那些年老白的焊接故事:探索焊接王国—大型齿轮断处现场在线修复。

5月 6, 2022 资讯中心

2013年腊月二十三的傍晚,虽然天寒地冻;可大街小巷灯火通明热闹非凡。正当人们忙于回家过小年的时候,我和徒弟马万有受邹县电厂之邀;来到了亚洲第一大火力发电厂。该厂发电过程中某设备大型齿轮中的一个齿突然断裂(该大型齿轮由美国费城齿轮厂生产)。

该齿轮外径4.834m,厚度508mm,模数17.267mm,斜齿总数280个。齿轮呈立式两个半圆合成一个完整齿轮,重量16吨。断齿2/5在轮齿根部断裂造成轮齿和轮缘缺损,断齿2/5出现根部裂纹,断齿1/5完好(见图1)。齿轮的材质经光谱检测分析:42CrMo钢。

为了节省购买新齿轮的费用和赢得拆装更换新齿轮的时间,电厂领导研究决定:该大型齿轮在线修复。

大型齿轮在线修复具有简便快捷的特点,但必须克服现场安全环境、复合连接、仰面切割、磁偏吹利用、盲区焊接等困难。并对可焊性较差的金属,工艺制定没有坚持焊接材料“同材质、等强度”:而是通过“异质变质处理,调整焊缝组织,改进焊接工艺,提高焊接质量”。

1.“以人为本,安全第一”,在齿轮内焊接;场地非常狭窄。由于焊接时产生火花飞溅,极易引发火灾事故。润滑油必须清除,实在无法清除干净;就想办法采取其它辅助措施。

2.采用外科做手术的方法:拿石棉板和石棉布将润滑油隔离,只露出断裂齿轮的待焊部位。这样,既可防止焊接电弧产生飞溅引燃润滑油发生火灾;又能防止火花飞溅损伤其它齿轮的齿面。

3.按照焊接安全管理规定:通知安全部门到现场检查监督,焊接场地配备灭火器、砂箱等消防器材。防止发生意外,确保万无一失。

4.确认安全无误后,一人在齿轮箱内焊接;齿轮箱外有4人监护负责保证安全。工作完毕,检查现场无安全隐患后才能离开现场。

第二个特点是在42CrMo大型齿轮不预热缓冷的情况下焊接,并保证不产生焊接裂纹。

制定焊接工艺如同制定作战方案,要灵活机动不能教条。只有根据千变万化的工况和现实条件,才能制定出最佳解决方案。

42CrMo钢堆焊时采用42CrMo钢堆焊焊条,堆焊过程不预热缓冷总会有翠苑淬硬倾向;堆焊有时甚至产生裂纹。大型齿轮在线修复,在现场实施“焊前预热、焊后缓冷”非常困难。但42CrMo钢齿轮与栽丝的不锈钢螺栓焊接时,由于42CrMo钢一侧的金属脱碳,反而会使淬硬倾向减小;对42CrMo钢与不锈钢的焊接有利。

在线焊接大型齿轮时,可免去“焊前预热、焊后缓冷”的焊接工艺;从而实现了通过“异质变质处理,调整焊缝组织,改进焊接工艺”达到提高焊接质量的目的。

为防止堆焊轮齿在使用中发生断裂,在轮齿堆焊部位增加了不锈钢螺栓栽丝的机械连接。将机械连接和焊接结合形成复合连接,可进一步提高轮齿的强度和韧性(见图2)。

为提高临近轮齿的强度和韧性,在轮齿堆焊部位背面的轮缘纵向处增加2道不锈钢加强筋。并与横向栽丝不锈钢螺栓呈T字型交叉焊接成一体,增加受力面积(见图3)。

不锈钢螺栓栽丝后,焊前轮齿的根部还需要清根、开坡口。由于齿距间隙窄小,操作角度受到限制;使用手砂轮和碳弧气刨在抢修现场都很难实现。但在抢修现场,天津大桥牌THT704氧化铁型切割条非常是适用于切割、割槽、开坡口。

将待焊接开坡口的位置置于仰面位置,将切割条弯成弧状;利用电弧吹力清根割槽。

由于仰面切割,切割时既便于观察割槽操作又不易挂渣;能够保证切割槽的优质(见图4)。但仰面切割时熔渣下落,操作者容易被烫伤。

第五个特点是42CrMo大型齿轮的堆焊层,既保证其强度又要保证其耐磨性还不能剥离。

堆焊层的焊条选用很重要,不一定都要依据“同材质、等强度”的选材原则;要根据实际情况而定。

1.堆焊42CrMo钢轮齿与栽丝不锈钢螺栓时,选用A307电焊条做42CrMo钢与不锈钢的过渡层。

2.堆焊42CrMo钢轮齿齿面时,选用J507电焊条取代D172电焊条做过渡层。

3.堆焊最后的表面层改用D172焊条,以保证其轮齿的表面层达到“同材质、等强度”要求。

由于选用A307电焊条和J507电焊条,焊接电源又采用直流反接;容易产生电弧的磁偏吹。在正常焊接情况下,电弧磁偏吹对焊接操作不利。但因齿距间隙窄小和在轮齿堆焊部位背面的2道不锈钢加强筋间距窄小,使焊条的焊接角度与焊缝几乎平行。

在无法调整焊接角度,焊条即使弯成弧状也不便焊接操作时;可把电弧磁偏吹的不利变为有利。巧妙地把磁偏吹运用到几乎平行的窄间隙焊接位置操作上,并获得优质焊缝。

第七个特点是轮辐加强筋焊接位置狭小隐蔽,连镜子反光也看不到的焊缝;只能进行盲区焊接。

在狭窄的齿轮箱内焊接轮缘不锈钢加强筋时,会遇到戴着墨镜和搁置反光镜也无法看到的隐蔽焊缝。只能采用盲区焊接方法中的手工电弧焊操作技艺,不靠眼的视觉;而靠耳的听觉和手的触觉进行焊接操作。

“犄角旮旯看不见,熟能生巧靠盲焊”,通过娴熟的焊接操作技艺;焊接出优质焊缝。

第八个特点是42CrMo大型齿轮现场在线修复后,正常使用看不出来修复的痕迹。

焊后以其它未焊齿轮上拓出的齿轮模型为基准,精益求精;打磨、抛光堆焊修复后的齿轮。

经过各项焊接检验后,将大型设备加注润滑油运行;焊接应力的消除也在运行过程中进行。与原材料的加工保持一致,没有异议。

上述焊补修复方案开创了大型齿轮在线修复的先例,针对外国专家“只能换新、不能修复”的定论;我们“挑战不可能”,得到了令人满意的结果。经历一段时间的使用,工作运转一切正常;从外观检验上根本就看不出大型齿轮断裂后修复的痕迹。