風(fēng)機(jī)葉輪葉片表面強(qiáng)化研究

張翠宣，岳劍峰，楊富平

（1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402；2.天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387；3.天津市水泥研究所，天津 300402）

風(fēng)機(jī)葉輪葉片表面強(qiáng)化研究

張翠宣1，岳劍峰2，楊富平3

（1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300402；2.天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387；3.天津市水泥研究所，天津 300402）

為改變?nèi)~片表面耐磨性能，提高風(fēng)機(jī)的使用壽命，對(duì)葉片進(jìn)行強(qiáng)化處理，選擇了堆焊強(qiáng)化方法及Fe-Cr-B堆焊材料，確定了合適工藝及措施，并運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)果表明處理后葉片壽命提高了4倍左右，保證了風(fēng)機(jī)葉輪的品質(zhì)，使得風(fēng)機(jī)葉輪使用壽命得到較大提高。

風(fēng)機(jī)葉輪；使用壽命；制作工藝

風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，廣泛用于工廠、礦井、隧道、船舶和建筑物等環(huán)境中。因市場(chǎng)需求量大，對(duì)風(fēng)機(jī)品質(zhì)和環(huán)保節(jié)能的要求也日益突出。風(fēng)機(jī)葉片因磨損造成壽命縮短，目前已成為迫切需要解決的一個(gè)重要問題。

根據(jù)風(fēng)機(jī)使用的工作條件，對(duì)葉片磨損原因進(jìn)行了分析，基于提高葉輪葉片壽命的需要，通過選擇堆焊方法及堆焊材料，確定堆焊工藝，對(duì)葉片表面進(jìn)行了強(qiáng)化處理，處理后應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，取得了令人滿意的效果。

1 風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

選粉風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)規(guī)格一般不統(tǒng)一，葉輪直徑在1600～2000mm之間。以直徑1600mm的選粉機(jī)葉輪為例，加以說明。圖1為葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 葉輪結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)葉輪葉片耐磨性能的要求：葉片材料應(yīng)該具有很好的硬度，同時(shí)應(yīng)該具備很高的硬度和韌性。

2 葉片強(qiáng)化方法及材料的選擇

磨損是一種與材料表面狀態(tài)有關(guān)的現(xiàn)象。要提高葉輪的壽命，必須對(duì)葉片表面進(jìn)行強(qiáng)化，使其能經(jīng)受住磨損。

2.1 磨損原因分析

在生產(chǎn)中考察已磨損葉片的表面狀況，發(fā)現(xiàn)磨損最嚴(yán)重的部位，已成豁口狀（局部磨穿），稍嚴(yán)重部位已磨成薄刃狀，其他部位的表面磨成一道道微細(xì)溝槽。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作條件，判定葉輪受到磨料磨損、沖蝕磨損、熱磨損等多重作用。其中，主要是受到磨料磨損，即微小的塵埃和煤灰等顆粒，在風(fēng)壓作用下，對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉片表面進(jìn)行了顯微切削，造成了葉片的磨損。

2.2 選擇強(qiáng)化方法

目前工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)工件表面進(jìn)行強(qiáng)化的方法，有多種，如滲碳、刷鍍及等離子噴涂等。針對(duì)風(fēng)機(jī)的使用工況及現(xiàn)場(chǎng)條件，可行的方法僅有氧乙炔噴焊及電弧堆焊。

在試板上分別進(jìn)行了氧乙炔噴焊與電弧堆焊的對(duì)比試驗(yàn)。噴焊（噴涂后重熔）加熱速度慢、加熱時(shí)間長，導(dǎo)致試件變形嚴(yán)重，但稀釋率較低；而電弧堆焊加熱時(shí)間短，試件變形較小，但稀釋率較高。因葉輪的形狀及剛度等原因，葉輪變形后校形較困難，加之在生產(chǎn)制造葉輪的過程中，葉輪本身已有一定的制造偏差，故為保證葉輪的尺寸及形位偏差這一基本要求，采用變形較小的電弧堆焊方法。

2.3 堆焊材料選擇

受磨料磨損的工件，一般選用碳化鎢或高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料。但采用電弧堆焊的方法，會(huì)使碳化鎢原始顆粒大部分熔化，在堆焊層析出硬度并不算高的含鎢復(fù)合化合物，影響耐磨性的提高；而采用高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料，可使堆焊層含有Cr7C3高硬相，且其價(jià)格比碳化鎢便宜[2～3]。分別選擇了牡丹江、天津、哈爾濱3家典型工廠生產(chǎn)的堆焊材料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 堆焊材料對(duì)比試驗(yàn)

從表1可以看出，1#材料堆焊后表面硬度高，但焊接工藝性能差，堆焊層表面呈“積瘤狀”、不平滑；為避免在葉輪使用過程中，在“積瘤”處“掛灰”，破壞葉輪動(dòng)平衡，故不采用。2#材料堆焊后，雖然表面成型較平滑，但其硬度較低，因其耐磨性較差，故也不采用。3#材料無論在表面成型，還是在表面硬度方面均較好，故選其為堆焊材料。

3 堆焊工藝及結(jié)果分析

工藝是影響堆焊質(zhì)量的重要因素。根據(jù)對(duì)葉輪的要求，把堆焊葉片的工藝重點(diǎn)放在了降低稀釋率和減少焊后變形這兩個(gè)方面。

3.1 降低稀釋率

堆焊層的稀釋率，反映了堆焊層中母材熔入數(shù)量的百分比。葉輪母材一般為Q235或16Mn。母材熔化后，對(duì)耐磨合金材料起稀釋作用，會(huì)降低堆焊層合金化的效果，影響耐磨性。

在保證母材與耐磨合金相互熔合的前提下，降低稀釋率就是減少母材熔化量。為此，在正式堆焊葉輪前，進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。分別采用不同規(guī)范參數(shù)對(duì)各組試件堆焊，然后比較各組的硬度值結(jié)果，選擇出較理想的工藝規(guī)范。

試驗(yàn)時(shí)，把試件分成6組，每組3塊試板，試板尺寸為120mm×50mm×6mm；材質(zhì)與葉輪相同，均為Q 235；耐磨合金粉塊尺寸為90mm×30mm×3mm；使用AX1-500直流弧焊機(jī)，采用直流正接；用直徑10mm碳精棒作電極；特制加長焊把。每塊試板上堆焊一塊耐磨合金粉塊，堆焊層硬度值按每組試件平均值記錄。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 工藝規(guī)范對(duì)堆焊層硬度的影響

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用第3試件組獲得的表面強(qiáng)度最高，工藝規(guī)范效果最好。為減少母材熔化量，應(yīng)注意使堆焊電流減小、電壓降低、堆焊速度加快；但堆焊電流過小，會(huì)使耐磨合金粉塊不易熔化，導(dǎo)致堆焊速度減慢。欲使堆焊速度加快，又需加大堆焊電流。這一矛盾只有通過試驗(yàn)才能找到最佳組合。

3.2 控制葉輪變形量

堆焊后的葉輪，在驗(yàn)收時(shí)不僅需作靜、動(dòng)平衡試驗(yàn)，還需各表面的尺寸、形狀及位置滿足偏差要求。由于堆焊會(huì)使葉輪受熱不均勻，產(chǎn)生焊接應(yīng)力，導(dǎo)致焊接變形等，故還需采取適當(dāng)工藝措施，才能把葉輪變形控制在公差范圍內(nèi)。在堆焊時(shí)采取了以下工藝措施：

（1）保證焊接順序。在每一葉片上堆焊完一塊粉塊后，轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪，在對(duì)稱葉片相應(yīng)位置，堆焊另一粉塊，順序如圖2所示。如此循環(huán)往復(fù)，直至把各葉片堆焊完畢。以此順序堆焊，可使葉輪前、后盤均勻收縮，并可避免熱應(yīng)力過于集中，減少焊接變形。

圖2 堆焊粉塊順序示意圖

（2）錘擊焊縫。葉輪變形是由于堆焊層在冷卻過程中發(fā)生縱向、橫向收縮造成的。每堆焊完一粉塊，用小錘擊，延展堆焊層，可補(bǔ)償部分收縮量，減少變形。

（3）減少線能量。減小線能量，能使葉片受到的熱輸入量減少，熱應(yīng)力變小。這與降低稀釋率的要求是一致的。

3.3 結(jié)果分析

采用上述工藝措施，對(duì)葉輪進(jìn)行堆焊。焊后檢查，葉輪變形量在技術(shù)要求范圍內(nèi)，并用便攜式硬度計(jì)對(duì)各葉片堆焊層進(jìn)行抽查，測(cè)得各點(diǎn)HRC>56。堆焊后的風(fēng)機(jī)葉片壽命提高4倍左右，

4 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)考驗(yàn)，該堆焊葉輪技術(shù)是切實(shí)可行的，可以大大提高風(fēng)機(jī)葉片的使用壽命，同時(shí)也使得風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部位使用壽命延長，提高了單位風(fēng)機(jī)的市場(chǎng)競爭力。

[1]（英）薩凱A D.金屬磨損原理[M].邵荷生譯,北京：煤炭工業(yè)出版社，1980.

[2]周振豐.焊接冶金學(xué)(金屬焊接性)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3]田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[4]唐慕堯.平板堆焊時(shí)平面外變形的形態(tài)及產(chǎn)生機(jī)制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1980.

The Study of Enhancement of the Surface of Fan Im peller blade

ZHANG Cui-xuan1，YUE Jian-feng2，YANG Fu-ping3
（1.Tianjin Bohai Vocational Technical College，Tianjin 300402，China；2.Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China；3.Tianjin Cement Research Institution，Tianjin 300402，China）

To change the blade surface abrasion resistance and improve the lifetime of the fan,the blade is disposed intensively,and then choosing the method of bead weld to strengthen and the material of bead weld Fe-Cr-B,thus to determine the appropriate process and measures and apply to practice,the results showed that the life of the treated blade increasesabout4 times,guaranteeing the quality of the fan propeller and making the life of fan propellerhasbeen greatly improved.

fan propeller;working life;fabrication process

TH43

B

1672-545X（2011）09-0166-02

2011-06-15

張翠宣（1975—），女，河北保定人，講師，工學(xué)碩士，主要教授課程《化工設(shè)備》、《機(jī)械工程材料》、《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷》。