2%,在外力F 一定的情况下,胶中应变要比钢大50倍,所以可认为:第一,A —A 截面上将主要由销子承受外力F 引起的弯矩;第二,相对胶层变形,B —B 面为刚性。

(2)力学计算。

齿受力变形后的平衡姿态如图2b 所示。

设:M 1为外力F 引起的弯矩;M 2为胶层变形而产生的抗力矩;E 1为钢销的弹性模量;E 2为胶层的弹性模量;W 为钢销的截面系数;Ε为应变量;〔Ρ〕1为钢销的许用应力;〔Ρ〕2为胶的许用应力;P ca 为斜齿轮传动啮合线单位长度的计算载荷。

根据虎克定律,Ρ=E Ε,销子所受应力为: M 1-M 2W =∃X 1∃XE 1(1)M 1=P ca ・D ・H(2) M 2=4261∃X 1∃XE 2(3)将(2)、(3)式代入(1)式得:∃X 1∃X =P ca D HW E 1+4261E 2(4)因此销子上的最大正应力Ρ1m ax =∃X 1∃XE 1;胶层中的最大正应力Ρ2m ax =∃X 2∃X E 2=L r ∃X 1∃XE 2。

若Ρ1m ax <[Ρ]1,Ρ2m ax <[Ρ]2,则强度校核通过。

42 湖　南　冶　金V o l 132　N o 11212　热喷涂法热喷涂是近代各种喷涂、喷熔技术的总称。

作为一种成熟技术,在许多领域已得到成功的应用。

热喷涂技术是把丝状或粉状材料加热到软化或熔化状态,并进一步雾化、加速,然后沉积到零件表面上以形成覆盖层的一门技术。

按工况需要,覆盖层可分别具有耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能。

按熔化喷涂(喷熔)材料所使用的基本能量形式。

喷涂方法分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂(含爆炸喷涂、超音速喷涂)等;喷熔方法主要有火焰粉末喷熔和等离子粉末喷熔等。

喷涂层与基体的结合强度不高,约为5～50M Pa ;喷熔层与基体的结合强度高,约为300～700M Pa 。

金属喷涂对常用金属材料的适应性良好,其修补层厚度可从0105～10mm 。

热喷涂技术适用于修复齿面点蚀剥落严重损伤的齿轮。

大型轧机人字齿轮轴修复工艺简介[2]:该对齿轴法面模数m n =50mm ,齿数z =20,螺旋角Β=30°41′,中心距a =1000mm ,齿面硬度HB =207～255,重约t ,造价近150万元。

沿全齿方向在节园附近点蚀剥落深达5～7mm ,面积4～10mm 2,渐开线齿形破坏,在两个齿面均形成宽28～32mm 、深5mm 以上的残缺带,损伤严重。

修复工艺如下。

(1)彻底清洗并除去齿面、轴颈等部位的油污层、锈斑层及疲劳层。

(2)全方位地对齿面、轴颈等重点部位进行无损探伤(超声波及紫外线探伤),检测确定是否有修复价值。

(3)测定齿面等修复部位的磨损量。

(4)除去齿面的疲劳层及损伤部位,露出金属的光泽面,保留齿顶与齿根的无损伤面,以此作为基准面,再次对齿面进行超声探伤,确认无任何缺陷。

(5)制作齿形样板和齿形检测模块,如图3所示。

根据实物及图纸技术要求,绘制该齿轮的标准齿形,并制成齿形样板,以备检验用。

图3　齿形样板与检测模块(6)采用(喷熔)浸溶法将已处理过的待修补面,填上有一定冲击挤压韧性的具有冶金结合性能的过渡层,经研磨成型后,再喷上一层有一定强度的耐磨涂层,使其HRC 达到43～48,冶金结合的抗拉强度不低于400～500M Pa 。

(7)以齿形样板为基准,用修磨机具对过渡层和喷焊好的齿面分别进行修磨。

(8)用检测模块对齿轮进行研磨,不合格处进行补焊和刮研,确保设计的技术要求。

(9)用齿形样板及齿轮卡尺检测轮齿各技术参数,测定齿面硬度值,并再次进行超声探伤。

(10)按有关安装使用的技术要求对齿轮副进行啮合运转工装检测,对达不到技术要求的齿面进行喷焊、研磨,直至达到设计的技术要求为止。

(11)采用齿形样板、模块、齿轮卡尺、超声波、硬度计、齿面啮合等多种检验手段,对修复后的轮齿进行全方位的严格检测,确保做到万无一失。

213　焊补法对于轮齿大块剥落及局部崩齿也可用焊补的方法进行修复。

中板轧机主传动系统齿轮焊补工艺简介:该系统中主减速机中心距a =3400mm ,模数m n =18mm ,齿数z =32,齿轴材质50Si M n M oB ,高速齿轮轴有一齿崩去了齿长的三分之一;人字齿轮机座中心距a =800mm ,模数m n =30mm ,齿数z =22,材质同上,中间齿轮轴有三个齿的齿面中心出现了长宽深为120mm ×30mm ×14mm 的较大掉块剥落。

焊补工艺如下。

(1)根据齿轮轴材质选取T 857低合金焊条进行焊补,焊条以350℃烘烤2h 左右。

(2)清洗齿轮轴崩齿断口部位,剃尽断口裂纹。

用大号焊枪将焊补的齿和其邻近的齿逐渐加热至300℃左右,然后用500A 直流电焊机进行焊补,并留出不大的补焊余量,以便加工。

在焊补过程中仍需加热保温,施焊操作应连续进行。

焊完后还需再用焊枪在全齿长上均匀加热。

最后用玻璃纤维捆扎,以便缓慢均匀地冷至常温。

(3)根据设计的齿型参数作出齿形样板,将焊补齿面按样板修磨成型。

并视齿的磨损情况,修磨后的齿形比原有齿形小0108～011mm 。

2004年第1期张鲁松等:　冶金重载齿轮的修复技术43 (4)对焊补修磨成型后的轮齿逐个进行超声波探伤检查,对焊补修磨成型后的轮齿表面逐个进行硬度测定,并与设计要求的硬度值对照。