粗轧机主轴扁头套内孔修复技术探讨与应用

谢 明

(宝山钢铁股份有限公司热轧厂，上海 200941)

粗轧机主轴扁头套内孔修复技术探讨与应用

谢 明

(宝山钢铁股份有限公司热轧厂，上海 200941)

热轧厂主传动万向轴为轧线最为关键的设备，该结构中，扁头套使用和修复为设备管理的重中之重。采用传统堆焊技术修复的扁头套经周期性的使用下线后，往往出现衬板磨损、内孔、扁势面磨损、锈蚀等较为严重的问题，寿命短不能满足生产需要。针对以上的问题，以热轧厂1580mm R1R2扁头套内孔修复为例，对相关尺寸的配合、恢复原始尺寸的方法进行分析与探讨，并用激光熔敷的新技术方法，同时优化装配工艺，经上线使用效果明显，具有推广价值。

扁头套；内孔；激光熔敷；加工方法

0 前言

宝钢1580mm热轧厂粗轧机采用万向轴连接形式，十字万向接轴具备承载能力大、使用寿命长、传递效率高、轴线倾角大、运行平稳噪音低、维护保养方便节俭等优点。但由于热轧厂的工况环境非常恶劣，因此，扁头套为主传动的最重要部分，其出现劣化的情况经常发生，而且下机后的备件劣化较严重，因此对扁头套修复提出了较高的要求，给连续化生产带来了较大的影响。

1 扁头套内孔修复技术问题

主传动万向轴在宝钢应用十分广泛，在1580 mm粗轧区域，有R1、R2轧机主传动，E1、E2立辊轧机主传动，SP小偏心万向轴等；在1880 mm区域，有F5-F7轧机上下主传动万向轴；2050 mm的粗轧立辊主传动等均采用万向轴连接形式。

1580 mm热轧厂R1R2主轴，如图1所示，扁头套下机后，均有不同程度的损坏，如扁头套内孔磨损、十字轴表面剥落、叉头处有裂纹、轴承间隙超标等，给其修复工作带来了一定问题，其中扁头套内孔为修复的重点，以2015年下机的R2扁头套为例：

图1 1580R1R2主轴机构形式

可以看出，该扁头套扁面和圆弧面均超过了现场的管理控制要求(磨损量超过5 mm)，进而与轧辊扁面的配合间隙过大，在机使用时候，出现主轴运转时摆动过大，给轧机带来冲击和震动等问题，必须修复才能重新使用，如图2所示。

图2 扁头套修复关键测量尺寸

2 传统修复的方法与新方法对比

2.1 传统电弧堆焊技术修复

扁头套材质为42CrMo中碳合金钢，本身可焊性较差，根据实际磨损量，堆焊层厚度及堆焊面积较大，堆焊产生较大残余应力，虽然后道工序有热处理消应力，也只是部分消除内应力，剩余的内应力会在部件使用中逐步释放；

历年对扁头套进行过相同方案修复，效果不理想；主要缺点有：一是在线使用寿命短，二是端面齿结构，齿形变形导致接触面积降低，降低了其连接强度；三是在轧制过程中有堆焊部位产生裂纹，使用风险较大。

2.2 采用激光熔敷新技术修复

采用同样机体材料(中碳CrMo钢)，多次对试样进行激光熔敷后进行力学性能分析，其结合强度达到本体强度的90%以上，满足同体材料强度要求，由于激光熔敷材质为镍基合金粉末，熔敷后表面硬度在HRC30～35，表面耐磨性能优于原工件，并且激光熔敷不会产生内应力，不会影工件变形，也就不影响扁头套端面齿连接的精度。

采用激光熔敷新技术修复扁头套在机使用寿命为2年左右，而且下机的扁头套的重要部位的磨损量在1 mm以内；而采用普通堆焊的方法，其寿命为6个月左右，下机的扁头套重要部位的磨损量超过了3 mm。

3 扁头套采用激光熔敷新的技术方法的实现过程

3.1 解体

3.2 对扁头套进行粗加工

粗加工面100%着色探伤检查，硬度检测。

3.3 激光熔敷

对于损伤量大的扁头套，如圆弧处可采用环带、“工或T”形激光熔覆，可减少熔覆量，并满足扁头使用定位要求,可以有效降低成本。

图3 扁头套内孔修复堆焊图

图4 扁头套衬板安装扁势面堆焊图

3.4 激光堆焊后着色探伤合格后转精加工

6、向外撬动阀体，同时迅速的将钢板插入阀体与油箱侧安装法兰之间，确认抽力吸住钢板后，松动预留螺栓，拆除开裂阀门。此时，应注意使钢板均匀受力，避免破坏真空而漏油。（如图）

3.5 无损表面探伤检查、硬度检测

精加工面100%着色探伤检查，硬度检测。

4 扁头套的配装工艺优化

根据现场的实际使用效果，1 580 mm热轧R1R2主轴扁头套扁势面衬板安装面和衬板之间的公差配合日本原设计为390H8/h8，配合为间隙配合0～+0.178 mm。

对于连续运转的轧机，扁头套与扁头的装配间隙在空转时是闭合的，当轧件咬入后，由于轧件头部对轧辊的冲击，轧辊有可能被轧件推动，使本来闭合的间隙不同程度的脱开。在此瞬间，轧件迅速咬入，轧制力形成的力矩立即迫使脱开的间隙重新闭合，因而产生冲击。主传动系统中间隙越大，咬入冲击程度越大。间隙产生冲击，而这一冲击来源于间隙双方的转速差。有间隙存在时，突然咬钢的接轴中的扭矩一般用公式：

式中，J1为扁头套的转动惯量，kg·m2；J2为轧辊的转动惯量，kg·m2；k12为旋转体的扭转刚度系数，KN/mm；ω12为间隙双方的转速差。rdd/s；CM为电流和力矩的换算比例系数 ，N·m/A；i1T为电机在轧制中的电流稳定值，A；Mn为轧制力矩的稳定值，kN·m；p为角频率(或圆频率)，rad/s；t为时间，s；M12为连接轴中扭矩，kN·m。

可以看出，间隙越大，造成的转速差也较大，扭矩冲击也就越大，结合实际经验，该尺寸原设计间隙较大，2015年9月上机的备件按照原来设计进行配装，6个月左右即出现扁头套衬板螺栓松动，断裂，衬板与扁势止口之间有相对移动的现象，因为此衬板为按照力矩要求一次性紧固到位，现场无法再次紧固到位，对使用产生了较大的影响。

考虑该配合间隙改为过渡配合390H7/k6，间隙缩小至-0.040～+0.053mm，如图5所示，这样可以适当缩小衬板和衬板安装面之间的间隙，安装时采用液压千斤顶压入的方式保证过渡配合、安装尺寸。

图5 修复改进的配合尺寸要求

5 修复前后的对比

修复前后的关键尺寸如表1。

表1 修复后关键尺寸对比

修复情况如6所示。

图6 修复后的情况

该扁头套应用在R2轧机下部位置，现使用正常，未出现衬板螺栓松动、端面定位环螺栓松动等现象，现场使用效果较好。

6 结论

(1)通过采用激光熔敷这一新技术、新工艺进行修复的扁头套，虽然成本比传统修复方式高些，但是现场使用性价比较高，下机的备件通过测量后，磨损量很小，综合评估修复成本还是下降的。

(2)扁头套衬板安装，采取过渡配合的方式，保证衬板安装的可靠性，延长了扁头套整体在机的使用寿命，效果较好；对于扁势面磨损较大的情况，可以不予堆焊恢复原始尺寸，依靠配做非标衬板来进行补偿，并保证扁面的标准公差尺寸，也可以降低成本，起到良好的效果。

(3)扁头套端部的磨损采取配做端部定位环的形式，可以有效的补偿扁头套端部的磨损尺寸，保证安装尺寸，也可以省去磨损堆焊的费用，效果较好。

(4)借助于成功修复的新技术手段，在其他产线主传动轴扁头套得以应用。如股份热轧厂1 880 mm粗轧机组、股份5 000 m厚板精轧机组、宁钢热轧1 780 mm粗轧机组等扁头套，都收到了良好效果，摒弃了传统修复方式。

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Discussion and application on roughing mill end yoke repairing technology

XIE Ming

( Hot Rolling Plant, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941,China)

Hot rolling mill main universal joint is the critical equipment for the rolling line, and it’s badly important to using and repairing the end yoke equipment. The traditional repaired end yoke offline had issues of cleading、inner hole abrasion and the flat potential surface wear，which shorten the serving life. This paper used a new laser welding technology to analyze and discuss the related dimensions match and restore the original dimensions，and the assembly process was optimized. The online usage effect is obvious，with the promotion of value.

end yoke; hole; laser melting coating; processing method

2016-11-15；

2016-12-09

谢明(1984-)，男，工程师，主要从事设备管理工作。

TG333

A

1001-196X(2017)02-0098-05