【摘 要】文中详细分析了在修复高压电机主轴断裂时，遇到焊接扭曲变形方面的问题，并对此提出了改进措施和建议。本文建议使用销孔定位更换轴头保护焊接的方法，来有效解决上述问题。
【关键词】高压电机；主轴断裂；销孔定位；修复
前言：当前，随着工业化和科技的进步发展，大功率高压电机被广泛应用到生产实践当中，大大提高了社会生产效率。而其在运转过程中，经常会遇到传动轴断裂的重大事故，给企业正常生产活动带来了巨大危害敬激。一般而言，更换大型电机传动轴是一项十分艰巨而繁琐的工作，订购新轴又需花费相当长的周期，因此在传动轴发生故障时，主要考虑通过修复来恢复生产活动。采取何种方法有效修复传动轴，最大程度降低生产活动受机械故障影响程度，是机械维修面临的一个重点科目。本文以河南某化工厂大功率电机修复为例子，介绍了销孔定位保护焊接更换轴头加工的方法，通过使用该种方法，能够有效解决高压机电主轴断裂修复难题，具有较强的推广价值和实用性。
1 问题及分析
1.1 故障情况介绍
2009年，位于某省内化工厂的一台隔爆型三相异步电动机( 型号为YB290M2-3、功率为650 kW、电压为5500 V、转速2950 r /min)，在一次生产活动中出现了重大故障，电机出现了明显震动以及温度剧烈上升的情况。现场操作人员及时关机排除故障，但没有找出症结所在，后经组织专家会诊认定为电机转子在动平衡上出现异常情况。
1.1.1 拆解转子时，再拆卸下转子的冷却风机叶轮和传动轴轴承之后发现，电机气封部位存在十分明显的烧痕。
1.1.2 卸下传动轴的轴承后，可以清楚的看到距轴承不远处的轴肩处有条极细的裂痕，用检测工具探测后得知，该裂痕深度达2公分，在轻微敲打轴头后，轴头彻底断落。
1.2 故障原因分析
据技术人员介绍，该电机过去由于轴承跑内圆，轴承损耗十分严重，电机的轴承位被堆焊后机加工修复过。过去没有执行严格的堆焊修复规范和制度，因此在修复过程中留下了严重的焊接亮旅袜脆裂隐患，最终导致了本次故障的发生。
2 修复措施
根据工厂现有设备条件，一方面仓库没有预备的电机配件，也无法在短期内采购新的电机转子，厂内目前只有一台正常运转的风机，因此，必须尽快修复已发生故障的电机。
2.1 采用方法
要有效避免焊接变形发生，联轴器一侧采用留有较大加工余量的替代材料。可使用材料性能接近的棒料作为替代材料，通过焊接、热处理和时效处理后，再通过机械加工消除因焊接变形而产生的变性影响，以确保对修复轴的最终精度要求。
2.2 选用材料
选用与主材成分相近的修补材料40Cr 棒料。经过化验，该电机的主轴材料为40Cr。
2.3 工艺要求
根据设备操作规范说明，该电动机转子的径向跳动应在≤0.04毫米时，属于正常工作状态。经检测发现轴承在断裂过程中，已出现轻微变形。所以在焊接修复时，既要纠正因断裂引起的变形，又要尽量减小焊接、热处理过程中产生的变形，还要保证焊缝的修复质量。
3 修复工艺
3.1 焊接工艺
为方便轴承的对接焊接工作，一般是先将铁心处端口处磨平，再在该处机械加工出以轴为中心的Φ40 mm × 110 mm 的定位孔，在加工出直径五毫米的透气孔。在定位孔外侧加工出10°～ 15°的焊接坡口，坡口处过度圆角，半径为R5，倒角为1． 5 × 45°，增加一套新的定位装置( 其中包括四爪卡盘、中心架等) ，这是一个关键的工序，而且较为繁琐。要由机械工人和技术人员一块采用多种调整方法，尽量达到工件在修复完工后，径向跳动量在合格范围内。
其次，选一段Φ140 mm × 420 mm 的Cr40 棒料，对40Cr 棒料进行初加工，并将棒料的焊接端加工出10° ～ 15°的焊接坡口，坡口处的过度圆角，半径为R5，倒角为1． 5 × 45°。然后把初加工的轴头与待修复的电机转子上的定位孔进行对接。为镇念保证两工件的对接严实可靠，要先对转子上的孔用氧气乙炔火焰进行预加热至200 ℃左右。对接后保证其焊缝底部要留出6 mm的间隙，以保证焊接底部焊缝的密实度。
在进行焊接对接之前，要重视前期准备工作。首先要对转子进行探伤检测，因此要在转子上加工出一个细孔，同时保证焊接部位没有脆性裂痕存在。一旦存在裂痕，必须做好清理工作，以提高修复工作的质量和效果。开始焊接之前，首先在焊接部位两侧用火焰加热到200摄氏度，同时保证焊接过程最低温度不低于160摄氏度，但最高不得超过200 摄氏度。使用手工电弧焊焊接方法，对所使用的Φ2.5 mm 和Φ3.2 mm 的857 焊条进行100 ℃ × 1 h 烘干处理，烘干后迅速将焊条放入保温桶内，随用随取。
在进行对接焊接工作时，要特别注意如下几方面：事先用焊接60至75安的电流用直径2.5 mm 的焊条在坡口堆焊。等到预热温度将低到200摄氏度以下时，再用电流为80安，直径为3.1毫米的焊条进行填充和焊接。焊接工作要求进行整个焊接时，要求两台焊机，两人在对面同时进行。这样可以尽量缩小焊接件在焊接过程中的塑性变形。并采用多层、多道、短焊段的施焊方法，每次焊缝高度增加15 mm时停焊。然后立即对焊接区进行适当锤击，以减小焊接应力对工件的变形影响。要做到依次焊接，直至焊接工作完成。焊好后要求焊缝与母材圆滑过度，焊缝必须高出母材2 mm 以上。当焊缝冷至150℃以下时，立即对焊缝及其热影响区用氧气乙炔火焰进行加热至400 ℃，并保温至少1 h 的热处理。焊缝两侧的加热宽度每侧不得低于50 mm 保温，用石棉进行保温。保温结束后，对焊缝和热影响区进行着色探伤。检验不得有裂纹存在。如发现没有裂纹，选用碳弧气刨沿裂纹处开U 形坡口，再采用以上方法对其进行补焊及保温处理。若无裂纹等缺陷发生，在常温下放置3 ～ 4 天时间。待到焊接内应力彻底消除后，再按图纸要求，对其进行最终机械加工。
3.2 机械加工
加工时首先用四爪卡盘和中心架对转子进行找正，其在铁芯处径外的跳动量要≤0． 03 mm，然后对轴承位进行精加工，将中心架移至新加工完成的轴承位处，并找正至轴的径向跳动小于0． 025 mm 时，对轴端加工中心孔。中心孔加工完成后，用尾座顶尖顶牢，再进行找正。然后按要求完成对轴的修复部位的最终机械加工。
3.3 动平衡校验
电机转子动平衡校验是保证电机稳定运行的重要措施。
4 使用效果
该电机2010 年元月修复投运后已经正常使用至今运行状态优良，通过测量，测得电机输出端: 垂直振动值1.8 mm/s，水平振动值2.1 mm/s，各项运行指标正常。
结束语
通过对这台功率630 kW，型号YB560M1 － 2 的隔爆型三相异步电动机转子的紧急修复，使价值数十万元的一台报废设备恢复到了完好设备状态，为企业节约了资金; 为企业恢复生产赢得了时间，减少了企业的经济损失。
参考文献
[1]侯秋胜，高压设备基础:，中国电力出版社，2009.08.
[2]张芸，高压电机维修，清华大学出版社，2008.08.