大型往复式压缩机曲轴修复方法探索与研究

大型往复式压缩机曲轴修复方法探索与研究

张连飞

安阳化学工业集团有限责任公司河南省安阳市455000

摘要：本文通过笔者多年的工作经验，重点对比分析曲轴修复过程中采用低温镀铁工艺、激光熔敷焊工艺、磨轴变细配加厚瓦工艺三者优缺点，并运用现场实践进行深入解析，充分探索大型往复式压缩机曲轴修复方法，为同行业曲轴修复提供建设性意见。

关键词：往复式、压缩机、曲轴、修复

1引言

曲轴是往复式压缩机传递运动的最主要部件，电机拖动曲轴旋转，通过连杆、十字头，使活塞在气缸内做直线往复运动。压缩机在正常运行过程中，由于曲轴的曲拐轴颈与连杆大头瓦配合形成的磨擦副做360°回转运动，无法对该部位温度进行有效的时时在线监控。现有的监控手段主要以日常油品杂质检验分析和定期检修两种形式为主进行确认。实际情况是，一旦人为发现操作异常，该部位曲轴轴颈一般都已出现不同程度损伤，需停机进行修复。

2低温镀铁工艺

低温镀铁工艺历史悠久，发展运用于上世纪八十年代，其低成本高效率的特点广泛运用于军工、化工、冶金等重工业机械零件修复领域，当前已经得到长足发展。低温镀铁工艺主要原理为：运用不对称交流一直流电在较低温度（4℃即可开始镀）下进行的镀铁工艺。是通过特种设备制造高频电场环境，在运用一定手段，使交流电两个半波不相等，通电后较大的半波使工件呈阴极极性，镀上一层镀层；另一个较小的半波使工件呈阳极极性，将部分镀层电解掉，这样逐渐增厚镀层。低温镀铁设备简单，所得镀层均匀，表面较平滑，结合强度高。该修复技术性能关键特点如下：

1、镀铁层硬度高，通过工艺控制可调整硬度范围，洛氏硬度最高可达63-65。

2、镀铁层耐磨性能相当于或高于经过淬火的45号钢。

3、镀铁层柱状晶垂直于基体表面，晶粒超细化，尺寸约为25-50nm，是冶炼金属的1%。

4、镀铁层是经过机械(磨削)加工后，宏观观察表面致密，无缺陷。

5、镀铁层与基体合成一体，镀层与基体结合强度较高。可达450nm/mm平方，铲削试件任何部位的镀铁层均不能使镀铁层与基体剥离。在大磨床上磨削镀铁层至基体，见不到结合界面，试件纵，横截断面经抛光，用35硝酸酒精腐蚀后放在显微镜下，放大400--1000倍可观察到镀铁层的铁素体与基体铁素提是连续的。

6、将试件加热300-400，保温一小时取出泡在冷水中，然后铲削试件任何部位，而在镀层与基体结合截面没发现剥离。

7、镀层表面有微裂纹，呈网状，有较好的储油性能和良好的耐磨性。

8、在零件的本身强度和疲劳强度未达到极限的前提下，镀铁修复后零件的使用寿命可与新件媲美。

9、低温镀铁沉积效率高，约0.6--1mm/h，镀层一次可达2mm。

图1曲轴修复面

我公司一套合成氨尿素系统1#6D32压缩机2012年5月份五段大轴φ350mm拉伤后一直带病运行，存在较大的安全隐患。五段大轴拉伤部位如何修复成为困扰公司的难题，公司技术人员通过联系相关厂家采用低温镀铁技术对拉伤部位进行彻底修复，2013年8月进行了大轴返厂采用低温镀铁技术进行全面修复，分别对五段、一段、四段采取低温镀铁技术后，曲轴各段尺寸恢复到原来尺寸，开车后，五段曲轴箱响声得到彻底解决（图1）。经过后续测量镀件立式悬挂在40℃的镀液中而不产生热应力，所以曲轴或工件不变形，镀层硬度科随意控制在HRC45°～58°之间。本次采用低温镀铁技，不仅解决了五段大轴拉伤缺陷，另外也彻底将一段、四段轴颈存在的遗留问题一并解决，扭转了因甩瓦频繁更换造成压缩机检修的局面，目前压缩机运行状况良好。

该技术在压缩机曲轴修复方面，能够达到快速修复，及时投用的目的。但是也存在修复后的部件在长时间运行后仍然存在修复表面有缺陷后油进入修复表层内部造成该镀层运行出现掉块，脱落的隐患和风险。

3激光熔敷焊工艺

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素（图2），与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

图2激光熔敷焊工艺流程图

高能激光沉积技术特点：热影响面积小，零件变形小或不变形。激光束的高密度能量使加工区域迅速升温和降温，这几乎是一个绝热的快速加热和冷却过程。熔敷层冶金质量好，结构紧凑，无气孔、裂纹、熔渣等焊缝缺陷，硬度均匀。液相合金以平面界面方式凝固，形成一定宽度的薄带。涂层粉可根据基材和使用要求任意配比，可满足不同的维修要求。金属沉积厚度小，加工余量小。

我公司7#6M62往复压缩机第五段曲拐轴颈表面磨损划伤约2.0mm，从Φ360减径至Φ356，已无法正常使用，经过多方联系，采用激光熔敷焊工艺恢复至原使用尺寸Φ360。曲轴修理前对修复部位尺寸、曲轴的跳动值、张合度、平行度进行检测；重点检测受伤曲拐轴颈径向角度是否发生变化。结合工况环境，选择与基体相符的专用金属粉料进行激光熔覆并保证基体与熔覆层为冶金结合，结合强度高。熔覆过程中基体温升≤80℃，基体在激光加工过程中仅为表面微熔，微熔层为0.05~0.1mm，热影响区小，仅为0.1~0.2mm。最终修理部位激光熔覆层厚度在实际尺寸上增加1.0mm，以确保足够的机械加工余量。修复部位表面粗糙度可恢复至0.8μm。

经过修复后，对该段曲轴进行定期拆检，总体效果较大。

4磨轴变细配加厚瓦工艺

磨轴变细配加厚瓦为常规简单曲轴修复技术，仅需简单均匀磨轴工具，并定制相应间隙轴瓦，配合适当后方可安装使用，其价格低廉，工艺简单，广受中小企业推崇，运用与冶金、石油等对工件精度要求不高的粗放行业。但如若操作不当就会出现轴瓦滑动或者烧瓦现象，弊端较多。某化工化肥公司压缩机、泵曲轴拉伤后，以往主要采取对曲轴磨细修复的技术，将原来受伤部位磨细，然后在修复位置加厚轴瓦。一方面曲轴磨细部位强度就会降低，容易从磨细部位出现断裂事故，存在安全隐患，另一方面该部位的轴瓦进行了加厚，与原来的备品备件不统一，不利用采购，也不利于日常的设备管理。

5结语

综上所述，传统的轴磨西配加厚瓦更为简单，但轴磨细后强度会下降，且到一定加工量后不能再磨只能报废，同时磨细后需要配加厚瓦，备件特制，型号规格不统一。低温镀铁工艺能修复至原尺寸，但长时间运行特别是修复表面有缺陷后油进入修复表层内部造成该状况镀层运行出现掉块，脱落的情况。对于曲轴颈运转部位的修复选择激光熔敷焊对比三种加工方法的优缺点，最终得出激光熔覆的优点显著，效果最优。

参考文献

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