磨煤机大齿轮裂纹分析与处理

【摘要】通过对大齿轮裂纹进行分析，找到裂纹产生的原因，采用裂纹部位清除焊接修复及焊接加强筋的处理方法，使大齿轮恢复使用功能。

【关键词】大齿轮；轮幅；裂纹；分析；处理

0.引言

某火电厂2号锅炉型号为WG670/13.7-3，配套2台DTM380/720-Ⅲ磨煤机。2014年4月12日锅炉运行中，检修人员对2A磨煤机大齿轮齿圈结合面螺栓紧固检查时，发现结合面与轮幅过渡处有贯穿性裂纹，裂纹长度分别为230mm、210mm，裂纹部位厚度约为70mm。大齿轮材质为45号铸钢。由于生产任务的需要，需要紧急处理，否则影响机组的经济运行，了解裂纹的产生原因及如何处理消除裂纹使磨煤机尽快投入运行，是非常迫切的。裂纹部位如图1所示。

1.原因分析

对裂纹缺陷的处理，必须找到其产生的原因，对产生裂纹的各项条件因素采取具有针对性的消除措施，使其应力低于裂纹临界应力值，才能有效地防止裂纹的再发生。对于本次发生裂纹的大齿轮，只有把大齿轮拆除后才能进行较为彻底的原因分析及处理，拆除需要的工期长，约20天以上，并且处理过程中产生的变形更难于控制。如何通过采用最简单的处理方法，而达到使设备能在短时间内安全运行，是我们所追求的。

由于生产任务原因无法解体拆除检查，只能通过裂纹的外观特征进行判断。

对比下结合面的裂纹外貌特征，图2、图3所示，进口侧裂纹部位油漆层挤压爆开，受压力的作用，出口侧比较光洁，受拉特征明显，认为出口侧先开裂可能比较大。

对上结合面裂纹外部特征进行分析，如图4所示，出口侧裂纹的开口1大于进口侧的开口2，进口侧裂纹具有剪切唇区特征，据此可以判断，该处的裂纹是出口侧先于进口侧断裂。

裂纹事故发生后，向检修人员调查了解情况，为了防止大齿轮松动，检修人员经常对大齿轮结合面的螺栓进行紧固，通过安放螺母扳手，抡大锤打击的方式打紧螺母。观察螺母，其受到挤压严重，有了挤压变形的倾向。因此，可以说明结合面处受到了由磨煤机进口端向出口端的冲击力。

通过观察还可以看到，结合面体与大齿轮轮幅的变截面处没有圆滑过渡，在受到冲击作用力时，应力峰值会很大。在大力锤击，以某一频率进行，由于振动频率的叠加作用，应力很大，超过了断裂临界点后就轻易地造成了裂纹的发生。

因此造成裂纹的原因应是螺栓紧固方法不恰当，变截面处结构不合理。

2.处理方法

通过以上的原因分析，对裂纹进行消除焊接修复，并进行适当的受力结构改进，大齿轮应能继续正常运行。由于生产任务的需要，无法解体拆除裂纹损伤部件作具体的分析和进行较为彻底完善的处理，决定对局部进行同质焊接修复，并焊接筋板加强。先进行裂纹局部修复，后加焊加强筋板。

为了减少施工过程中各局部应力差，方便焊接施工，转动筒体将裂纹损伤部位调整到最高点，使焊接位置处于平焊位、立焊位。搭设安全的施工平台。做好防止刨渣、焊渣对转体可能的伤害，做好防火等安全措施。灯光照明充足。

（1）裂纹焊接修复工艺要求。

a.持有相应资质的焊工进行焊接操作。

b.由于大齿轮与磨煤机筒体结合部位用沉头螺栓紧固，无法进行双面焊接，单面焊可能引起较大的变形，该部位裂纹暂不处理。采用碳弧气刨对裂纹从两面进行清除，用角磨机打磨除去渗碳层。前后对应，开双U型坡口，宽度以尽量减少焊接量为宜，坡口两侧20mm清理干净，见金属光泽。丙酮清洗。

c.采用两把大烤把对结合面四颗螺栓之间的部位加热，使温度达到80~100℃，用保温棉包扎，以防止部件散热损失过大，使裂纹补焊部位过快冷却。对补焊部位加热到200~300℃后焊接，全部焊接完成后加热到350℃后热处理，恒温约20min，整体保温缓冷。

d.选用Ф3.2，J507焊条，350℃烘干合格，放在保温筒内，随用随取。直流反接，焊接电流为100~120A，电弧电压为24~26V。

e.为了控制变形，采用分段、分焊层、前后侧对称焊接。每一层焊后检查没有裂纹，方可焊接次层。第1、2层焊后用烤把对焊道加热。焊条不作横摆，单层厚度≤3.2mm。

f.盖面焊接后加焊一层退火焊层，经保温缓冷至常温后，用角磨机磨除平滑过渡。

（2）筋板安装焊接。

a.如图5所示位置加焊筋板。2号筋板直角边长约为100、150mm，共4块。1号筋板共加2块，直角边长约150mm，弦边凹弧形。各筋板弦边棱角R5过渡，厚度约30mm,根据现场尺寸加工成适当的形状。

b.由于现场条件限制，无法两面焊接，出口侧的2块2号筋板开单V型坡口，其余开K型坡口。

c.焊接工艺参数同上，上下、前后筋板的每一条焊缝同时对称焊接，单边焊接完成后再焊接另一条边，力求使每一块筋板的焊接应力达到较小。

（3）所有焊接完成，待冷却后，对焊缝表面打磨，按JB/T4730-2005渗透探伤合格。

3.效果

（1）处理用时短，仅2天就完成了整个修复处理工作，为锅炉机组能正常运行提供有效保障。

（2）处理后投入运行近3个月，磨煤机停止运行进行检查，没有新生裂纹产生。效果理想。[科]