馮映科

摘要：2250熱軋粗軋萬向軸是軋線的關(guān)鍵設(shè)備之一，然而長期處于高負荷、重載荷的環(huán)境中運行，易造成萬向軸的叉頭部位磨損過大。目前針對叉頭磨損過大的情況，主要通過更換新的萬向軸來解決問題，造成生產(chǎn)成本的增加。由于激光熔覆材質(zhì)更加耐磨，通過激光熔覆方式，恢復(fù)萬向軸叉頭原有孔位尺寸補償，延長原有萬向軸的使用壽命，提高設(shè)備的使用率，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，該修復(fù)方法具有可行性。

關(guān)鍵詞：萬向軸;激光熔覆;修復(fù);生產(chǎn)效益

中圖分類號：TG333.17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0100-02

0? 引言

冶金設(shè)備價格昂貴，且經(jīng)使用一定周期后，零部件磨損，部分功能失效，若更換新的零部件，采購時間長，且成本高。可通過綠色再制造的修復(fù)，恢復(fù)原有設(shè)備的功能，降低設(shè)備的使用成本，提高企業(yè)的競爭能力，實現(xiàn)綠色循環(huán)發(fā)展的必由之路之一[1]。

萬向軸作為寶鋼2250熱軋線粗軋的主要傳動設(shè)備，在熱軋生產(chǎn)線的緊湊布局中實現(xiàn)不在同一軸線上且兩軸線較大夾角下情況下動力傳輸。

粗軋的附近都是高溫高濕的環(huán)境，萬向軸負載較大。由于以上因素的影響，容易造成萬向軸的叉頭磨損過大，從而造成萬向軸在工作過程打滑、振動等現(xiàn)象。張博等人針對萬向軸叉頭微量磨損情況提出有效的解決方法[2]，其方法不適用在修復(fù)磨損量過大的萬向軸，目前只能采用新制萬向軸來替換，從而增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。在整根萬向軸的制造過程中，叉頭的成本占其比例不超過15%，因此，通過修復(fù)叉頭部位，更換新的十字包與其配對，重新投入生產(chǎn)，修復(fù)成本低，修復(fù)后的叉頭耐磨性更好，符合國家節(jié)能減排的政策，綠色環(huán)保。

激光熔覆的表面具有良好冶金結(jié)合，并且稀釋母體成份低及變形量小。激光熔覆常作為冶金設(shè)備再制造修復(fù)的一種途徑之一[3]。董澤軍等人成功利用激光熔覆對軌梁廠的軋機牌坊進行修復(fù)，取得良好的成效[4]。韓晨陽等人對不銹鋼冷軋輥表面利用Ni60自熔性合金粉激光熔覆，分析激光熔覆各參數(shù)的影響，利用最佳的參數(shù)組合獲得最優(yōu)的修復(fù)效果[5]。詹臺凡亮等人以不同鐵基粉末作為打底層、過渡層和工作層，對42CrMo材質(zhì)的扁頭套工作表面進行熔覆，結(jié)果表明熔覆層良好，扁頭套的修復(fù)質(zhì)量得到保證，有效提高扁頭套使用壽命[6]。裘偉峰等人通過激光熔覆在層流冷卻輥表面來提高輥子的使用壽命周期，兩年以上的使用壽命達到進口件的使用時間指標(biāo)[7]。

因此，本文利用激光熔覆的方法修復(fù)萬向軸叉頭，從綠色制造角度出發(fā)，闡述其修復(fù)的必要性。

1? 萬向軸叉頭修復(fù)試驗材料選用

萬向軸叉頭的材質(zhì)是用合金結(jié)構(gòu)鋼34CrNi3Mo鍛造的，利用熱處理工藝手段提高叉頭的機械使用性能。其材料的化學(xué)成分為C：0.3%至0.36%、Mn：0.05%至0.8%、Si：0.3%至0.6%、Cr：0.9%至1.2%、Ni：1.5%至1.8%、Mo：0.35%至0.5%、P≤0.015%、S≤0.007%。由此可知，叉頭的材質(zhì)具有可焊性差和對裂紋敏感指數(shù)高的特點。

如圖1所示，萬向軸的叉頭使用過后尺寸磨損嚴(yán)重，單邊磨損量出現(xiàn)大于1mm以上，磨損表面出現(xiàn)大大小的坑洼，必須恢復(fù)原有叉頭的形位尺寸方可恢復(fù)萬向軸的使用功能。

2? 萬向軸修復(fù)工藝流程

萬向軸的修復(fù)工藝：先對萬向軸的叉頭部分進行拆解和清洗，接著磁粉探傷整個叉頭部位，鏜削修復(fù)部位疲勞層，然后激光熔覆，并鏜叉頭內(nèi)孔，最后修復(fù)后探傷。

2.1 拆解和清洗萬向軸的叉頭

萬向軸為SWP類型萬向軸，因此先拆卸萬向軸叉頭上的螺栓，然后將法蘭側(cè)的叉頭分離，再分離十字包，最后將所有配件均解體完成。叉頭本體上遺留較多的干油，需要進行清洗干凈后方可進入探傷。

2.2 探傷萬向軸的叉頭

萬向軸的叉頭是萬向軸受力的核心部位之一，運行中反復(fù)受到較大的交變載荷，經(jīng)使用一段時間后在叉頭的表面容易產(chǎn)生裂紋源。為了保證修復(fù)后的叉頭可靠性，對其叉頭部位采用磁粉探傷，并按照J(rèn)B/T5000.15-2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.3 鏜削萬向軸的叉頭

針對萬向軸叉頭磨損的部位進行鏜削，祛除表面磨損層和疲勞層，顯現(xiàn)出母材本體的金屬光澤，為了保證熔覆質(zhì)量，母體的光潔度在一定粗糙度范圍。

2.4 激光熔覆萬向軸的叉頭

由于叉頭的材質(zhì)具有可焊性差和對裂紋敏感指數(shù)高的特點，因此采用鐵基牌號603作為本次激光熔覆的粉末。由于鐵基材料具有良好的熔覆性，因此采用一種材質(zhì)多層熔覆到位，保證一定的機械加工余量即可。其激光熔覆的粉末化學(xué)成份為C：0.07%、Mo：2%至2.5%、Ni：32%至36%、Cr：18%至22%、Si：0.9%至1.3%、B：0.7%至1.3%、Nb：0.8%至1.2%。

本次萬向軸修復(fù)的激光熔覆設(shè)備功率為3kW;采用純度大于99.99%的氬氣為保護氣體，流量為13-25L/min;送粉量為5-7g/min，熔覆槍頭移動的速度為1100-1200mm/min。激光熔覆前將粉末烘烤干燥，叉頭本體采用氧乙炔進行加熱，并且防止過燒，叉頭預(yù)熱的溫度為130-150℃。為防止熔覆的缺陷出現(xiàn)，采用多層熔覆時保證層間溫度為170℃左右。叉頭激光熔覆操作如圖2所示。

2.5 鏜削萬向軸的叉頭

十字包軸承外圓與叉頭的過盈量≤0.05mm，能保證萬向軸運行平穩(wěn)及壽命長的優(yōu)點[2]，將檢測十字包軸承外圓尺寸，配鏜削叉頭的尺寸。先將叉頭用M20螺栓緊固，采用定力矩扳手三次緊固，保證叉頭緊固的可靠性。接著半精鏜和精鏜叉頭內(nèi)孔，保證主軸中心與叉頭孔位跳動≤0.02mm。

2.6 修復(fù)后探傷萬向軸的叉頭

因該萬向軸的工作轉(zhuǎn)速低于500r/min，因此不需要做動平衡，按照J(rèn)B/T5000.15-2007做無損探傷即可。

3? 萬向軸叉頭修復(fù)的效果分析

經(jīng)修復(fù)后的萬向軸與新制件有明顯的區(qū)別，本文主要從激光熔覆宏觀的效果、硬度和使用的經(jīng)濟價值方面進行分析，對激光熔覆萬向軸叉頭的可行性做詳細的分析。

3.1 萬向軸叉頭內(nèi)孔激光熔覆宏觀分析

如圖3所示，經(jīng)過激光熔覆2層熔覆的效果圖。從宏觀上觀察，激光增材層成形較為良好的表面，熔覆區(qū)域未出現(xiàn)孔洞、裂紋等外觀可視缺陷，熔覆的寬度較為穩(wěn)定，每層激光增材層較為均勻。

激光熔覆后的激光增材層經(jīng)鏜削表面，再進行磁粉探傷，無發(fā)現(xiàn)裂紋，說明熔覆的效果良好。

3.2 萬向軸叉頭激光增材層硬度分析

為進一步對激光熔覆后的硬度進行分析，萬向軸的激光增材層不同厚度做硬度分析，發(fā)現(xiàn)硬度均在32-34HRC范圍內(nèi)。從硬度檢測結(jié)果可知，鐵基粉末激光熔覆的硬度較為穩(wěn)定，取得良好的修復(fù)效果。

3.3 萬向軸修復(fù)的經(jīng)濟效益分析

萬向軸激光熔覆修復(fù)的周期7天，且修復(fù)的成本僅為新品的一半左右。因此，萬向軸在經(jīng)濟效益的角度上占據(jù)了優(yōu)勢。修復(fù)好的萬向軸在軋線上的使用壽命上與新品件等同。由此可見，通過激光熔覆修復(fù)好的萬向軸在性價比方面更占據(jù)優(yōu)勢。圖4為修復(fù)好的萬向軸圖。

4? 結(jié)束語

2250熱軋粗軋萬向軸在叉頭磨損嚴(yán)重的情況下，通過激光熔覆的方式對叉頭內(nèi)孔的形位尺寸進行補償，經(jīng)過機械加工恢復(fù)原有的尺寸要求，并且保證萬向軸的叉頭內(nèi)孔硬度符合圖紙要求。修復(fù)后的萬向軸使用壽命與新品一致，且在修復(fù)成品只占用新品價格的一半。在修復(fù)時間周期短和等同壽命上，證明激光熔覆修復(fù)萬向軸的可行性和價值性，也符合綠色制造的理念，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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[2]張博，劉暢.寶鋼1580熱軋產(chǎn)線粗軋主傳動萬向軸的修復(fù)技術(shù)[J].冶金設(shè)備，2017，4（2）：33-35.

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[7]裘偉峰，呂艷春.層流冷卻輥激光熔覆修復(fù)及再制造技術(shù)[J].中國設(shè)備工程，2021，04（上）：181-182.