一、情況簡介
    Ø4.5m×40m干燥機(jī)是大型磷化工生產(chǎn)線的重要設(shè)備，其傳動(dòng)件大齒輪約重28t．齒輪結(jié)構(gòu)為兩半齒圈拼裝加工而成，外徑為6m，內(nèi)徑為5.09m，齒輪模數(shù)40，齒寬為730m。整體設(shè)備是1986年由某公司制造安裝并投入使用，原齒圈材料為ZG45，由于大齒輪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，齒面磨損嚴(yán)重，因此于2006年8月采用材料為ZG42CrMo的大齒輪對(duì)原齒輪進(jìn)行更換。該齒圈運(yùn)轉(zhuǎn)約半年后，于2007年4月28日發(fā)現(xiàn)更換后的大齒輪截面出現(xiàn)裂紋，裂紋由原截面處從輪輻、輪沿發(fā)展到齒頂。
二、現(xiàn)場(chǎng)裂紋的檢測(cè)
    （一）無損檢測(cè)情況
    經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋出現(xiàn)在距卡環(huán)面約350、距卡弧面外徑約1800mm處，貫穿整個(gè)輪輻、輪沿及齒頂截面。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，齒根底部輪沿與輪輻交界處有長軸約260mm、短軸約160mm的明顯補(bǔ)焊鑄造缺陷痕跡。裂紋是從焊補(bǔ)處向兩端貫穿發(fā)展，造成整個(gè)齒圈橫截面出現(xiàn)斷裂，其最大開口處約3.5mm。
采用Ø2當(dāng)量靈敏度超聲波從齒頂進(jìn)行縱向探傷后，發(fā)現(xiàn)距齒頂端面110mm處傷波降低10dB，當(dāng)距離超過180mm后，無底波反射。超聲波探傷的結(jié)果可以看出：從齒端面至180mm處，應(yīng)視為裂紋長度。當(dāng)距離超過180mm后，無底波反射，說明有可能裂紋走向與齒頂面形成一個(gè)較大的傾角，造成超聲波無波返回；或者有可能是齒的內(nèi)部存在著較嚴(yán)重的疏松夾雜缺陷。但經(jīng)對(duì)齒面齒根的檢查，均未發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的疏松夾雜缺陷，所以可以確定，裂擴(kuò)展的走向與齒頂面形成了一個(gè)較大的傾角。
    （二）對(duì)裂紋成因的看法
    通過對(duì)裂紋的檢測(cè)分析，可知裂紋源處于原鑄造缺陷補(bǔ)焊處。經(jīng)對(duì)補(bǔ)焊的裂紋進(jìn)行清理打磨后發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)焊裂紋處存在嚴(yán)重的夾沙疏松現(xiàn)象。
    一般而言，ZG42CrMo材料的可焊性很差，如果在補(bǔ)焊鑄造缺陷時(shí)未制定出嚴(yán)格有效的修補(bǔ)工藝方案，只是按一般的鑄造缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，會(huì)造成局部應(yīng)力過大，而應(yīng)力過大所產(chǎn)生的裂紋一般都較為平直，與現(xiàn)場(chǎng)觀察到的情況一致，再者補(bǔ)焊處有夾沙和疏松氣孔存在，補(bǔ)焊時(shí)就更容易產(chǎn)生裂紋。因此，我們認(rèn)為發(fā)生斷裂的主要原因是：鑄坯件存在著嚴(yán)重的鑄造缺陷。同時(shí)，在修補(bǔ)鑄造缺陷時(shí)未對(duì)鑄造缺陷進(jìn)行有效的清理，致使修補(bǔ)焊接的周邊還存在著夾沙和疏松氣孔，從而造成大齒圈的斷裂。
     綜上所逑，該大齒圈的裂紋是由于鑄坯存在著嚴(yán)重的鑄造缺陷，加之在處理鑄造缺陷時(shí)，未制定出有效的修補(bǔ)工藝方案，在補(bǔ)焊的過程中，由于局部應(yīng)力過大又有夾沙和疏松，在焊接過程中已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋。在使用運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，裂紋在應(yīng)力作用下不斷的擴(kuò)展，直至整個(gè)截面斷裂。
三、恢復(fù)干燥機(jī)臨時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的搶修措施方案
    干燥機(jī)的停機(jī)，意味著生產(chǎn)磷銨重鈣的整條生產(chǎn)線都要停止生產(chǎn)，而停產(chǎn)一天的經(jīng)濟(jì)損失上百萬。且干燥機(jī)的停機(jī)將會(huì)造成前端生產(chǎn)原材料由于處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境以及生產(chǎn)設(shè)備造成的嚴(yán)重影響。同時(shí)，在干燥機(jī)筒內(nèi)的上百噸物料，如果在機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間過長將會(huì)形成結(jié)塊，也將造成較大的損失，但是如果更換調(diào)整一個(gè)約28t重的大齒輪，需要一個(gè)月左右的時(shí)問，哪怕采取非常規(guī)的方法制造加工大齒輪，最快也需要三個(gè)月以上的時(shí)間。再加上運(yùn)輸和一些不可預(yù)見的因素，是無法在短期內(nèi)更換齒輪的。因此，在明知齒輪有嚴(yán)重的裂紋缺陷的情況下，也只有采用一些快捷的措施使干燥機(jī)可以臨時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證生產(chǎn)在短期內(nèi)正常進(jìn)行。
    基于以上分析，提出了如下的搶修方案：
    （一）采用熱焊補(bǔ)方法焊補(bǔ)裂紋
   1、采用電弧氣刨挖去裂紋而后進(jìn)行焊補(bǔ)
    該措施存在的問題是，輪沿厚度為730mm，輪輻厚度為1OOmm。如果清理干凈裂紋周邊夾沙氣孔，也決不是一兩天時(shí)間可以完成的，并且焊前預(yù)熱和焊后的熱處理，都因?yàn)樵擙X輪安裝在設(shè)備上，工作場(chǎng)地狹窄而難以進(jìn)行。同時(shí)，焊前預(yù)熱和焊后的熱處理會(huì)造成大齒輪的嚴(yán)重變形，焊后齒輪捏合調(diào)整，十分的困難。而且該材料的可焊性較差，在焊接的過程中可能引發(fā)新的裂紋產(chǎn)壘，所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)將更大，并且采取這個(gè)方法所需要的時(shí)問，難以保證在用戶容許的時(shí)間內(nèi)完成。
    2、根據(jù)大齒圈受力狀況及裂紋擴(kuò)展的狀態(tài)采用對(duì)稱雙拉桿強(qiáng)行拉合裂縫，迫使裂紋擴(kuò)展減慢，或不再擴(kuò)展，以保證設(shè)備的暫時(shí)運(yùn)行，同時(shí)立即著手制造新的齒圈以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行更換。
    根據(jù)對(duì)開裂齒牙的檢測(cè)，在齒根部位未發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋的走向基本將該齒牙分成兩半，其中有一部分形成一定的夾角。如果采用拉桿強(qiáng)行將兩半拉合，（見裂紋走向示意圖）根據(jù)開式齒輪的受力特點(diǎn)，一般考慮彎曲強(qiáng)度。如果兩半齒輪拉合，兩半齒輪相互支承。基本上對(duì)齒牙承受彎曲應(yīng)力的影響不大，也就是說該齒牙在承受彎曲應(yīng)力時(shí)不會(huì)被折斷。如果齒牙不被折斷，設(shè)備就可以正常運(yùn)行。依據(jù)以上的分析，采取在出現(xiàn)裂紋的加強(qiáng)肋板上開一個(gè)Ø90的孔，采用M80×3的拉桿，進(jìn)行強(qiáng)拉，使原來的2～3.5mm的裂縫強(qiáng)行拉合到0.3～1mm，基本達(dá)到拉合的目的。在齒面及輪沿處使裂縫拉合至縫隙中的油物被擠壓而出，以達(dá)到基本捏合。同時(shí)考慮裂縫捏合后，不能讓齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生位移，因此采用上下貼板焊接在輪輻和輪沿上中間采用支撐板連接，防止齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中裂紋發(fā)生位移。
四、結(jié)束語
    該齒輪在2007年4月28日下午1點(diǎn)30分出現(xiàn)異常，并發(fā)現(xiàn)齒輪嚴(yán)重開裂。得知此情況后，我公司立即派出人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)處理，并根據(jù)用戶生產(chǎn)緊張、出口任務(wù)繁重不能長時(shí)間停機(jī)等
要求，提出了以上方案進(jìn)行搶修，經(jīng)過連續(xù)24小時(shí)晝夜搶修，于2007年4月30日上午10點(diǎn)30分搶修完畢，進(jìn)行分盤車起動(dòng)，經(jīng)試車觀察后，無異常狀況下開始正常開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)已正常運(yùn)轉(zhuǎn)一年有余。
    通過該次設(shè)備事故分析，制定搶修方案及搶修后的順利運(yùn)行有如下的設(shè)想建議：
    該大齒圈發(fā)生斷裂的主要原因是鑄坯件有嚴(yán)重的鑄造缺陷，發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷后進(jìn)行焊補(bǔ)時(shí)未有嚴(yán)格合理的焊補(bǔ)工藝造成應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋。同時(shí)也讓我們看到28t重量的大齒圈，分成兩半澆鑄，每半重量為14t，澆注鋼水需要18t左右，另外該工件直徑6m，弧度也較大，因而在鑄造的過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力和鑄造缺陷是不可避免的。如果建議將28t中的齒圈改為四半組合，每半重量為7t,對(duì)于鑄造加工和成品運(yùn)輸，熱處理正火、退火都極為方便，也不需要特殊的大型爐子進(jìn)行熱處理。同時(shí)，免去了超寬超長的運(yùn)輸。這次搶修的思路是將兩半齒輪變成三半，此建儀是否可行，設(shè)計(jì)工藝是否可以將兩半大齒輪改為四半進(jìn)行加工制造，有待考證。
    三門峽富通新能源銷售回轉(zhuǎn)窯干燥機(jī)、滾筒烘干機(jī)、氣流式烘干機(jī)等烘干干燥設(shè)備。