摘要：为了焊接修复水泵转子轴，本文通过对焊接技术的发展和优选，采用小轴径转子轴半自动补焊技术对其进行修复，应用实例表明：以4KW水泵转子为例，每天完成5—7件/人。使用该装置后，可完成转子轴补焊21件/人，工作效率提高了3.5倍以上。
关键词：小轴径转子轴半自动补焊技术；修复；水泵转子轴
1 引言
随着国家经济发展对煤炭需求的比重逐渐降低及当前煤炭价格形势的直线下滑趋势，煤炭生产成本的管控成为各大煤炭企业“滞留”煤炭市场的生存之道，而煤炭的生产成本主要是煤炭开采中使用的设备及材料的大量消耗及浪费造成的，矿井涌水量非常大。因此，煤矿井下水泵的正常运转是维持矿井安全生产、避免矿井水灾淹井的重要环节。
2水泵转子轴的磨损原因分析
根据“磨擦学”的原理：磨损分为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、化学磨损、微动磨损、侵蚀磨损，而水泵转子轴的磨损就是属于侵蚀磨损中的流体磨损，当流体射向固体表面时引起的侵蚀磨损。另外，处于高压下的液体通过很小的缝隙向外泄漏时，可以形成速度极高的液流，剧烈冲刷构成缝隙的表面，在其上冲出近似于蛀虫咬木器后留下的沟槽。水泵的转子轴的机械密封密封不严密情况下，由于可能出现水流侵蚀，再加之吸附进细小的泥沙，便导致缝隙增大。具体情况说明如下：由于井下的作业环境恶劣，水泵长时间处于一个潮湿、阴暗的环境内，当水泵正常工作时，水泵吸入泵体内的水流对水泵的电机起到降温冷却作用，当水泵工作的作业环境内的水位下降，水泵开始吸入细小的泥浆，当泥浆被吸入的水泵内通过水泵转子下部的机械密封内，随着水泵转子不停转动，吸入的细小泥沙被旋转带到机械密封和水泵转子轴的间隙内，一段时间后，细小的泥沙不断在间隙内旋转，导致机械密封和水泵转子轴的间隙越来越大，最近机械密封起不到密封的作用，从水泵转子轴上脱落，造成水泵内漏水，水泵电机烧坏。
3 焊接技术发展与优选
3.1自动环焊技术
（1）根焊
根焊速度直接影响整个管线焊接施工的效率，是制约施工进度的瓶颈，其技术发展主要经历了以下几个阶段：(1)20 世纪 70 年代：内焊机，装备的 3～5 把焊枪可同时焊接；(2)20世纪 80 年代：外部根焊，辅助内铜衬垫；(3)20 世纪 90 年代：外部根焊无需衬垫，采用短路过渡 GMAW；(4)2000年以后：内焊机，装备的 8～12 把焊枪可同时焊接。内焊机主要是集内对口器和焊枪为一体，内部设置多个焊枪控制系统，从管子内部实现焊接，焊接效率高，劳动强度低，焊接过程受人为干扰影响小。而外根焊则是对口器与焊枪分离，操作工艺可通过自动外焊工艺和半自动焊工艺来实现。对于小口径管道和大口径管道“连头”、弯头无法采用内焊机焊接，必须采用从外部焊接的单面焊双面成形技术。
（2）填充焊
填充盖面焊的效率决定了焊接工作站的数量和整体现场施工效率，对整个接头完成速度有重要影响，其技术发展主要经历了以下阶段：(1)20 世纪 60 年代：窄间隙坡口和单焊枪自动焊机。(2) 90年代：双焊枪自动焊机。(3)2000 年：串列双丝自动焊机(一把焊枪两根焊丝)。(4)2004年：双焊枪自动焊机(CAPS焊接系统)。2007 年：激光视觉焊接系统，可以自动控制焊枪位置和计算机数据采集。目前管道填充盖面焊大部分采用单焊枪或双焊枪自动焊，单焊枪或双焊枪自动焊在全球已完成了 2 万多公里的管道焊接，管道激光视觉焊接系统还未步入推广使用期。这些技术的发展采用实心焊丝 GMAW，通常用 CO2气体或氩气和 CO2的混合气体保护。自动焊机也可使用药芯焊丝，采用上向焊接工艺，并使用 API 60°焊接坡口，而不是窄间隙坡口。
3.2 激光熔覆技术及特点
激光熔覆是一种重要的材料表面改性技术，是利用高能量激光束（104～106 W/cm2）辐射在金属表面，使其迅速熔化、扩展和迅速凝固，冷却速度通常达到102～106 ℃/min，在基体表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，从而构成一种新的复合材料，以弥补机体所缺少的高性能或恢复尺寸，这种复合材料能充分发挥两者的优势，弥补相互间的不足。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该技术具有以下特点：（1）激光熔覆层与基体为致密冶金结合，结合强度高，不脱落；（2）加工过程热影响区和热变形小，不改变基材内部金属性能；（3）可实现工件表面性能的定制，熔覆层耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特殊功能层；（4）可制备由底层、中间层及表层组成的各具特点的梯度功能熔覆层；（5）适合的材料广泛，常见各类钢、合金钢及铸铁均可加工；（6）加工过程自动化控制，工期短，质量稳定。轧辊轴颈由于材质及热处理状态的特殊性，传统的修复工艺无法解决修复过程易产生的热应力和热变形、修复材料选用局限性、修复层与基体结合强度难以保证且晶粒粗大等工艺矛盾，而激光熔覆技术正好弥补了传统修复方法（如氩弧焊、喷涂、镀层等）的工艺缺陷，因此，在各行业修复领域应用越来越广泛。
3.3 小轴径转子轴半自动补焊技术
机加工车间每年为水泵维修车间修复各类水泵转子轴约2000余件，补焊转子轴直径Φ25—60十多种型号。由于没有专用设备，只能采取沿轴线人工补焊，补焊效率较低（6件/人/天），连续焊接修复过程中热输入较高，转子轴易产生变形，同时由于人员技能的参差不齐，质量难以保障，返工率高，加之焊接量大，工作效率低等问题，造成资源严重浪费。为了保证质量，提高效率，降低人工成本，考虑使用激光熔覆设备热输入小，转子轴变形量较小，但设备购置成本近百万有余。经分析环缝补焊技术相比直线焊接效率较高，但购置一台环缝补焊机需几十万，为了降本增效，我车间将现有一台废旧车床进行改造，采用环缝补焊技术，同时采用Φ0.8mm焊丝进行补焊避免了热变形，此套补焊工装满足各项技术要求的同时大大提高了焊接修复效率。
通过比较，环焊技术使用的较普遍，但是其可靠性能不能保障，激光熔覆技术较精确，且效果较好，但是一套设备成本较高，一套需要上百万元，经济上不合适，因此本次选用自主研发的小轴径转子轴半自动补焊技术，该技术使用报废车床实现了水泵转子轴的半自动除锈、环缝补焊工作，降低了对人员技能的要求，同时考虑到员工的职业健康，将人机隔离，焊接烟尘直接由排烟空排到空气净化器，方便可靠，有效的提高了工作效率。
4 小轴径转子轴半自动补焊技术介绍
4.1 主要内容
机加工车间使用一台CA6140拟报废车床进行改造，利用车床的低速旋转，同时对二氧化碳焊枪进行定位焊接，装卡的转子一边转动，焊枪一边焊接并轴向移动。此次改造不仅使报废车床再次运转起来，提高了转子修复焊接质量、焊接效率、降低了工人劳动强度等问题。该装置主要用于修复小轴径（≤φ60mm）转子轴的半自动除锈、补焊工作。
转子的两端分别由卡盘和顶尖固定，车床低速旋转，从而带动转子做回转主运动。焊枪固定于可进行角度调节的固定架上，固定架由丝杠旋转带动其左右移动为进给运动。两种运动的配合完成了转子轴的补焊工作。为了保证焊接质量，焊机的接地线工装采用弹簧作为压紧装置与车床尾座顶尖连接。
在车床上焊接，直接在在车床上接地，会造成车床主轴箱内的齿轮过电，时间长了会损坏车床主轴箱内的零部件及尾坐内部。为了了解这些问题，现在用车床顶尖接地，因为车床后顶尖是转动的部位，我们才用顶尖外露圆柱部分与外加铜块接触实现接地，把铜块加工成半圆弧和顶尖部分紧密接合，铜块用一根弹簧紧紧压着，时间长了铜有磨损也达到紧密接合，把焊机地线接在铜块上，因为电流只走最短的路线，所以车床主轴想就不通电，焊接电流只在焊接的工件上。
考虑到烟尘问题，该装置配套制作了带观察窗和排烟孔的护罩，实现将人员和修复工件隔离，焊接烟尘通过排烟孔将烟尘集中使用空气净化器处理，工作人员可通过观察窗观察转子轴修复情况，随时控制。
该工装整体结构美观大方，使用方便可靠，提高工作效率，降低人员劳动强度的同时人性化的考虑到了员工的职业健康问题。
在车床上焊接，直接在在车床上接地，会造成车床主轴箱内的齿轮过电，时间长了会损坏车床主轴箱内的零部件及尾坐内部。为了了解这些问题，现在用车床顶尖接地，因为车床后顶尖是转动的部位，我们才用顶尖外露圆柱部分与外加铜块接触实现接地，把铜块加工成半圆弧和顶尖部分紧密接合，铜块用一根弹簧紧紧压着，时间长了铜有磨损也达到紧密接合，把焊机地线接在铜块上，因为电流只走最短的路线，所以车床主轴想就不通电，焊接电流只在焊接的工件上。
4.2 经济效益
未设计该装置之前，需要中级工以上的技能人员进行转子补焊，以4KW水泵转子为例，每天完成5—7件/人。使用该装置后，可完成转子轴补焊21件/人，工作效率提高了3.5倍以上。
5 结语
经研究小轴径转子轴半自动补焊技术用于水泵转子轴的修复焊接中，工艺可行，性能可靠，外形美观，自动化程度有其无可比拟的优越性，其合格率能达到95以上，同时其工作也得到大大提高。
作者简介
王彩燕（1986-），陕西人，毕业陕西能源职业技术学院，主要从事焊接技术研究工作。
论文作者:王彩燕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/21
标签：转子论文; 水泵论文; 焊枪论文; 车床论文; 磨损论文; 技术论文; 焊机论文; 《基层建设》2018年第32期论文;