[发明专利]大型动力机械的轴及其轴颈表面的修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，具体是一种在精加工后的大型动力机械的轴表面堆焊的方法。

背景技术

大型动力机械的轴是动力设备的核心传动部件，其重量及载荷很大，不能采用滚动轴承，只能采用滑动轴承。大型动力机械，转子质量大、转速快，其轴一般采用强度较高的材料制造。对于高温工况的动力机械，如汽轮机，轴一般采用含Cr较高的耐热钢材料制造，因Cr的含量较高，硬度较低，转子轴颈容易磨损。当轴颈的磨损量超过允许值时，整个转子就得报废，造成巨大的损失。由于这种大型轴的尺寸很大，采用现有的热处理设备，无法对轴颈表面进行渗碳、渗氮等硬化处理。日本一家公司试图对这种轴颈表面作硬化处理，以提高耐磨性，其技术手段是在轴颈表面喷涂一层耐磨涂层。由于涂层与轴不是冶金结合，在转子高速运转时容易脱落，反而将轴瓦表面被拉毛，该方案最后以失败告终。迄今为止，这种大型轴的表面均未作任何硬化处理。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种大型动力机械的轴，其轴颈表面有耐磨层，可提高轴的使用寿命。

本发明的目的之二，是提供一种大型动力机械轴颈表面的修复方法，以降低轴的报废率。

实现上述目的的技术方案是：

一种大型动力机械的轴，所述轴的轴颈表面有耐磨层，该耐磨层是合金堆焊层，合金堆焊层的材料与轴的材料可实现冶金结合，合金堆焊层的材料硬度低于轴的材料硬度。

所述轴用12Cr材料制成，合金堆焊层是Cr-Mo合金堆焊层。

所述Cr-Mo合金堆焊层的厚度为2～8mm。

所述Cr-Mo合金堆焊层中：Cr的重量份占Cr-Mo合金总重量的1～2％。

一种大型动力机械轴颈表面的修复方法，步骤包括：

(1)对轴颈部分进行清洗，去除表面的氧化层和油污；

(2)采用微弧等离子堆焊工艺，在轴颈表面堆焊合金堆焊层；

(3)堆焊完成后，对轴颈部分回火、去除应力；

(4)对轴颈部分进行切削加工，使其尺寸和粗糙度满足设计要求。

所述堆焊采用分层堆焊法，每层的厚度为1.0～2.0mm。

所述合金堆焊层是Cr-Mo合金堆焊层，所述Cr-Mo合金堆焊层的第一层是过渡性的封Cr层，该层的Cr的重量份为2～4％；布置在封Cr层以上的堆焊层是工作层，该层的Cr的重量份为1～2％。

所述堆焊的层间温度小于150℃。

所述回火使用履带加热器，回火温度为600～700℃，回火时间为8～12h。

本发明产生的有益效果是：

大型动力机械的轴颈表面硬度提高，轴的使用寿命长。

轴颈修复工艺解决了在精加工后的大型轴轴颈表面堆焊的技术难题，成功运用在1000MW的汽轮机转子轴颈的修复上。同时，本发明采用堆焊的方法，合金堆焊层与轴是冶金结合，因此堆焊层表面平整、焊缝质量稳定、工件变形小、厚度较薄，且较薄的堆焊层就能够满足表面硬度和化学成分的相关技术要求。

本发明对目前对大型轴的表面硬化处理具有重大意义，易于大规模推广和使用。

具体实施方式

本发明针对大型动力机械的轴无法采用常规热处理设备进行轴颈表面硬化处理的问题，提供一种大型动力机械的轴，该轴的轴颈表面有合金堆焊层，提高了轴颈的耐磨性能，可延长轴的使用寿命。

堆焊的原则是：合金堆焊层的材料与轴的材料可实现冶金结合，合金堆焊层的材料硬度低于轴的材料硬度。

依据此原则，可加工出满足各种工况使用的大型轴。

例如：汽轮机转子轴处在高温工况中，一般用12Cr爱热刚制造，其轴颈表面耐磨层可用Cr-Mo合金堆焊，该Cr-Mo合金堆焊层的厚度为2～8mm。针对轴直径的不同，Cr-Mo合金堆焊层中的Cr含量也不同，保证Cr元素的重量份占Cr-Mo合金总重量的1～2％，使得该Cr-Mo钢层得表面硬度HV：160～280。

本发明还提供一种大型轴轴颈的修复方法，是用一种耐磨材料在轴颈表面堆焊起来，再通过切削恢复原来的尺寸。

旧轴修复的技术难点在于，轴的其它部分已经精加工完成，堆焊时的热量传导将是这些部分变形，因此，采用什么堆焊工艺，才能使轴的温升最慢、变形最小？

例如：汽轮机转子轴的修复，轴颈加工面积大、转子材料焊接性能较差，用常规的方法如埋弧焊等无法满足其变形、堆焊区性能等各方面的要求。因此，要在这种精加工后的大型轴表面重新作表面处理，并且不能改变该轴的尺寸，加工难度十分大，国内外尚没有可行的办法。

本发明对汽轮机的转子轴颈进行修复，采用以下步骤：