滚动轴承状态监测与故障诊断实用技巧

HEATS

　　齿轮类传动零件如齿轮、链轮、齿圈、齿条等是各类设备中常用的零件，其损坏的主要形式是齿面磨损和断齿。磨损或断齿后可用手工电弧堆焊的方法进行修复，这不仅能及时地保证设备正常运行，而且可节约大量备件费，具有显著的经济效益。本文介绍部分齿轮类传动零件堆焊修复成功的实例，供同行参考。一、齿轮轴断齿的堆焊修复

$ n x) e/ O- O* o 0 [2 B2 y9 J1 A! X7 ~! B3 Z4 B

　　中板轧机减速机的重型人字齿轮轴材料为50SiMnMoB钢，模数m=30mm，齿数z=24，齿宽b＝300mm，外圆最大直径为φ914mm，总长为2.75m，单重7.722t。该齿轮轴的平均使用寿命为1～1.5年，其损坏形式是磨损、剥伤、断齿等。当前国内只有少数厂家能生产制造。该厂曾采用堆焊方法修复了一个断齿多处，最大折断尺寸为200mm×40mm×45mm的报废齿轮轴，具体的修复过程如下：

# V4 R0 E# f2 ?% M

　　(1)用手持砂轮将断齿处底面修磨好，不允许有任何裂纹存在。焊前加热工件，用远红外线辐射电热器24片均匀装于所有齿顶面上，并用石棉布包裹好。加热约6h，工件温度控制在300℃左右。

　　(2)选用φ4mm的E308-16(A102)焊条和φ4mm的E8515-G(J857)焊条交替堆焊，焊前焊条应仔细烘干。

2 j: c1 v! K% s1 g j

　　(3)先用E308-16焊条打底焊，厚约4mm，再用E8515-G焊条堆焊16～20mm厚，接着用E308-16焊条堆焊厚约3mm的缓冲层，最后用E8515-G焊条将齿部堆焊完。堆焊过程中要使工件始终处于加热状态，并放于避风处，层间温度保持在300℃左右，每焊一层，要(趁热)用手锤用力击打各堆焊处30余次。整个堆焊过程要连续进行，一次完成。　　(4)堆焊后要保温4h，再缓冷。

　　(5)为了得到较好的齿形精度，应利用砂轮仔细进行人工打磨。

' r* q5 o* f; t9 a' P

　　对堆焊修复的齿轮轴进行了超声波探伤和硬度检验，均符合质量要求。

　　二、内齿圈的堆焊修复

# P s5 a; f- }' t8 b) G2 M

　　50t履带吊车的行走部分与上部平台的连接采用回转支承，其内齿圈外径φ1400mm，厚135mm。在制齿时，由于机床的误动作，将其中一个齿的齿厚铣去了一半，需要进行堆焊修复。内齿圈的材料为5CrMnMo钢，焊接性较差。内齿圈是经过调质处理的，而缺陷齿堆焊后不允许再进行相应的热处理，因此需要选择硬度与其相当的焊条和采用使热影响区不出现裂纹的堆焊工艺。具体堆焊过程如下：

2 }' H% J/ Q& `9 T( j+ _* q3 v

　　(1)仔细清除工件上的油渍、污物等。用氧乙炔焰将待堆焊齿及其周围预热到300℃左右。堆焊应在车间内进行，且四周要安置挡风板。

# ]3 t" q5 B$ F6 P2 l# F* D % S9 _6 C1 P3 k9 T

　　(2)选用φ3.2mm的E8015-G(J807)焊条堆焊，焊条经400℃、1h的烘焙。施焊时直流反接。

, P4 T& [; b( [7 N' q+ O+ d1 n , r( U. e n) g* b9 [# C

　　(3)将齿圈立放在支架上，使待堆焊齿面处在立焊位置。由齿根部开始，采用多道多层向上堆焊，每道焊缝的焊接方向相反。待堆焊至要求厚度后，转动齿圈，使齿的端面处于立焊位置，堆焊齿的端面和两侧面，直至全部焊完。每焊一道焊缝后，应仔细清理熔渣。堆焊过程中，层间温度保持在180～220℃。

" E9 D8 z4 \" `4 J1 i' x; e

　　(4)堆焊后立即用氧乙炔焰将堆焊处加热至300℃左右，然后用石棉布盖严，缓冷至室温。

7 o3 V- @' H% M3 Z- u6 B. d 8 Y1 u4 P- G* E3 v$ E" D5 G% G$ R

　　(5)用手持砂轮磨平堆焊齿的两侧面，再在插床上加工出齿形。

　　对加工后的堆焊部位进行磁力探伤和硬度检验，均符合齿圈的质量要求。

6 ]% R: X: y& u

　　三、链轮断齿的堆焊修复

" | Z0 E; ^1 u" B! P2 _

　　在一台起重机进行大修时，发现其行走传动机构中的链轮有两个齿从根部断掉。由于没有铣齿刀具无法重新制造，决定用堆焊方法修复。

　　链轮材料的化学成分为0.35%C、1.12%Mn、0.51%Si、0.32%Cr、0.17%Cu。齿面硬度大于50HRC。堆焊时先用普通低合金钢焊条堆成齿形，再用耐磨堆焊焊条进行齿形表面的堆焊。堆焊工艺如下：

5 M" Z7 v8 K! b ]0 p, r7 H

　　(1)焊前按齿形做一个能测量两个齿的样板，便于经常检查齿形。将链轮的断齿部分朝上平放，用钢丝刷刷净待焊表面和附近的铁锈，并将油污清理干净。用氧乙炔焰缓慢加热堆焊部位，预热温度约200℃，以防止堆焊时产生裂纹。堆焊应在室内无风处进行。

8 I# ]+ y/ A2 g$ M' S0 R

　　(2)选用φ4mm的E6016-D1(J606)焊条堆焊齿部，焊前焊条在400℃烘干2h；选用φ5mm的EDPCrMo-A4-03(D212)焊条堆焊表面层，施焊前焊条在150℃烘干1h。堆焊使用交流电焊机。

) n0 g. O! ?- v( {; k; h6 P+ i9 _

　　(3)首先用E6016-D1焊条在断齿面上堆焊。先焊中间，再焊四周，这样中间的焊接热量对原齿的表面淬火层起到一个退火作用，从而减小产生裂纹的倾向。采用短弧焊，焊完一层后清渣，并控制层间温度在150～200℃之间。堆焊层表面应尽量平滑，弧坑要填满，以防止产生弧坑微裂纹。齿部堆高时，应按齿形预留2～3mm厚的堆焊量，以便堆焊耐磨层。

　　(4)接着用EDPCrMo-A4-03焊条堆焊齿形表面，连续堆焊完成。焊后的齿表面要防止凹凸不平，以减少修磨齿形的工作量。

4 ?, O5 V% f" s) d( i

　　(5)焊后立即用石棉布盖住堆焊部位，使其缓慢冷却。

0 j5 x; n& _) m% A+ m' Z& j( d

　　(6)用手持砂轮对堆焊的齿部仔细进行磨削修整，用样板检查合格后，链轮即可使用。

& f6 Z' K, _; \5 W; ? C% { 2 O2 R5 Z; z5 K0 B& ]) y7 r

　　堆焊修复的链轮，经装机试用证明使用效果良好，使用中堆焊处未出现断裂、裂纹等缺陷，已正常使用了两年多。

4 U3 z( d$ `! o. t( [ 2 O+ z$ V# n4 i6 X4 D- |$ m! u

　　四、大型铸铁齿轮断齿的堆焊修复

* z6 U* X0 {0 n% R , C. ]+ T( L5 B& M( ^8 {+ A* t

　　大型铸铁齿轮轮齿根部断裂，齿轮材料为HT200。采用开槽堆齿法修复断齿，获得成功。这种方法勿需拆装齿轮，具有工艺简单、操作方便、焊缝质量高等优点。具体做法是：

8 s& z% C$ P( H2 ? 1 q' \/ q6 l/ J

　　(1)断齿表面用汽油清洗，并用钢丝刷刷干净。开U型槽，槽深8～15mm，宽5～10mm。开槽数根据齿根厚度而定。用氧乙炔焰预热断齿面，当槽边角出现暗红色时即停止加热，进行堆焊。

, ?; |3 i: w7 G' b : x A& X8 W! K M& r, Q

　　(2)预热后先用EZNiFe-1焊条将槽填满，再在整个断齿面上堆焊一层过渡层，最后用E4303(J422)焊条按齿形进行堆焊。采用交流、直流电焊机均可。必要时焊条按规定烘干。

8 W2 c( {9 ]! O( V , B+ A! t9 t# r5 J7 D$ D' J

　　(3)堆焊成形的轮齿，用锉刀打磨出齿形后，即可投入运行。

: z# p) {! t) i% O4 F& @; _

　　用开槽堆齿法修复的齿轮，使用1年多仍然完好，未出现轮齿变形和裂纹，并且堆焊的耐磨性比原齿好。

9 |+ c" u, Y; N+ K, S1 h- i# Q ' I. g5 I6 k: j8 _

　　五、龙门刨床工作台齿条的焊补

( v% K! a2 w: q: R+ g

　　B2152型龙门刨床工作台齿条中部打坏8个齿，齿条材料为Ht200。为保证齿条公差要求和焊后变形小，采用冷焊法焊补。

5 q B% F9 Q) R

　　(1)焊前用汽油和砂布将齿条上的油污擦净。用扁铲修整损坏的齿，使堆焊处呈圆滑过渡。

( e2 z3 [ d- C/ c- E1 b& I( s / a3 g* P" q+ {. w# E* z% p4 H

　　(2)选用φ3.2mm的EZNiFe-1(Z408)焊条进行焊补，焊条在使用前200℃、2h,的烘干处理。

7 z: f; M% ?' v

　　(3)堆焊时直流反接。工件不预热。采用直线运条法，每焊一道要进行清渣和锤击，层间温度必须保持在100℃以下。焊齿要留出加工余量。

　　(4)焊后检查，齿条基本未变形，仍在原齿条公差范围内。加工后未发现夹渣、气孔、裂纹等缺陷，经使用证明效果很好，完全达到了设备技术要求。【MechNet】 / U/ U- c5 q; j: @2 J' E+ ^

3 j! s+ U' z/ P& M. [0 s- S- I ; _+ N1 i w5 T+ _) M% p0 o' ? z