滚动轴承状态监测与故障诊断方法

    轴承故障，其损坏的主要形式是齿面磨损和断齿。磨损或断齿后可用手工电弧堆焊的方法进行修复，齿轮类传动零件如齿轮、链轮、齿圈、齿条等是各类设备中常用的零件。这不仅能及时地保证设备正常运行，而且可节约大量备件费，具有显著的经济效益。本文介绍局部齿轮类传动零件堆焊修复成功的实例，供同行参考。

　　一、齿轮轴断齿的堆焊修复：

　　模数 m=30mm 齿数 z=24 齿宽 b ＝ 300mm 外圆最大直径为φ 914mm 总长为 2.75m 单重 7.722t 该齿轮轴的平均使用寿命为 1 1.5 年，中板轧机减速机的重型人字齿轮轴材料为 50SiMnMoB 钢。其损坏形式是磨损、剥伤、断齿等。当前国内只有少数厂家能生产制造。该厂曾采用堆焊方法修复了一个断齿多处，最大折断尺寸为 200mm 40mm 45mm 报废齿轮轴，具体的修复过程如下：

　　1 不允许有任何裂纹存在焊前加热工件， 用手持砂轮将断齿处底面修磨好。用远红外线辐射电热器 24 片均匀装于所有齿顶面上，并用石棉布包裹好。加热约 6h 工件温度控制在 300 ℃左右。

　　2 焊前焊条应仔细烘干。 选用 φ 4mm E308-16 A102 焊条和φ 4mm E8515-G J857 焊条交替堆焊。

　　3 厚约 4mm 再用 E8515-G 焊条堆焊 16 20mm 厚， 先用 E308-16 焊条打底焊。接着用 E308-16 焊条堆焊厚约 3mm 缓冲层，最后用 E8515-G 焊条将齿部堆焊完。堆焊过程中要使工件始终处于加热状态，并放于避风处，层间温度保持在 300 ℃左右，每焊一层，要 ( 趁热 ) 用手锤用力击打各堆焊处 30 余次。整个堆焊过程要连续进行，一次完成。

　　4 堆焊后要保温 4h 再缓冷。

　　5 应利用砂轮仔细进行人工打磨。 为了得到较好的齿形精度。

　　均符合质量要求。 对堆焊修复的齿轮轴进行了超声波探伤和硬度检验。

　　二、内齿圈的堆焊修复：

　　其内齿圈外径φ 1400mm 厚 135mm 制齿时， 50t 履带吊车的行走局部与上部平台的连接采用回转支承。由于机床的误动作，将其中一个齿的齿厚铣去了一半，需要进行堆焊修复。内齿圈的资料为 5CrMnMo 钢，焊接性较差。内齿圈是经过调质处理的而缺陷齿堆焊后不允许再进行相应的热处理，因此需要选择硬度与其相当的焊条和采用使热影响区不出现裂纹的堆焊工艺。具体堆焊过程如下：

　　1 且四周要安置挡风板。 仔细清除工件上的油渍、污物等。用氧乙炔焰将待堆焊齿及其周围预热到 300 ℃左右。堆焊应在车间内进行。

　　2 焊条经 400 ℃ 、 1h 烘焙。施焊时直流反接。 选用 φ 3.2mm E8015-G J807 焊条堆焊。

　　3 使待堆焊齿面处在立焊位置。由齿根部开始， 将齿圈立放在支架上。采用多道多层向上堆焊，每道焊缝的焊接方向相反。待堆焊至要求厚度后，转动齿圈，使齿的端面处于立焊位置，堆焊齿的端面和两侧面，直至全部焊完。每焊一道焊缝后，应仔细清理熔渣。堆焊过程中，层间温度保持在 180 220 ℃ 。

　　4 然后用石棉布盖严， 堆焊后立即用氧乙炔焰将堆焊处加热至 300 ℃左右。缓冷至室温。

　　5 再在插床上加工出齿形。 用手持砂轮磨平堆焊齿的两侧面。

　　均符合齿圈的质量要求。 对加工后的堆焊部位进行磁力探伤和硬度检验。

　　三、链轮断齿的堆焊修复：

　　发现其行走传动机构中的链轮有两个齿从根部断掉。由于没有铣齿刀具无法重新制造，一台起重机进行大修时。决定用堆焊方法修复。

　　再用耐磨堆焊焊条进行齿形表面的堆焊。堆焊工艺如下： 链轮材料的化学成分为 0.35%C 1.12%Mn 0.51%Si 0.32%Cr 0.17%Cu 齿面硬度大于 50HRC 堆焊时先用普通低合金钢焊条堆成齿形。

　　1 便于经常检查齿形。将链轮的断齿部分朝上平放， 焊前按齿形做一个能测量两个齿的样板。用钢丝刷刷净待焊表面和附近的铁锈，并将油污清理干净。用氧乙炔焰缓慢加热堆焊部位，预热温度约 200 ℃ ，以防止堆焊时产生裂纹。堆焊应在室内无风处进行。

　　2　焊前焊条在 400 ℃烘干 2h 选用 φ 5mm EDPCrMo-A 4-03 D212 焊条堆焊表面层，  选用 φ 4mm E6016-D1 J606 焊条堆焊齿部。施焊前焊条在 150 ℃烘干 1h 堆焊使用交流电焊机。

　　3 再焊四周， 首先用 E6016-D1 焊条在断齿面上堆焊。先焊中间。这样中间的焊接热量对原齿的外表淬火层起到一个退火作用，从而减小发生裂纹的倾向。采用短弧焊，焊完一层后清渣，并控制层间温度在 150 200 ℃之间。堆焊层表面应尽量平滑，弧坑要填满，以防止产生弧坑微裂纹。齿部堆高时，应按齿形预留 2 3mm 厚的堆焊量，以便堆焊耐磨层。

　　4 连续堆焊完成。焊后的齿表面要防止凹凸不平， 接着用 EDPCrMo-A 4-03 焊条堆焊齿形表面。以减少修磨齿形的工作量。

　　5 使其缓慢冷却。 焊后立即用石棉布盖住堆焊部位。

　　6 用样板检查合格后， 用手持砂轮对堆焊的齿部仔细进行磨削修整。链轮即可使用。

　　经装机试用证明使用效果良好，堆焊修复的链轮。使用中堆焊处未出现断裂、裂纹等缺陷，已正常使用了两年多。

　　四、大型铸铁齿轮断齿的堆焊修复：

　　齿轮资料为 HT200 采用开槽堆齿法修复断齿，大型铸铁齿轮轮齿根部断裂。获得胜利。这种方法勿需拆装齿轮，具有工艺简单、操作方便、焊缝质量高等优点。具体做法是

　　1 并用钢丝刷刷干净。开 U 型槽， 断齿表面用汽油清洗。槽深 8 15mm 宽 5 10mm 开槽数根据齿根厚度而定。用氧乙炔焰预热断齿面，当槽边角出现暗红色时即停止加热，进行堆焊。

　　2 再在整个断齿面上堆焊一层过渡层， 预热后先用 EZNiFe-1 焊条将槽填满。最后用 E4303 J422 焊条按齿形进行堆焊。采用交流、直流电焊机均可。必要时焊条按规定烘干。

　　3 用锉刀打磨出齿形后， 堆焊成形的轮齿。即可投入运行。

　　使用 1 年多仍然完好，用开槽堆齿法修复的齿轮。未出现轮齿变形和裂纹，并且堆焊的耐磨性比原齿好。

　　五、龙门刨床工作台齿条的焊补：

　　齿条材料为 Ht200 为保证齿条公差要求和焊后变形小， B2152 型龙门刨床工作台齿条中部打坏 8 个齿。采用冷焊法焊补。

　　1 使堆焊处呈圆滑过渡。 焊前用汽油和砂布将齿条上的油污擦净。用扁铲修整损坏的齿。

　　2 焊条在使用前 200 ℃ 、 2h, 选用 φ 3.2mm EZNiFe-1 Z408 焊条进行焊补。烘干处置。

　　3 每焊一道要进行清渣和锤击， 堆焊时直流反接。工件不预热。采用直线运条法。层间温度必须保持在 100 ℃以下。焊齿要留出加工余量。

　　4 齿条基本未变形， 焊后检查。仍在原齿条公差范围内。加工后未发现夹渣、气孔、裂纹等缺陷，经使用证明效果很好，完全达到设备技术要求。