一种巨型齿轮的断齿加固装置及修补方法
【专利摘要】一种巨型齿轮的断齿加固装置及修补方法，该修补方法包括以下步骤：（1）打磨；（2）检测；（3）钻孔：在齿轮的每个齿根修复面均布钻设至少三个钻孔；（4）加固：将金属棒分别过盈打入步骤（3）所述的每个钻孔中，作为修复齿轮内部的加强筋，并将金属棒与齿轮焊接成为一体；（5）焊接；（6）复原。本发明还包括一种巨型齿轮的断齿加固装置。本发明一方面能够大大增加齿轮的齿面硬度和受力强度，进而提高齿轮的使用寿命，工作可靠性高；另一方面，操作简单，修复速度快，不需要进行焊后热处理，进而不会长时间耽搁设备因停机而造成的重大损失，且大大节约成本，有效提高经济效益和社会效益。
【专利说明】
一种巨型齿轮的断齿加固装置及修补方法
技术领域
[0001]本发明涉及设备维修领域，特别是一种巨型齿轮的断齿加固装置及修补方法。
【背景技术】
[0002]巨型齿轮主要用于水利水电、矿山、冶金及机械行业，它们的特点是直径大，载荷大，受力状况复杂，润滑状况差，工作环境恶劣，经常由于粘合磨损和疲劳点蚀而大大缩短其使用寿命。有的齿轮仅因齿面磨尖或由于个别齿断裂、掉齿就造成整个零件的报废，大大降低设备的利用率和工作效率，如果报废后按废钢处理，会大打折扣，不仅造成材料的浪费，还损失一大笔费用。例如采用大型磨球机的齿轮，直径达4m，重量5.8吨，有196个齿牙。当它磨损或断裂失效后，按废钢处理价值为500元/t，共2900元。若经修复，恢复使用功能后，其价格为12000元/t，共值69600元，两者相差24倍。
[0003]因此对于这种价值高、比较复杂的巨型齿轮，运行中突然断裂，其如果能够快速修复，并达到使用技术要求，将会大大节约运行成本，且不会长时间耽搁设备因停机而造成的重大损失，具有较大的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种修复成本低，修复速度快的巨型齿轮的断齿加固装置及修补方法，修复后的齿轮能够继续使用，并且保证一定的使用寿命O
[0005]本发明的技术方案是:
本发明之一种巨型齿轮的断齿修补方法，包括以下步骤:
(1)打磨:对待修复的齿轮进行打磨，清除表面杂质，去除受损创面，直至表面露出金属光泽；
(2)检测:对齿轮的每个齿条进行内部探伤检测，若检测出齿条上有缺陷则清除，保证每个齿条没有内部缺陷，使创面露出金属光泽；
(3)钻孔:在齿轮的每个齿根修复面均布钻设至少三个钻孔；
(4)加固:将金属棒分别过盈打入步骤(3)所述的每个钻孔中，作为修复齿轮内部的加强筋，并将金属棒与齿轮焊接成为一体；
(5)焊接:将断齿与金属棒焊接成一体，并进行探伤检测至检测合格;其中，断齿可以是该齿轮上断裂的齿，也可以是另一套齿轮已受损的旧齿备件；
(6)复原:在修复完成的齿面上仿形打磨和外协加工，达到原有的标准尺寸。
[0006]进一步，步骤(3)中，所述在齿轮的每个齿根修复面均布钻设4-10个钻孔。
[0007]进一步，所述钻孔的直径为10-15mm，深度为55-65mm。
[0008]进一步，步骤(4)中，所述金属棒的长度为110-130mm，直径为10-15mm。
[0009]进一步，所述金属棒为不锈钢棒。
[0010]进一步，步骤(4)中，所述钻孔的顶端开设有便于与金属棒之间形成焊缝的坡口。
[0011]进一步，步骤(5)中，所述焊接的方式采用冷堆焊，焊接的余量高于原齿条的高度。
[0012]进一步，采用氩弧焊的焊接方式进行打底焊接。
[0013]进一步，焊接材料选用超低碳镍基焊材。
[0014]本发明之一种巨型齿轮的断齿加固装置，在所述齿轮的每个齿根修复面均布设有至少三个钻孔，钻孔内设有金属棒，金属棒与钻孔过盈配合并焊接成一体，金属棒的长度大于钻孔的深度，超出钻孔的金属棒与齿轮的断齿焊接成一体。
[0015]进一步，所述齿轮的每个齿根修复面设有4-10个钻孔。
[0016]进一步，所述金属棒的长度为钻孔深度的2倍。
[0017]进一步，所述钻孔的直径为10-15mm，深度为55-65mm;所述金属棒的长度为110-130mm，直径为 10-15mm。
[0018]进一步，所述钻孔的顶端开设有便于与金属棒之间形成焊缝的坡口。
[0019]进一步，所述金属棒倾斜固定，金属棒与齿轮修复面之间的夹角呈60?85°。
[0020]本发明的有益效果:
(1)通过采用金属棒进行植筋，可大大增加齿轮的齿面硬度和受力强度，进而提高齿轮的使用寿命，工作可靠性高；
(2)操作简单，修复速度快，不需要进行焊后热处理，进而不会长时间耽搁设备因停机而造成的重大损失；
(3)不需要报废后按废钢处理，即不需买新的齿轮进行更换，大大节约成本，有效提高经济效益和社会效益。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明实施例植筋后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0023]如图1所示:一种巨型齿轮的断齿加固装置，在齿轮I的每个齿根修复面11均布设有至少三个钻孔，钻孔内设有不锈钢棒2，不锈钢棒2与钻孔过盈配合并焊接成一体，不锈钢棒2的长度大于钻孔的深度，超出钻孔的不锈钢棒2与齿轮I的断齿焊接成一体。
[0024]本发明通过将不锈钢棒2过盈打入钻孔中，来作为修复齿轮I内部的加强筋，模拟钢筋混凝土中的钢筋，并外加焊接辅助固定，再把齿轮I的断齿与不锈钢棒2吻合焊接，大大增加了齿轮I的齿面硬度和受力强度，进而提高齿轮的使用寿命，节约成本。
[0025]下面本发明将通过一实施例进行具体说明。
[0026]发明人在对磨煤机大、小牙轮进行齿面检查时，发现小牙轮罩壳内有一根断齿，为及时准确找到断齿的具体位置，通过清理小牙轮罩壳内积满的废脂，并逐一检查小牙轮轴齿，发现小牙轮正下方一条齿从其根部完全断裂，断齿长度约510mm。为紧急修复，拟利用物资仓库另一套崩齿损坏的小牙轮旧备件，该备件有一个齿沿齿宽方向缺损，可做为紧急修复备件对损坏小牙轮进行更换。
[0027]1、修复情况:
磨煤机小牙轮甭块失效，需要修复处理，恢复尺寸约(最大:长*高*宽)420*60*50毫米。
[0028]该齿轮材质为37SiMn2MoV，为中碳高级调质钢，用于制造大截面承受重负荷的调质零件和表面淬火零件，如重型机械的齿轮轴类等。
[0029]2、焊接工艺选择:
由于37SiMn2MoV材料在层间温度大于1200°C的情况下，可迅速转化为马氏体钢，并有强烈的热裂倾向，焊缝在影响区附近易产生热裂纹。若采用常规焊接修复需要作焊前预热处理，每道焊缝施焊完毕后都需要进行焊后热处理，修复难度大，工艺复杂，修复时间长且修复后延迟裂纹难以预测，因此，所有全崩块区域恢复基体均采用冷堆焊形式修复。
[0030]3、焊接设备:
电弧喷射冷焊机:电弧喷射冷焊技术是一个物理化学过程，是基于气态环境里的焊材出现金属离子化喷射状态与瞬间电弧高温出现的浸润现象使金属电离物向阳极转移形成新的冶金结合层而建立的，特别适合机械设备损坏和铸造缺陷冷熔堆焊修复。采用电弧喷射冷焊技术进行冷熔焊接，在材料选择上选用超低碳含量的镍基焊材，在冷熔工艺下可确保冶金结合，因为层间温度的控制和焊接材料的选择，可确保不产生马氏体组织并保证焊接质量。
[0031]4、焊接材料选择:
选用超低碳镍基焊材，牌号:A1002、Z408。
[0032]采用上述两种焊接材料(并采用氩弧焊打底焊接)，确保其心部具有较好的延展性，外部具有较强的抗裂性能，在工作面的压力下可获得理想的咬合面。
[0033]5、具体的修补方法:
(1)对待修复的齿轮I进行打磨，清除表面杂质，去除受损创面，直至表面露出金属光泽；
(2)对齿轮I的每个齿条12进行内部探伤检测，例如使用着色探伤剂进行着色探伤，若检测出齿条上有缺陷则清除，保证每个齿条12没有内部缺陷，使创面露出金属光泽，若发现新的缺陷，一并修复处理;例如，本实施例经对其它齿面打磨检测后，除该条崩齿以外，还发现相邻另一个齿条在根部也有裂纹，需要一并彻底清除和处理；
(3)在损坏的两条齿轮根部用磁力钻各均布钻8个直径为12mm，深度为60mm的钻孔；
(4)在步骤3所述的每个钻孔中用不锈钢棒2进行植筋，植筋深度为60mm，采取钻孔过盈配合，在钻孔顶端开设坡口，便于与植筋形成焊缝，焊接后使得不锈钢棒2与基材牢固连为一体;其中，不锈钢棒2的长度为120mm，直径为12mm，不锈钢棒2与基材焊接固定后有一定的倾斜，其与齿轮修复面11之间的夹角优选为呈80°。本实施例之所以将不锈钢棒2设计成倾斜的，是因为齿轮表面的形状为渐开线，不锈钢棒倾斜一定的角度，能够使不锈钢棒承受更多轴向方向的力，受力更加合理。
[0034](5)植筋完毕后，采取电弧喷射冷焊机进行冷堆焊，使基体金属与不锈钢棒2焊接，确保牢固连为一体，并经着色探伤检测合格；
(6)所有焊接修复后，经打磨焊缝外表进行粗加工，确保探伤检测合格后，再确定编程参数，采用大型CNC三维数控机床进行精加工；
(7)采用树脂倒模手动局部打磨倒角加工复形至合格。
[0035](8)所有焊接修复和加工完毕后，对焊接修复和加工后齿面硬度和探伤检查验收，即齿面硬度HRC为32-36;层间和最终着色探伤检查结果:合格。所有修复工作完成，投入使用。
[0036]通过本实施例的修补方法，一方面能够大大增加齿轮I的齿面硬度和受力强度，进而提高齿轮的使用寿命，工作可靠性高；另一方面，该修补方法操作简单，修复速度快，不需要进行焊后热处理，进而不会长时间耽搁设备因停机而造成的重大损失;此外，不需要报废后按废钢处理，即不需买新的齿轮进行更换，大大节约成本，有效提高经济效益和社会效益。
【主权项】
1.一种巨型齿轮的断齿修补方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)打磨:对待修复的齿轮进行打磨，清除表面杂质，去除受损创面，直至表面露出金属光泽； (2)检测:对齿轮的每个齿条进行内部探伤检测，若检测出齿条上有缺陷则清除，保证每个齿条没有内部缺陷，使创面露出金属光泽； (3 )钻孔:在齿轮的每个齿根修复面均布钻设至少三个钻孔； (4)加固:将金属棒分别过盈打入步骤(3)所述的每个钻孔中，作为修复齿轮内部的加强筋，并将金属棒与齿轮焊接成为一体； (5)焊接:将断齿与金属棒焊接成一体，，并进行探伤检测至检测合格； (6)复原:在修复完成的齿面上仿形打磨和外协加工，达到原有的标准尺寸。2.根据权利要求1所述巨型齿轮的断齿修补方法，其特征在于，步骤(3)中，所述在齿轮的每个齿根修复面均布钻设4-10个钻孔;或者所述钻孔的直径为10-15mm，深度为55-65mm。3.根据权利要求1或2所述巨型齿轮的断齿修补方法，其特征在于，步骤(4)中，所述金属棒的长度为110-130mm，直径为10-15mm;或者所述金属棒为不锈钢棒。4.根据权利要求1或2所述巨型齿轮的断齿修补方法，其特征在于，步骤(4)中，所述钻孔的顶端开设有便于与金属棒之间形成焊缝的坡口。5.根据权利要求1或2所述巨型齿轮的断齿修补方法，其特征在于，步骤(5)中，所述焊接的方式采用冷堆焊，焊接的余量高于原齿条的高度;或者采用氩弧焊的焊接方式进行打底焊接;或者焊接材料选用超低碳镍基焊材。6.—种巨型齿轮的断齿加固装置，其特征在于，在所述齿轮的每个齿根修复面均布设有至少三个钻孔，钻孔内设有金属棒，金属棒与钻孔过盈配合并焊接成一体，金属棒的长度大于钻孔的深度，超出钻孔的金属棒与齿轮的断齿焊接成一体。7.根据权利要求6所述巨型齿轮的断齿加固装置，其特征在于，所述齿轮的每个齿根修复面设有4-10个钻孔。8.根据权利要求6或7所述巨型齿轮的断齿加固装置，其特征在于，所述金属棒的长度为钻孔深度的2倍;或者所述钻孔的直径为10-15mm，深度为55-65mm;所述金属棒的长度为110-130mm，直径为10-15mm。9.根据权利要求6或7所述巨型齿轮的断齿加固装置，其特征在于，所述钻孔的顶端开设有便于与金属棒之间形成焊缝的坡口。10.根据权利要求6或7所述巨型齿轮的断齿加固装置，其特征在于，所述金属棒倾斜固定，金属棒与齿轮修复面之间的夹角呈60?85°。
【文档编号】B23K9/32GK106064286SQ201610660507
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年8月12日
【发明人】郑伟德, 尹开颜, 周伟健
【申请人】华能湖南岳阳发电有限责任公司