一種萬向聯(lián)軸器的萬向連桿斷裂修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及萬向聯(lián)軸器領(lǐng)域，特別涉及到一種萬向聯(lián)軸器的萬向連桿斷裂修復(fù)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，廣泛應(yīng)用在熱連軋粗軋機(jī)、大型型鋼軋機(jī)、穿孔機(jī)、中寬厚板及爐卷軋機(jī)等 重型機(jī)械的主傳動(dòng)裝置上的重載及超重載一字軸式萬向聯(lián)軸器的萬向連桿極易損壞：一方 面是由于用在上述大型設(shè)備中的重載及超重載萬向聯(lián)軸器的體積龐大，回轉(zhuǎn)直徑在Φ650 毫米（mm)至1300毫米（mm)之間不等，扭矩2300千牛?米至19405千牛?米，導(dǎo)致其在設(shè) 備啟動(dòng)、故障停機(jī)時(shí)瞬間受到巨大的沖擊載荷，即瞬間扭力矩很大的沖擊載荷作用；另一方 面，在作業(yè)過程中還要受到頻率很高的交變沖擊載荷的作用力的影響。
[0003] 綜上所述，造成上述斷裂的機(jī)理是：萬向連桿的軸頸根部的疲勞斷裂是其主要的 失效形式。要解決該部件的強(qiáng)度問題存在如下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：首先，受設(shè)備空間的制約，不 能通過增加萬向連桿尺寸的方式來提高重載及超重載一字軸式萬向聯(lián)軸器整體的承載能 力；其次，本裝置在運(yùn)行中存在應(yīng)力集中的問題，應(yīng)力集中導(dǎo)致萬向連桿軸頸底部的疲勞斷 裂；最后，現(xiàn)有技術(shù)中的萬向連桿主要采用鋼坯熱鍛成型，再以數(shù)控機(jī)床加工其軸頸，而萬 向連桿的軸頸根部的過渡結(jié)構(gòu)大多采用單圓弧面平滑過渡或者臺(tái)階型過渡。采用單圓弧面 過渡的萬向連桿易因?yàn)檫^渡圓弧尺寸過大而受到一字軸結(jié)構(gòu)尺寸的限制，無法克服應(yīng)力集 中的問題，采用這種過渡方式的萬向連桿依然在軸頸根部產(chǎn)生應(yīng)力集中，在使用中仍舊容 易發(fā)生斷裂，此外該結(jié)構(gòu)的機(jī)械加工難度較大，工藝性欠佳，影響生產(chǎn)效率的提高；故大多 采用臺(tái)階型過渡圓角的結(jié)構(gòu)方式。萬向連桿存在截面形狀的突然變化，在這些形狀突變處 存在較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，即是在重載負(fù)荷作用下，扭力矩大于2800千牛?米時(shí)，極易造成 斷裂，是當(dāng)前無法有效解決易斷裂的難題。
[0004] 因此，重載及超重載萬向聯(lián)軸器的關(guān)鍵部件萬向連桿的軸端和軸身連接處極易發(fā) 生斷裂而導(dǎo)致報(bào)廢。常規(guī)焊接修復(fù)裂紋的熔覆金屬材料、強(qiáng)度、溫度、技術(shù)、工藝、熱量變形 難以控制，很容易造成焊縫的焊接溫度高，而引起的熱變形。加之因焊接施工工藝措施不 當(dāng)，焊接部分殘留的焊接應(yīng)力過大、強(qiáng)度不均，而產(chǎn)生新的裂紋，加劇了熱應(yīng)力擴(kuò)散，不可避 免得再次引起了新的變形，導(dǎo)致無法使用而直接影響了正常生產(chǎn)，是企業(yè)急需解決的一大 難題。
[0005] 開發(fā)一種無熱應(yīng)力變形的修復(fù)工藝，是萬向聯(lián)軸器易損件修復(fù)的課題。
[0006] EP 1930116 A2公開了一種裂紋修復(fù)工藝，其是直接在裂紋內(nèi)熔敷填充納米合金 28,然后在納米合金28上熔敷填料合金30,上述合金優(yōu)選是用于汽輪機(jī)配件的鎳基或鈷 基超合金。上述工藝不能修復(fù)潛在的裂紋。
[0007] US2005015980A1公開了汽輪機(jī)零件的裂紋修復(fù)方法，在裂紋16處加工出修復(fù)槽 18,該修復(fù)槽18的深度不能延伸到下面的空腔14中，該修復(fù)槽18的加工方法可以是手工 磨削、機(jī)加工和電火花加工。在修復(fù)槽18中熔敷填充材料20,采用微等離子體焊接機(jī)熔敷。 低安倍數(shù)的微等離子焊接工藝在修復(fù)槽18中輸入熱能，使得汽輪機(jī)零件的修復(fù)槽18表面 有厚度較薄的熱影響層22。該影響層降低了修復(fù)后的汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種操作簡單、快速應(yīng)急，修復(fù)質(zhì)量 高、無變形、成本低的萬向聯(lián)軸器軸位和軸身連接處斷裂的修復(fù)方法。
[0009] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0010] 1、冶金結(jié)合力彡500N，與基體材質(zhì)結(jié)合強(qiáng)度相一致，達(dá)到不變形、不切根、不剝落 的技術(shù)要求，F(xiàn)GM-KM材料與基體結(jié)合自熔性好，流動(dòng)性好。
[0011] 2、恢復(fù)厚度可達(dá)1 一 1000毫米（mm)以上。
[0012] 3、耐磨、耐沖擊、耐熱疲勞，抗摩擦、磨損、沖刷磨損、顆粒磨損其沖擊韌性均高于 新件，使用壽命是新件的1一5倍，價(jià)格僅僅是新件5% -25%。
[0013] 4、制定彌散強(qiáng)化復(fù)合梯度功能材料（FGM--KM)，《快速修復(fù)》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條例。詳見 著作權(quán)號(hào)：2011-A-038708。
[0014] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種萬向聯(lián)軸器萬向連桿裂紋修復(fù)工藝，
[0015] 1)清潔探傷檢查并確認(rèn)聯(lián)軸器萬向連桿整體各部位的損傷程度；
[0016] a、表面清理油污、銹斑層、疲勞層及不規(guī)則裂紋，采用著色探傷和超聲波探傷相結(jié) 合確保對(duì)基體裂紋進(jìn)行全面檢測，得出準(zhǔn)確無誤的診斷結(jié)果；不允許遺漏任何缺陷隱患。
[0017] b、萬向連桿軸端與本體軸身連接處存在的裂紋，此處是剪切應(yīng)力最集中地方，采 取車削工藝去除，具體為：以裂紋為中心線，向兩側(cè)平分，用車刀車出單面呈U型坡口，兩面 同時(shí)車削，則坡口上下呈型；在車削時(shí)加切削液冷卻，嚴(yán)格控制軸體溫度以不燙手為準(zhǔn)， 約40?50°C為適；
[0018] c、采用著色探傷和超聲波探傷相結(jié)合進(jìn)行檢測，確?；w缺陷清理徹底；
[0019] d、粗化處理：清洗除去油污層，車削去除疲勞層5-10毫米，再進(jìn)行超聲波探傷確 認(rèn)有無裂紋缺陷；
[0020] e、凈化處理：用氧化鈉（NaOH)，碳酸鈉（Na2CO3),硝酸鈉（NaNO3)消除待修工件金 屬表面的碎屑及殘留物；
[0021] 2) -次退火：取樣檢測基體的化學(xué)元素成分，并確認(rèn)各元素在基體中所占比例， 計(jì)算出膨脹系數(shù)，按膨脹系數(shù)設(shè)計(jì)聯(lián)軸器萬向連桿的整體升溫及降溫的時(shí)間和速度，進(jìn)入 離子輻射爐，梯度升溫；
[0022] 3)按結(jié)合層、過渡層、工作層、加工層呈梯度采用浸熔法配制熔敷合金；通過大功 率焊機(jī)和專用焊絲依次逐層進(jìn)行熔敷，使約占43%合金能按熔敷層的需要分別滲入到約占 57%的基體金屬中，直到熔敷達(dá)到一定的加工余量；
[0023] 4)二次退火：熔敷層達(dá)到一定加工余量后，再次進(jìn)入離子輻射爐，按設(shè)計(jì)要求，全 過程管控溫度通過保溫后再進(jìn)行梯度降溫、消除焊接應(yīng)力，避免基體整體溫度反差過大而 形成新的應(yīng)力集中點(diǎn)，從而帶來的新的斷裂隱患，達(dá)到設(shè)計(jì)溫度后出爐自然冷卻到室溫；
[0024] 5)先期采用手工打磨方法，磨掉熔敷層的致高點(diǎn)，然后對(duì)修復(fù)部位進(jìn)行機(jī)械加工、 機(jī)械磨削，確保修復(fù)表面達(dá)到圖紙的幾何尺寸和性能要求；
[0025] 6)質(zhì)量管控通過外觀分析比較和尺寸檢測；修復(fù)前后硬度的對(duì)比；熔敷區(qū)化學(xué)元 素與基體化學(xué)元素檢測；超聲波探傷及磁粉探傷檢測，以確保整體修復(fù)的質(zhì)量。
[0026] 進(jìn)一步地，一次退火的所述梯度升溫為由30°〇-501：-1001：-1501：-2001：-2501：-300°C _350°C _400°C _480°C，每一個(gè)溫度梯度時(shí)間為 0· 5-L 5H。
[0027] 進(jìn)一步地，二次退火的梯度降溫為 30°C -50°C _100°C _150°C _200°C _250°C -280 °C，每一個(gè)溫度梯度時(shí)間為0. 5-1. 5H。
[0028] 進(jìn)一步地，所述結(jié)合層采用FGM -碰1#材料稀釋熔敷區(qū)S、P，消除或減少S、P避 免冷、熱裂紋的產(chǎn)生；所述FGM - KM1#材料包括Ni 0. 70- 0. 80%，C 0. 066- 0. 070%，Mn 0. 4-0. 42%，WC0. 14-0. 16%，S 0. 010-0. 22%。
[0029] 進(jìn)一步地，，所述過渡層是依據(jù)工件斷裂處的深度需要采用梯度功能的涂層，可 達(dá)1-1000毫米以上的熔敷深度，用以過渡逐步硬化，并恢復(fù)尺寸；過渡層采用FGM - KM2# 材料提高沖擊韌性、疏散應(yīng)力并適當(dāng)增加硬度；所述FGM -碰2#材料包括C彡10%，Mn 1. 30-1. 40 %, Si ^ 0. 48 %, Mo 0. 28-0. 40 %, Ni 1. 50 %, Cr ^ 0. 60 %, S ^ 0. 020 %, P 彡 0· 018%。
[0030] 進(jìn)一步地，所述工作層主要滿足熔敷層的硬度，主要依據(jù)工況條件、技術(shù)要求的 需要，如耐磨、耐腐蝕、耐溫、耐沖擊韌性等工況條件的技術(shù)需求，配比的相應(yīng)合金元素，可 完全滿足洛氏硬度（HRC)30° -38°的需要；所述工作層采用FGM-KM3#M料提高材質(zhì)的 耐熱、耐磨、耐載荷能力；所述FGM -碰3#材料包括C 0· 3%，G 8%，B 2% ,Si 2. 5% ,Fe 5% ,Ni 彡 50%，We35%。
[0031] 進(jìn)一步地，所述加工層是鐵素體軟層，便于機(jī)械加工提高加工速度，簡易快捷進(jìn)入 工作層經(jīng)精加工，就可達(dá)到硬面合金層的技術(shù)要求；
[0032] 所述加工層采用的 FGM-KM4>；i 料包括 C 0. 07 %，F(xiàn)e 0. 32 %，Mn 0. 30 %，Si 0· 16%，S 0· 01%，P 0· 010%。
[0033] 本發(fā)明具有如下技術(shù)效果，本發(fā)明針對(duì)的萬向軸連桿長11米，直徑860毫米，紋 裂已斷透，H坡口尺寸860毫米，單邊430毫米，雙邊共860毫米，進(jìn)行了徹底的修復(fù)，修 復(fù)部位的扭力矩能達(dá)成2800千牛?米一3800千牛?米，該部位的結(jié)合力> 500N牛，金相 組織致密，無熔敷缺陷，經(jīng)超聲波探傷檢測達(dá)到GB11345中II級(jí)要求，晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)良、焊接 質(zhì)量良好。
【附圖說明】
[0034] 圖1為湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠聯(lián)軸器萬向連桿的損傷程度的示意圖；
[0035] 圖2為湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司棒材廠聯(lián)軸器萬向連桿的凈化處理后的示意 圖；