大型高壓電機主軸斷裂的緊急修復方法

河南省史迪歐公司總經理 楊鋼懷 原創

摘要  史迪歐公司通過對河南省某焦化廠高壓電機軸頭斷裂事故的處理，探索出了一種采用銷孔定位保護焊接的斷軸修復方法。本文對該事故原因分析、修復工藝制定、焊接加工過程、修后使用情況進行了詳細論述，對焦化廠電機軸頭斷裂時的緊急修復的工藝進行了總結。

關鍵詞 軸頭斷裂 銷孔定位 保護焊接 對接加工

0 引言

     大功率高壓電機在運行過程中發生傳動軸斷裂，是一種罕見的惡性事故。由于大型電機更換傳動軸十分困難，訂購新的電機轉子周期長，每次電機斷軸事故的發生都會對生產產生嚴重影響。如何對斷裂的轉動軸進行緊急搶修，以應對生產的急需，是修復行業的一個難題。我們通過對焦化廠煤氣風機主電機的實際修復，成功的試驗出了一種傳動軸緊急修復的方法。

1 設備狀況分析

1.1故障現象

     河南省某焦化廠一臺隔爆型三相異步電動機（型號為YB560M1-2、功率為630kw、電壓為6000V、轉速2985r/min），在運轉中出現了較為異常的震動和溫度升高。停車檢查，沒有查到明顯異常，懷疑是電機轉子在動平衡上出現了問題。

1.1.1  當史迪歐公司技術人員對轉子解體，將轉子的冷卻風機葉輪，聯軸器兩端軸承拆卸下來后，看到氣封位置有明顯的燒傷痕跡。

1.1.2  把靠近聯軸器端的軸承卸下后，發現該軸承靠近鐵芯處的軸肩處有一條非常細微用肉眼幾乎看不到的裂紋，經過用直徑為0.1mm的探針檢查，測得該裂紋的深度約為20mm，用鐵錘試著對該軸頭進行輕微敲打，該軸的軸頭就徹底斷落下來。

1.2故障分析

經過了解，這臺電機，曾經由于軸承跑內圓，軸承位磨損，該電機的軸承位被堆焊修復過。由于，在過去堆焊修復過程沒有制訂嚴格的修復工藝，造成了嚴重的焊接脆裂隱患，這是本次故障的主要原因。

2 修復方案

      根據現場實際情況，1）沒有備用電機及電機轉子；2）定作新的電機轉子周期太長；3）焦爐的兩臺風機僅剩一臺工作。必須在zui短的時間內，對已發生斷開的轉子軸頭進行快速修復。

2.1采用方法 為消除焊接變形的影響，聯軸器一側采用留有較大加工余量的代用材料。代用材料應使用性能相近的棒料，通過焊接、熱處理和時效處理后，再通過機械加工消除因焊接變形而產生的變性影響，以確保對修復軸的zui終精度要求。

2.2 選用材料 選用與主材成分相近的修補材料40Cr棒料。經過化驗，該電機的主軸材料為40Cr，其主要材料成分（%）如下：

2.3 工藝要求 按照設備技術使用要求，該電動機轉子的軸向跳應在≤0.03mm時可正常運轉。

防爆電機圖片                   斷頭圖片

按照設備使用技術要求，該電動機轉子的徑向跳動應在≤0.03mm時可正常運轉。而斷裂軸在運行過程中已經發生輕微變形，主要在A、B位置，如（圖一）所示。所以在焊接修復時，既要糾正因斷裂引起的變形，又要盡量減小焊接、熱處理過程中產生的變形，還要保證焊縫的修復質量。

       （圖一）                                 （圖二）

3 修復工藝

3.1焊接工藝

    為便于對軸的對接施焊，先把靠近鐵芯處的斷口處切平，再在該處按（圖三）要求，機械加工出以軸為中心的Φ30H7×100的定位孔，并鉆出Φ5的排氣孔。在定位孔外側加工出10°-15°的焊接坡口，坡口處過度圓角，半徑為R5，倒角為1.5×45° 并按（圖二）中所示，增加一套新的定位裝置（其中包括四爪卡盤、中心架等），這是一個關鍵的工序，而且較為繁瑣。要由機械工人和技術人員一塊采用多種調整方法，盡量達到工件在修復完工后，徑向跳動量在合格范圍內

（圖三）

其次，選一段Φ140×420的Cr40棒料，按（圖四）所示對40Cr棒料進行初加工，將焊接端加工出10°-15°的焊接坡口，坡口處的過度圓角，半徑為R5，倒角為1.5×45°。然后把初加工的軸頭與轉子上的定位孔進行對接。為保證兩工件的對接嚴實可靠，要先對轉子上的孔用氧氣乙炔火焰進行預加熱至200度左右。對接后保證其焊縫底部要留出6毫米的間隙。參看（圖二），以保證焊接底部焊縫的密實度。

     兩焊接件對焊接前的的準備工作很重要。首先要對轉子加工出Φ30×100孔的部位進行探傷檢驗，在焊接區不許有以前留下的脆性裂紋。如發現裂紋要提前處理掉，以保證其修復工件的焊接質量。焊接前用氧氣乙炔火焰在部件兩側加熱至200℃左右，并在整個焊接過程中保證其層間溫度不低于150度，但不得超過200度。焊接方法采用手工電弧焊，對所使用的Φ2.5和Φ3.2的857焊條進行100℃×1h烘干處理，烘干后迅速將焊條放入保溫桶內，隨用隨取。

 （ 圖四）                                   （圖五）

      對兩個焊接件的焊接過程要引起注意。首先用Φ2.5的焊條，沿整個坡口面堆焊一層，焊接電流為65—70A。然后在降低預熱溫度至200℃以下時，用Φ3.2的焊條進行填充和蓋面焊接。焊接電流為75—90A。進行整個焊接時，要求兩臺焊機，兩人在對面同時進行。這樣可以盡量縮小焊接件在焊接過程中的塑性變形。并采用多層、多道、短焊段的施焊方法，每次焊縫高度增加15mm時停焊。然后立即對焊接區進行適當錘擊，以減小焊接應力對工件的變形影響。要做到依次焊接，直至焊接工作完成。焊好后要求焊縫與母材圓滑過度，焊縫必須高出母材2mm以上。當焊縫冷至150℃以下時，立即對焊縫及其熱影響區用氧氣乙炔火焰進行加熱至400℃，并保溫至少一小時的熱處理。焊縫兩側的加熱寬度每側不得低于50mm保溫，用石棉進行保溫。保溫結束后，對焊縫和熱影響區進行著色探傷。檢驗不得有裂紋存在。如發現沒有裂紋，選用碳弧氣刨沿裂紋處開U形坡口，再采用以上方法對其進行補焊及保溫處理。若無裂紋等缺陷發生，在常溫下放置3—4天時間。待到焊接內應力徹底消除后，再按（圖五）圖紙要求，對其進行zui終機械加工。

修后做動平衡                 恢復運行

3.2機械加工

     加工時首先用四爪卡盤和中心架對轉子進行找正，其在鐵芯處徑外的跳動量要≤0.03mm，然后對軸承位進行精加工，將中心架移至新加工完成的軸承位處，并找正至軸的徑向跳動小于0.025mm時，對軸端加工中心孔。中心孔加工完成后，用尾座頂尖頂牢，再進行找正。然后，按（圖五）要求，完成對軸的修復部位的zui終機械加工。

3.3動平衡校驗

     電機轉子動平衡校驗是保證電機穩定運行的重要措施。動平衡試驗報告數據如下：

4 使用效果

     該電機經過河南省史迪歐公司修復投運后，已經正常使用了一年零三個月，目前，各項運行指標正常，筆者在投稿之前，又到現場對電機振動進行了測量，測得電機輸出端：垂直振動值1.8mm/s，水平振動值2.1mm/s，運行狀態優良。

5 結束語

     通過對這臺功率630 KW，型號YB560M1-2的隔爆型三相異步電動機轉子的緊急修復，使價值數十萬元的一臺報廢設備恢復到了完好設備狀態，為企業節約了資金；為企業恢復生產贏得了時間，減少了企業的經濟損失。