露天矿挖掘机回转减速箱零件修复工艺研究

崔锁虎

（上海朗托动力传动技术有限公司，上海 201612）

露天矿挖掘机因其耐用、高效率、高可靠性和低生产成本而成为装载设备的主力军。全球有1300多台电铲在世界各地使用，合计斗容量为28 000 m3，几乎占所有装载设备的50%[1]。挖掘机是露天矿关键设备，而回转减速箱是挖掘机关键传动总成，在恶劣的工作环境下经常会发生零部件损坏。通过近十年的工作实践证明，对于回转减速箱经常损坏的零件，采用科学的修复方法，修复的零件能够可靠运行一个大修周期30 000 h，这些修复的部位都没有再次损坏，甚至可以达到新品寿命。本文针对回转减速箱易损零件，提供经验证的可靠的修复方案。

减速箱维修常见的零件损坏形式：输入轴油封唇口接触位置磨损、减速箱盖产生裂纹和行星架裂纹，通过大量的工艺探索，摸索出修复工艺，在下文中对损坏形式以及修复工艺做详细的说明。

2.1 输入轴密封唇口位置磨损漏油

如图2所示，输入轴通过花键与驱动电动机连接，在长期运行过程中，输入轴相对于骨架密封唇口高速旋转，输入轴外圆面会形成0.5 mm左右的凹槽，这个凹槽正好在油封唇口位置，即使换上新的油封，油封仍无法有效工作，减速箱在该位置渗漏润滑油。

图1 回转减速箱结构图

图2 输入轴油封唇口位置磨损

2.2 输入轴磨损位置的修复工艺

1）用外圆磨床，把输入轴φ100 mm直径整体磨到φ99.5 mm。

2）把加工好的齿轮轴装夹在激光熔覆设备上，采用镍基合金系列粉末的多道多层激光熔覆，熔覆后有效尺寸达到φ102 mm，熔覆层的硬度为45 HRC[2]。

3）把熔覆完成的齿轮轴装夹到外圆磨床上，利用千分表测量轴承安装位置上的φ101.60 mm圆柱段, 千分表测量的跳动值小于0.02 mm。开始磨削熔覆位置的轴径，轴径磨到（φ100±0.05）mm。

4）对整个轴进行检测，其余轴径均在原图样公差范围内，无任何变形，轴承安装位置轴径、齿轮、花键都在公差范围内，并且外圆硬度值为45 HRC，修复完成。

回转减速箱壳体裂纹修复，如图3所示，减速箱上盖是铸造件（材料ZG35Cr1Mo）和45钢组合焊接而成；
焊缝由于长期运行振动产生裂纹，首先进行了渗透探伤确定焊缝开裂位置。

图3 回转减速箱壳体照片

回转减速箱铸造壳体的材料的化学成分和力学性能如表1、表2所示，焊接材料选择如表3所示。

表1 ZG35Cr1Mo化学成分质量分数[3] %

表2 ZG35Cr1Mo材料力学性能

表3 焊接材料选择

电焊固定及焊接步骤如下：焊前仔细清除坡口表面的铁锈和油污。将工件整体入炉预热，预热温度为440 ℃，升温速度为85℃/h，保温2 h。

对接接头采用平角焊，焊接方向为左向焊。最小预热温度为400 ℃，最小层间温度为350 ℃。消氢处理温度范围为450 ℃，时间范围为1～2 h。采用保护气100%CO2，或者混合气Ar/CO2（混合比为80/20），流量为15～20 L/min。

达到预热温度后进行焊接，焊接规范按表4执行。采用直进焊或微摆焊进行单丝多层多道焊接，单道焊缝宽度≤13 mm；
导电嘴至工件距离15～20 mm；
喷嘴规格为φ25 mm。焊接时注意保证与平板及端盖处的熔合。保证层间温度不低于350 ℃。每一道焊接之后用角磨机对焊道表面进行打磨。清除焊渣、飞溅等影响焊接的因素。焊接后应立即将焊件放在300 ℃的炉中以，85 ℃/h 的速度升温至500～600 ℃之间，并保温2 h，随炉冷却至100 ℃后取出空冷[4]。防止焊接应力导致开裂。

表4 焊接规范

挖掘机回转减速箱行星架在高振动工况运行一个周期后可能会在上下法兰之间立柱圆弧过渡处开裂。

由于行星架制造工艺复杂，精度高，行星架的成本很高。我们在维修减速箱的过程中，遇到行星架开裂的情况，开发出一套严谨科学的修复工艺，大大降低了整个减速箱的维修成本。

4.1 行星架开裂修复工艺

裂纹的表面处理：如图5～图7所示，使用带有硬质合金刀具的电动或气动研磨机去除裂纹。避开切口的边缘和拐角，以避免应力点。不使用砂轮，原因是磨粒可能嵌入表面，干扰焊缝熔合。

图4 裂开焊缝渗透探伤结果

图5 行星架腹板裂纹

图7 裂纹打磨后的图片

裂纹位置：行星架立柱与底部法兰位置出现裂纹，需要修复，图6为打磨处理以后，打磨深度直至裂纹消失，打磨会产生一个凹槽。

图6 裂纹打磨后的示意图

打磨到渗透探伤检查不到裂纹为止，清除受热影响区域的所有油、油脂、油漆、染料渗透剂等。清除待修复区域的表面氧化物。经过计算，行星架质量为2.6 t，焊接部位相对面积小，焊接时热影响小，因此不需要对整个行星架进行预热。

4.2 焊材选择及焊接前准备

焊条参数及焊接方式为：焊材牌号为J107铬焊条，焊条直径为2 mm，采用手工电弧焊，直流反接，电流强度为45 A，通过对一块废料进行焊接，验证电流设置。熔敷层不得超过焊条芯直径的2倍，即φ4.0 mm。确保所有电极保持干燥。不要将电极暴露于任何污染物中，如油脂、油、水，或任何其他可能的水分来源。

使用数字万用表检查行星架的极性：焊接铸钢时，确保所用焊接材料的极性正确，以获得所需的结果；
正极性允许较浅的熔透、较少的热输入和增加的熔敷。反极性具有更大的热输入、更大的穿透力和更大的母材稀释度。

4.3 焊接工艺步骤

焊接前遮盖行星齿轮轴孔和止推面，以防焊接飞溅。焊接的顺序：如图8所示，在凹槽的一端开始焊接。一次焊接不得超过25 mm。焊接完成后的表面处理：每次焊后，立即使用电动单头或多头除锈器，并对焊缝进行彻底喷丸（在这些中间检查期间，不要使用任何类型的液体渗透检测程序，渗透剂会导致焊缝污染）。

4.4 检查每道焊道有无裂纹或气孔

焊接过程中如果发现有任何气孔或者裂纹，使用带有硬质合金切割机的电动或气动研磨机去除裂纹或气孔。在该区域进行焊接，并重复喷丸和检查过程。

需要注意的是：在每个焊道结束时，务必在断开电弧之前将电弧拉回到熔敷层上，以减少弧坑开裂的可能性。务必在熔敷层上引弧，切勿在母材上引弧。

4.5 焊后冷却及喷丸

让每个焊道冷却至43 °C（109.4 °F）。在凹槽的另一端焊接一条25 mm或更小的焊缝，并立即对焊缝进行喷丸处理。

4.6 继续焊接和喷丸

继续焊接-喷丸-冷却循环，朝着凹槽中心操作,如图8和图9所示。

图8 焊缝方向示意图

图9 从底部到表面的焊接示意图

继续此过程，直到凹槽填满。使用电动或气动研磨机将焊缝与铸件轮廓打磨光滑。焊接成型后，对该区域进行喷丸处理，以减少研磨工具产生的应力。最后渗透探伤检查有无裂纹。

4.7 焊后渗透探伤检测

首先，对要测试的区域进行预清洁。喷洒清洁剂/去除剂，必须彻底清除妨碍渗透剂渗入缺陷的油脂、涂料、铁锈、氧化皮、污物等附着物，以及残留在缺陷中的油脂、水分、油漆等。

接下来，在整个待测区域喷涂渗透剂。让渗透剂浸泡10～15 min。渗透油浸泡后，用干净、干燥的抹布去除多余的渗透油。然后对渗透油痕迹使用清洁溶剂湿布或擦拭布清除。让该区域彻底干燥。在使用显影剂之前，摇动容器，确保显影剂充分混合。将容器保持在距离测试区域约203～305 mm的位置。

显像剂的注意事项，在检查裂缝之前，让显影剂完全干燥10～15 min。如果被检表面存在缺陷，渗透剂便渗入缺陷内，当把表面多余渗透剂去除后，再施加白色显像剂，缺陷内的渗透剂便被吸出，从而在白色背景上呈现出红色缺陷迹痕[5]。因此，缺陷将以白色显影剂背景显示为红线。

经过以上严格的步骤，检查焊缝是否存在裂纹；
如果存在裂纹，继续打磨掉有裂纹的部分，重新焊接，最终所有裂纹检查合格，行星架修复完成。

本文维修挖掘机回转减速箱，不是简单地拆解、检查、更换零件这样一个简单的流程，而是根据零件实际损坏的情况，对于经检查可以修复的零件，采用目前国内先进的激光熔覆、焊接工艺，制订合理的修复工艺。一个输入轴新品需要1.2 万元，制造周期为70个工作日；
激光修复费用为0.3 万元，只需要10个工作日；
减速箱盖新品价格为14.5 万元，制造周期为60个工作日，修复仅需要7个工作日，成本只需要0.6 万元；
行星架新品价格需要31.5万元，制造周期需要为90 d，修复仅需要0.8 万元，只需要5个工作日。减速箱总成采用修复工艺，这些零件就可以节约45.5 万元，并且大大缩短了维修周期。以上是本文的技术积累和总结，也希望能够在今后的工作中，创造出更多的、更好的工艺和方法，把维修工作变成智能维修，升级产业工艺，为企业创造好的竞争力，为国家机械装备产业发展贡献自己的一份力量。

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