一种风机偏航驱动孔焊接修复方法

吴威 李勇 唐伟 李罗文

摘要：主要介绍了一种新型偏航驱动孔的焊接修复工艺，包括焊接工艺试验、风场验证等一系列过程。

关键词：风机;球墨铸铁焊接;驱动孔修复

中图分类号：TM315                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）01-0133-02

1  概况

偏航系统是风机重要组成部分，是风机对风的重要装置，确保风机一直保持在迎风位置，以保证风机能够持续处于最优发电状态，偏航系统的工作方式一般通过偏航驱动小齿轮带动偏航轴承内齿，进而完成风力发电机组的偏航工作，偏航驱动装置安装在机舱铸件驱动孔内，在风况较差的情况下，风机会进行频繁的偏航，当环境处于大风状态下，频繁的偏航，会对机舱铸件产生冲击，进而造成驱动孔的变形，导致齿轮无法正常啮合，使偏航系统处于不安全状态。在出现变形问题后，一般会采用更换铸件的方案，考虑机舱铸件更换需要大型吊车进行更换，费用较高，且耗时较长，因此本文讨论一种在风机顶部机舱内进行焊接修复驱动孔的方案，以提高修复速度，并节约维修成本。

2  焊接试验

机舱铸件材质为球墨铸铁件，由于其含碳量比较高，焊接性能较差，且在风机顶部无法进行预热，因此在车间采用冷焊的方式对铸件修复进行焊接验证，以模拟在风机内部的焊接效果，并确定相关焊材选择及焊接工艺参数，以便能够应用到风机现场。由于球墨铸铁的特性，因此在焊材选择上，采用Z308手工焊条作为过渡层，并配合A102以及A202不锈钢手工焊条进行覆盖，既保证铸件的可焊性，又保证部件的韧性及表面耐磨性。

2.1 模拟现场焊接

模拟试验采用废弃机舱铸件，材质为QT400-18AL，驱动孔位置有稍许变形，主要目的为通过该焊接试验验证采用上述三种焊条，并模拟在风机内部可执行条件下进行焊接，检测焊接是否会出现裂纹或其他缺陷。

试验环境：废弃部件存放车间;气温：32℃;空气湿度较大。

准备工作：準备直流电焊机，然后将3.2mm Z308焊条、3.2mmA102焊条、3.2mmA202焊条，放入保温桶进行烘干、预热。

实施方案：

①将驱动孔位置灰尘、油污清理干净，然后使用角磨机将驱动孔需焊接位置打磨平整。②首先焊接过渡层，采用Z308进行焊接，为避免焊接过程中可能出现气孔缺陷，焊接采用由下而上的方案进行，焊接速度要求均匀，避免出现温度过高或过低的情况，导致焊接时出现裂纹。③在完成一层堆焊之后，使用小锤均匀敲击表面，清除堆焊表面焊渣，减少焊缝应力。④在原堆焊层上进行中心层堆焊，并逐层向外堆积，焊接方式按照过渡层堆焊方案进行，堆焊层厚以实际所需为准，本次堆焊厚度8～10mm，每层堆焊后，采用小锤清除表面焊渣，并减少焊接应力。⑤将焊条更换为A102，堆焊表面层，堆焊厚度约3～6mm，并在堆焊完成后，采用小锤清除表面焊渣，减少焊接应力。⑥采用A202，堆焊表面层，堆焊厚度约3～6mm，并在堆焊完成后，清除表面焊渣。⑦完成堆焊以后，静待焊接部位冷却至常温，约2～3h，根据焊接模拟实验要求，堆焊完成后，不允许采用强制冷却方案，必要时可根据需求进行保温处理;由于进行该试验时气温较高，且尽量模拟现场状况，因此本次不进行保温处理。⑧待整体焊接部位冷却到室温后，采用角磨机打磨焊接表面，要求打磨平整，焊接表面光滑过渡。⑨采用着色探伤剂，对焊接后的表面进行探伤，确认探伤结果无裂纹。

模拟现场焊接结论：采用Z308进行焊接，配合A102、A202焊条增加表面强度及耐磨性，能够对球墨铸铁形成有效焊接，且不产生裂纹、夹渣等影响质量的缺陷。

2.2 焊接工艺验证

通过采用同材质的焊接试块，通过上述模拟试验焊接方法进行试块焊接，并在焊接后进行各项力学性能试验，以检验采用上述焊接方法所能够达到的力学性能，并与母材进行对比，确认焊接工艺是否可行。

试验环境：焊接车间;气温：33℃。

准备工作：准备铸件同材质焊接试块2件，尺寸220*

180*80;将两件试块对接打磨出V形缺口，准备直流电焊机、Z308/A102/A202手工焊条（3.2mm），并将焊条放入烘箱进行烘干、保温。

实施方案：

①将两件试块进行铣削加工，使试块对接处于理想V形坡口位置，并按照前期试验方案，依次采用Z308/A102/A202进行焊接。②堆焊后，将前后两个端面铣平，将试块加工为标准焊接式样，检查试块表面是否存在焊接缺陷，并通过超声波探伤设备进行探伤，确认焊缝内部是否存在缺陷。③根据偏航驱动孔受力特性，因此针对焊接试块进行抗拉、冲击、屈服强度试验，并根据试验需求，在焊接试块上进行取样。④对完成取样的焊接试块，分别进行抗拉、冲击、屈服等性能验证。

焊接工艺验证结论：通过对试块的焊接，焊后未出现裂纹，抗拉强度与母材相比偏弱，断裂于焊缝融合区，考虑原因为Z308焊材强度较低所致。但由于驱动孔位置主要为抗压、抗扭，而焊接试样屈服强度相对较高，因此认为，该焊接能够满足现场需求。

3  现场焊接及修复验证

现场焊接选择某风电场其中一台风机出现偏航驱动孔破损的情况，该孔由于偏航小齿轮嵌入，导致破损较为严重，因此针对该孔的修复及验证，有较大的参照意义。

3.1 焊接实施

焊接验证环境：风机顶部机舱铸件内;气温：35℃;空气湿度较大。

准备工作：将所需电焊机、烘筒、焊条、以及修磨设备通过电动葫芦运送到机舱内，并按照需求连接电焊机，并将手工焊条放入烘筒进行烘干保温。

①清理：首先使用抹布及清洗剂，将破损位置清理干净，并使用角磨机打磨平整，打磨后要求表面平滑过渡，且表面无油污等影响焊接质量的杂质。

②按照模拟现场试验方法，使用电焊机及烘干后的焊条对驱动孔进行焊接修复，按照Z308/A102/A202顺序依次焊接，将缺陷位置焊接完毕，焊接总厚度略高于原驱动孔表面，以便后续进行内孔修磨。

3.2 修磨验证

驱动孔的修磨，应保证端面的平面度以及端面与内孔之间的垂直度，因风机顶部采用机械加工方案较为复杂，且机械加工设备较重，因此本次修磨计划采用手工修磨方案实施，并验证修磨效果，能否达到安装需求。

①修磨内孔，内孔修复以未变形驱动面为基准，使用手动工具打磨内孔面，在内孔面选择一点，并按照5～10mm进行分度，并采用靠尺及塞尺检查内孔修磨状态，要求在未變形基准面上，修复后的表面无超过0.05mm的凸起或凹陷。整圈修磨完毕后，采用内孔校检工装检查内孔面是否打磨均匀。为避免打磨过度，每次打磨厚度应尽量保持在较小状态，并及时采用检查工具校验修磨后的表面。②修磨端面，待内孔修复完毕后，按照原分度尺寸，先采用靠尺检查内孔与端面的垂直度，要求端面平整，0.05mm塞尺不过，若出现超差，则采用手动工具打磨端面，要求整圈打磨平整。③打磨完成后，将端面涂抹红丹粉，并在整圈进行涂抹，涂抹后采用端面校检工装检查端面平面度，确认修磨后的表面高点以及低点，通过逐步打磨及校验，提高驱动孔端面平面度，并最终以校检工装沾染红丹粉颜色比例为准，要求着色比例不低于95%。

3.3 表面探伤

待修磨完成之后，通过着色探伤剂进行表面摊上，探伤表面无裂纹，确认焊接修复的可靠性。

4  修复后验证

该驱动孔修复完毕后，重新安装偏航驱动，并顺利完成偏航齿侧间隙的调整，风机已经有效恢复正常运行。

5  总结

通过相关试验以及风场验证可知，采用球墨铸铁的铸件，可以通过冷焊的方式进行施工，并取得良好的焊接效果。且在不采用机加工方案的情况下，通过手工修磨能够达到良好的修复效果。对于降低风机检修成本，提高检修效率，具有较大意义。

参考文献：

[1]杨炎钢.浅谈风机机舱偏航驱动孔的修复[J].内燃机与配件，2017.