热喷涂技术在推力头内孔磨损修复中的应用
罗金强 吴向荣
小水电
内容导读：推力头内孔磨损是现今面临的一个重要问题，如何利用热喷涂技术进行修复，该文给出了详细解答。
1 概 述
我国水轮发电机、泵机的布置类型中,立式机组占了很大比重,而推力头则是立式机组结构中的重要部件,是机组转动体与固定体直接接触的转动承载的惟一部件,承载机组整个转动部件的径向惯量和轴向推力,它的工作状态直接影响机组的稳定和安全。
在每次机组大修过程中,推力头必须从主轴上拆卸下来,以便整机解体维修、保养,因此,推力头磨损(内孔磨损和外圆磨损)现象比较常见。外圆磨损处理起来比较简单,采用金加工修复工艺即可。而内孔的磨损处理起来则较为棘手,因为内孔磨损的修复既要保证与主轴的配合公差尺寸,又要保证与外圆的同心度。
内孔磨损以往采用的传统修复工艺主要有两种:一种是电焊,一种是电镀,但两种修复工艺都存在明显的缺陷。电焊工艺在补焊过程中,推力头的局部温度很难控制,容易造成推力头整体变形而报废,稳定性差。电镀工艺在电镀过程中,内孔镀层均匀度很难控制,因为镀层材料非常硬,金加工又很不方便,而且很容易损伤推力头的外表。采用热喷涂技术修复推力头内孔,则可以完全避免上述两种传统修复工艺的不足,而且简捷。
2 热喷涂技术
热喷涂技术是20世纪末出现的一种高能喷涂方法,是用火焰、等离子射流、电弧等热源将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态并加速或雾化后加速,形成高速熔滴射到经处理的工件表面形成牢固的覆盖层的过程。
将热喷涂技术应用于立式旋转电机推力头内孔磨损修复的工艺,主要是以氧气和某种燃气混合燃烧作为热源,再通过高强度的燃烧使气体快速膨胀,形成高压燃烧火焰或等离子射流,把喷涂材料以粉末状注入高速喷射燃烧的火焰中。燃烧的喷涂材料在高压驱动下形成高速气流,一般以450 m/s左右的速度通过枪管冲出枪外,喷向待喷工件的表面。高速燃气不但能使粉末材料的颗粒加速运动,而且还能使粉末材料的颗粒达到半熔化状态;熔化后的粉末合金材料紧密均匀地附着在被喷涂工件的表面,与工件形成紧密的物理熔合。
高速火焰喷涂技术的主要优点一是粉末粒子的飞行速度高,冲击能量大,可以形成致密的结合强度高而无分层现象的涂层。二是火焰温度不高,粉末粒子在火焰中停留和加热的时间短,其材料的氧化、分解等质变受到抑制特别适合喷涂碳化物等金属材料。三是喷涂距离可在较大范围内变化而不影响涂层质量,这样对施工空间要求就比较低,作业方便。四是高速火焰喷涂涂层的致密度高、孔隙率低(孔隙率可低于1%)、喷涂温度低、残余应力低、涂层与基体结合强度高。五是较高的喷射速度和较低的火焰温度减少了粉末合金的氧化和失碳,从而使涂层有更高的硬度和更好的耐磨性,高速火焰喷涂碳化钨涂层具有高密度、高硬度和优异的抗腐蚀性能。例如, WC—Co涂层表面抗磨能力比Ocr13Ni4Mo高70倍以上,其抗空化能力则与Ocr13Ni4Mo相当。
3 推力头内孔磨损修复
推力头内孔磨损一般都呈现不规则磨损,有椭圆型磨损、锥型磨损、椭圆型和锥型复合型磨损;这些磨损都会造成推力头与主轴的松动,引起机组振动。要解决这个问题,只能对推力头内孔进行修复,而采用传统的电焊和电镀工艺修复,存在着前述缺陷。
经过对高速火焰喷涂技术的分析,将这一技术应用于推力头内孔修复,完全能满足推力头修复工艺的技术要求,而且经济可靠。由于推力头内孔对硬度、耐腐蚀等性能要求不高,对耐磨性、光洁度要求相对较高,故一般采用钼粉作为喷涂材料。
喷涂前对推力头内孔尺寸和主轴的配合处尺寸进行精确测量,当二者的配合存在0·01 mm以上间隙时,则必须进行修复。在推力头键槽处镶嵌1块高度和长度基本吻合的铁块(以便在金加工和喷涂时,消除键槽的影响),将推力头下部夹在车床上,在夹脚与推力头间垫入铜皮,用以保护推力头外表面。在推力头外表面选上、中、下3个点,调整推力头的加工中心,一般误差不超过0·03 mm,即可进行内孔金加工。内孔单边车削0·3 mm左右,车削不能太多,也不能太少,无论推力头大小,均以0·3 mm为佳。
车削完后,即可进行火焰喷涂工艺。采用丙烷燃气和氧气,喷涂材料采用钴基合金或钼基合金粉。车床转速调至300~500 r/min (视工件大小而定),喷枪斜对推力头内孔壁进行喷涂,喷枪与推力头转动面夹角不得超过45°,喷枪头与内孔壁的距离以35 cm为宜。喷涂时,喷枪头左右来回缓慢的移动,保持整个内孔喷涂层的厚度。为保证推力头不会因温度过高而变形,在喷涂10 min左右时,应停歇10 min (具体视推力头大小而定,以推力头温度不超过200℃为宜)。停歇时,做到停枪不停机,即停止喷涂,但车床不能停转,必要时可以用电扇降温。当喷涂层达到0·5~0·7 mm时,喷涂完毕,即可进行下一步车削加工。根据主轴的测量尺寸,按推力头孔径的万分之一到万分之一点五确定内孔的配合过盈量。在喷涂后的车削加工前,应根据推力头外圆的同心度,精确调整,误差控制在0·01 mm以内,再进行内孔车削加工,直至孔径和光洁度满足要求。利用高速火焰喷涂技术修复推力头内孔,在杭州水务公司2台500 kW立式泵机推力头磨损修复和河南沁阳后寨电站推力头磨损修复实践中,都取得了很好的效果。
4 应注意的问题
1)推力头孔径与孔深的比例。如果孔径太小,而孔比较深,使得喷枪在喷涂孔底部位时与推力头的转动面的夹角超过45°,则会影响涂层的熔合和致密度。
2)喷涂前,推力头内孔表面要干净,最好在内孔车削后即进行喷涂。
3)喷涂时,喷枪来回摆动的手势和速率应缓慢均匀,保证涂层的厚度均匀。
4)喷涂后,要精确测量推力头外圆的整体同心度,如外圆本身同心度有偏差,则必须对外表面车削加工后,再进行内孔修复。
参考文献略
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