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    38大型压缩机曲轴修复技巧.pdf

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    38大型压缩机曲轴修复技巧.pdf

    第43卷第6期 2014年11月 石油化工设备 PETR0一CHEMICAI EQU1PMENT VoI.43 NO.6 NOV.2O14 文章编号10007466201406009304 4M32194/38大型压缩机曲轴修复技巧 刘新尚 ,袁向东 ,袁辉耀。,杨 伟 孙继红。 1.河南省锅炉压力容器安全检测研究院驻马店分院,河南驻马店463000; 2.河南顺达化工科技有限公司设备部,河南驻马店463000; 3.章丘搏丰工程技术应用有限公司,山东章丘250200 摘要活塞式压缩机是化工生产系统中的重要设备,曲轴是其核心部件。曲轴受力复杂、加工复 杂、价值昂贵且少有备件,突发故障后必须抢修,以恢复生产需要。分析了曲轴缺陷产生的原因,运 用金属材料学、电化学及多种机械制造工艺理论,采用电镀、焊前预热、焊后热处理、机加工及配制 补偿轴瓦的有效方法,通过过程质控点的控制与尺寸链封闭环精度的保证,较好地完成了曲轴直至 整套压缩机的修复任务。 关键词活塞式压缩机;曲轴;修复 中图分类号TE964;TQ051.21 文献标志码B doi10.3969/j.issra 10007466.2014.06.024 Skills of Repairing the 4M32194/38 Large Compressor Crankshaft LIU Xinshang ,YUAN Xiang-dong ,YUAN Huiyao ,YANG Wei ,SUN Jihong 1.Zhumadian Branch,Henan Province Institute of Boiler and Pressure Vessel Safety Testing,Zhumadian 463000,China; 2.Equipment Department,H enan Shunda Chemical Technology Co.Ltd., Zhumadian 463000,China; 3.Zhangqiu Bofeng Engineering Technology Co.Ltd.,Zhangqiu 250200,China AbstractPiston compressor is the“heart”in the chemical production system,and crankshaft is the core of the heart.This component is complexly stressed,complexly processed,valuable,lack of spare parts,and must be repaired urgently after a sudden breakdown to resume production. The metallic materials science,electrochemistry,and various theory and technology of mechani cal manufacture were utilized to complete the task of repairing the crankshaft and piston compres sot successfully by electroplating scientifically,heat treating before and after welding,processing the matching bearing bush,controlling the quality control point and assuring the precision of the dimensional chain and sea1 ring. Key wordspiston compressor;crankshaft;repairing 201304,河南顺达化工科技有限公司净化车间 压缩工段关键设备一号4M32194/38型一氧 化碳压缩机突发异常响声,紧急停机、置换后拆检发 现,曲轴第二级曲拐颈磨损,第四级曲拐臂根部即 曲拐靠近主轴的位置出现180 mm110 mm的十 字型裂纹,裂纹宽度0.08~0.10 mm。进一步采用 超声波检测到该裂纹深度为50 mm,裂纹位置处于 弯、扭组合受力处,在曲轴整体受力分析中属危险截 面,不能继续投用,否则存在裂纹扩展、曲轴整体折 断、曲轴箱被破坏的重大设备事故安全隐患。 收稿日期2014-06一I1 作者简介刘新尚1963一,男,河南驻马店人,高级工程师,学士,主要从事承压类特种设备安全节能技术研究工作。 石油化工设备 2014年第43卷 1缺陷产生原因 2修复方案论证 曲轴是压缩机的核心部件,传递着压缩机的全 部功率,将电机的旋转运动通过连杆转变为活塞的 往复直线运动,曲轴受方向和大小均匀周期性变化 的气体惯性力,以及由此产生的拉应力、压应力、交 变弯曲应力及扭转应力作用,会产生疲劳、振动u]。 同时,受活塞反作用力和离心力的作用,曲轴颈和主 轴颈还会产生不均匀摩擦磨损和变形,故要求曲轴 要有足够的强度、刚度及良好的耐疲劳、耐磨和抗振 的综合力学性能 ]。曲轴常用40钢、45钢及 42CrMo等优质合金钢锻件通过机加工而成 ,其 磨损主要是日常运行中轴瓦损坏导致的轴颈磨损, 轴颈与曲柄联接处是最严重的应力集中点,最易发 生疲劳断裂 ]。 该压缩机活塞推力32 t、转速333 r/min、配套 电机功率2 200 kW,属于大型压缩机。经表面实 测、超声波检测及碳气刨剥离检查,认为本次曲轴裂 纹属内部锻造缺陷,焊补修复未熔透形成了夹生裂 纹,长期使用后受交变应力影响,裂纹逐步扩大 ]。 2.1 确定修复方案 曲轴修复的总体思路是重新定做1根新曲轴, 对旧曲轴进行修复做生产应急备用。该曲轴的长度 为4 125 mm,主轴颈尺寸为O310 mm,曲拐颈尺寸 为029o mm,单轴质量为3 310 kg,材质为45钢锻 件。原厂的曲轴生产工艺为机加工后调质处理磨削 而成,主轴颈和曲柄销颈硬度为50HR~63HR,表 面粗糙度为R 0.2 ml8],使曲轴达到外硬内韧、抗 磨、耐疲劳的效果lg]。 经过多方的分析论证,最终确定曲轴第四级曲 拐臂根部裂纹缺陷的修复工艺为打磨去净一焊前预 处理高强焊接焊补修复一焊后热处理一车磨恢复 相邻主轴颈的装配精度。 确定的曲轴第二级曲拐颈磨损缺陷的修复工艺 为低温电镀堆积金属面磨削恢复尺寸精度[1叽”j。 2.2 修复难点及应对要领 曲轴关键部位的制造精度和形位公差要求很 高,精度等级要求不低于表1l 。 表1 曲轴形位公差精度要求 此次维修的重点是防止产生焊接应力裂纹,控 制焊接变形,焊后机加工时通过合理选择解修理尺 寸链及磨削定位基准,来保证曲轴的合理形位公差 及其与曲轴箱和连杆的装配精度。 该曲轴原表面状态经过调质处理,硬度较高,必 须进行相应的焊前预热及焊后热处理,以减少焊接 变形引起较大的形位公差与焊后表面质量较差等情 况,满足压缩机装配及运行的需要 。 采用堆焊工艺修复裂纹,即采用焊接工艺将填 充金属熔敷在曲轴颈上,以获得特定的表面性能和 表面尺寸,提高耐磨性[14,1s]。该曲轴材质属中碳 钢,碳当量较高,焊补时在焊缝内,特别在弧坑处非 常容易产生热裂纹。另外,焊缝及热影响区的氢随 焊缝的冷却而向热区扩散,热区的淬硬组织受氢的 作用而碳化,因收缩应力而导致裂纹产生。为解决 曲轴材质可焊性较差的难点,要进行曲轴的局部预 热,选用抗裂性能较强的铬镍不锈钢焊条,并设法减 少母材溶入焊缝金属中的比例。应采用V型坡口, 第一层焊缝采用小电流、慢焊速,注意母材熔透,避 免产生夹渣和未熔合等缺陷,同时注意避免焊补区 与焊件整体产生过大的温差,焊后尽可能缓慢冷却 并进行低温回火,以消除部分焊补应力、提高硬度、 增加耐磨性,从而提高曲轴使用寿命 ”]。 3修复过程 3.1 第四级曲拐臂裂纹修复 采用碳弧气刨彻底清除裂纹缺陷,形成边长 200 mm200 mm180 mm、深度最大处为65 mm 的三角形凹坑,经着色渗透检测确认无残留裂纹。 焊前用电加热毯包裹曲轴颈区域,加热到 160。C。采用A022不锈钢焊条铺底焊接,增加焊 补层与基层的熔合性。留3 mm面层,采用wH JS07GR高韧性低合金钢焊条盖面,焊接时后面的 焊道要多覆盖前面的焊道,重叠幅度以1/3为宜,以 第6期 刘新尚,等4M32194/38大型压缩机曲轴修复技巧 保证焊缝光滑平整,减少母材溶入量。表层焊道与 主轴颈圆周方向应当一致,以保持与磨粒运动方向 一致。通过这些措施可以提高修复曲轴的抗冲击、 抗断裂韧性,减小表面裂纹倾向,增加表面硬度,提 高耐磨性 。 焊后用电加热毯在650℃保温4 h,之后在2 h 内降到300。C,而后断电覆盖岩棉空冷至室温。 在车床上用两端中心孔定位检测,以焊缝为中 心收缩相对两端向前拱出0.35 mm,焊缝修复处的 主轴颈向前拱出0.35 mm,相邻右侧观察者角度 主轴颈向前拱出0.20 mm,其余径向及端面跳动无 明显差异。车削焊接面至原主轴颈外圆面露出金属 光泽,车削后实测轴颈尺寸为 3lO一o.6omm, 留0.10 mm的磨削加工余量_】 。。1。 用调整法解修理尺寸链,即在设备修理或装配 时,用调整的方法改变补偿环的实际尺寸或位置,使 封闭环达到公差与极限偏差的要求。在该曲轴中心 至轴承底座的尺寸链中,曲轴半颈与瓦合金厚度为 组成环,瓦背至轴承底座高度为闭环,为保证曲轴至 轴承底座中心高度不变,选取瓦合金厚度为调整环。 在外圆磨床上以两端主轴颈定位,磨削中部的2个 主轴颈,中部主轴颈原尺寸为 310h6 mml_2 ,为了 消除中部焊接变形的影响,以两端主轴颈为定位基 准,轴颈外圆车、磨加工后比原尺寸小0.8O mm,为 0310一0.80mm。为补偿该尺寸链的变化,保证 维修尺寸链闭环,更换了调整补偿件,在主机装配现 场重新制作了2个加厚0.40 mill的轴瓦,这样既能 将曲轴焊接变形的影响消除,又保证了原有曲轴在 曲轴箱内的公差与装配精度的要求 。修复后 的曲拐臂见图1。 图1修复后的曲拐臂不图 3.2 第二级曲拐颈修复 采用电镀修复法堆积金属面,即用电化学的方 法在曲拐颈表面上沉积所需形态的金属涂层,从而 修复曲拐颈的尺寸精度并改善其表面性能。笔者采 用低温镀钢法,选用4050 oC的电解液及不对称交 流电源,获得了力学性能较好的镀层,镀层与基体金 属有较高的结合强度约300 MPa和硬度约 50HRC,耐磨性较好,接近45钢淬火组织,疲劳强 度不低于原来的71 。通过镀前预处理、侵蚀、电 镀、镀后处理等工序,恢复了该曲拐颈0290 mm的 尺寸,并留有下一步磨削工序的加工余量。 用互换法解修理尺寸链,即在修理设备时,对组 成尺寸链各零件尺寸按规定的精度制造或修复,装 配后即可达到封闭环要求的精度。用互换法解修理 尺寸链可以简化装配工作,便于备件供应和管理。 对该曲轴,在外圆磨床上以两端主轴颈定位,磨削第 二级曲拐颈,按其原0290h60、一0.032mm的制 造精度与公差来磨削,可以立即使用原厂连杆大头 瓦成品备件,无需调整即可满足曲拐与连杆间的装 配精度需要 。 4 结语 2013-05曲轴修复完成后装配投用至今,间歇 开机运行正常,实现了备用目标。新定制的曲轴已 到现场进行了更换,顺利实现了平稳过渡。 化工生产中对可靠性要求很高,核心设备一旦 突发故障,就必须综合运用多种机械修复技巧,快速 解决问题,确保化工生产稳定 。文中所述曲轴 修复技巧对同类设备的修复具有借鉴意义。 参考文献 [1]任晓善,王治方,胡锡章.化工机械维修手册[M].北 京化学工业出版社,2004. 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