一種風機偏航驅動孔焊接修復方法

吳威 李勇 唐偉 李羅文

摘要：主要介紹了一種新型偏航驅動孔的焊接修復工藝，包括焊接工藝試驗、風場驗證等一系列過程。

關鍵詞：風機;球墨鑄鐵焊接;驅動孔修復

中圖分類號：TM315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0133-02

1? 概況

偏航系統(tǒng)是風機重要組成部分，是風機對風的重要裝置，確保風機一直保持在迎風位置，以保證風機能夠持續(xù)處于最優(yōu)發(fā)電狀態(tài)，偏航系統(tǒng)的工作方式一般通過偏航驅動小齒輪帶動偏航軸承內(nèi)齒，進而完成風力發(fā)電機組的偏航工作，偏航驅動裝置安裝在機艙鑄件驅動孔內(nèi)，在風況較差的情況下，風機會進行頻繁的偏航，當環(huán)境處于大風狀態(tài)下，頻繁的偏航，會對機艙鑄件產(chǎn)生沖擊，進而造成驅動孔的變形，導致齒輪無法正常嚙合，使偏航系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。在出現(xiàn)變形問題后，一般會采用更換鑄件的方案，考慮機艙鑄件更換需要大型吊車進行更換，費用較高，且耗時較長，因此本文討論一種在風機頂部機艙內(nèi)進行焊接修復驅動孔的方案，以提高修復速度，并節(jié)約維修成本。

2? 焊接試驗

機艙鑄件材質(zhì)為球墨鑄鐵件，由于其含碳量比較高，焊接性能較差，且在風機頂部無法進行預熱，因此在車間采用冷焊的方式對鑄件修復進行焊接驗證，以模擬在風機內(nèi)部的焊接效果，并確定相關焊材選擇及焊接工藝參數(shù)，以便能夠應用到風機現(xiàn)場。由于球墨鑄鐵的特性，因此在焊材選擇上，采用Z308手工焊條作為過渡層，并配合A102以及A202不銹鋼手工焊條進行覆蓋，既保證鑄件的可焊性，又保證部件的韌性及表面耐磨性。

2.1 模擬現(xiàn)場焊接

模擬試驗采用廢棄機艙鑄件，材質(zhì)為QT400-18AL，驅動孔位置有稍許變形，主要目的為通過該焊接試驗驗證采用上述三種焊條，并模擬在風機內(nèi)部可執(zhí)行條件下進行焊接，檢測焊接是否會出現(xiàn)裂紋或其他缺陷。

試驗環(huán)境：廢棄部件存放車間;氣溫：32℃;空氣濕度較大。

準備工作：準備直流電焊機，然后將3.2mm Z308焊條、3.2mmA102焊條、3.2mmA202焊條，放入保溫桶進行烘干、預熱。

實施方案：

①將驅動孔位置灰塵、油污清理干凈，然后使用角磨機將驅動孔需焊接位置打磨平整。②首先焊接過渡層，采用Z308進行焊接，為避免焊接過程中可能出現(xiàn)氣孔缺陷，焊接采用由下而上的方案進行，焊接速度要求均勻，避免出現(xiàn)溫度過高或過低的情況，導致焊接時出現(xiàn)裂紋。③在完成一層堆焊之后，使用小錘均勻敲擊表面，清除堆焊表面焊渣，減少焊縫應力。④在原堆焊層上進行中心層堆焊，并逐層向外堆積，焊接方式按照過渡層堆焊方案進行，堆焊層厚以實際所需為準，本次堆焊厚度8～10mm，每層堆焊后，采用小錘清除表面焊渣，并減少焊接應力。⑤將焊條更換為A102，堆焊表面層，堆焊厚度約3～6mm，并在堆焊完成后，采用小錘清除表面焊渣，減少焊接應力。⑥采用A202，堆焊表面層，堆焊厚度約3～6mm，并在堆焊完成后，清除表面焊渣。⑦完成堆焊以后，靜待焊接部位冷卻至常溫，約2～3h，根據(jù)焊接模擬實驗要求，堆焊完成后，不允許采用強制冷卻方案，必要時可根據(jù)需求進行保溫處理;由于進行該試驗時氣溫較高，且盡量模擬現(xiàn)場狀況，因此本次不進行保溫處理。⑧待整體焊接部位冷卻到室溫后，采用角磨機打磨焊接表面，要求打磨平整，焊接表面光滑過渡。⑨采用著色探傷劑，對焊接后的表面進行探傷，確認探傷結果無裂紋。

模擬現(xiàn)場焊接結論：采用Z308進行焊接，配合A102、A202焊條增加表面強度及耐磨性，能夠對球墨鑄鐵形成有效焊接，且不產(chǎn)生裂紋、夾渣等影響質(zhì)量的缺陷。

2.2 焊接工藝驗證

通過采用同材質(zhì)的焊接試塊，通過上述模擬試驗焊接方法進行試塊焊接，并在焊接后進行各項力學性能試驗，以檢驗采用上述焊接方法所能夠達到的力學性能，并與母材進行對比，確認焊接工藝是否可行。

試驗環(huán)境：焊接車間;氣溫：33℃。

準備工作：準備鑄件同材質(zhì)焊接試塊2件，尺寸220*

180*80;將兩件試塊對接打磨出V形缺口，準備直流電焊機、Z308/A102/A202手工焊條（3.2mm），并將焊條放入烘箱進行烘干、保溫。

實施方案：

①將兩件試塊進行銑削加工，使試塊對接處于理想V形坡口位置，并按照前期試驗方案，依次采用Z308/A102/A202進行焊接。②堆焊后，將前后兩個端面銑平，將試塊加工為標準焊接式樣，檢查試塊表面是否存在焊接缺陷，并通過超聲波探傷設備進行探傷，確認焊縫內(nèi)部是否存在缺陷。③根據(jù)偏航驅動孔受力特性，因此針對焊接試塊進行抗拉、沖擊、屈服強度試驗，并根據(jù)試驗需求，在焊接試塊上進行取樣。④對完成取樣的焊接試塊，分別進行抗拉、沖擊、屈服等性能驗證。

焊接工藝驗證結論：通過對試塊的焊接，焊后未出現(xiàn)裂紋，抗拉強度與母材相比偏弱，斷裂于焊縫融合區(qū)，考慮原因為Z308焊材強度較低所致。但由于驅動孔位置主要為抗壓、抗扭，而焊接試樣屈服強度相對較高，因此認為，該焊接能夠滿足現(xiàn)場需求。

3? 現(xiàn)場焊接及修復驗證

現(xiàn)場焊接選擇某風電場其中一臺風機出現(xiàn)偏航驅動孔破損的情況，該孔由于偏航小齒輪嵌入，導致破損較為嚴重，因此針對該孔的修復及驗證，有較大的參照意義。

3.1 焊接實施

焊接驗證環(huán)境：風機頂部機艙鑄件內(nèi);氣溫：35℃;空氣濕度較大。

準備工作：將所需電焊機、烘筒、焊條、以及修磨設備通過電動葫蘆運送到機艙內(nèi)，并按照需求連接電焊機，并將手工焊條放入烘筒進行烘干保溫。

①清理：首先使用抹布及清洗劑，將破損位置清理干凈，并使用角磨機打磨平整，打磨后要求表面平滑過渡，且表面無油污等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。

②按照模擬現(xiàn)場試驗方法，使用電焊機及烘干后的焊條對驅動孔進行焊接修復，按照Z308/A102/A202順序依次焊接，將缺陷位置焊接完畢，焊接總厚度略高于原驅動孔表面，以便后續(xù)進行內(nèi)孔修磨。

3.2 修磨驗證

驅動孔的修磨，應保證端面的平面度以及端面與內(nèi)孔之間的垂直度，因風機頂部采用機械加工方案較為復雜，且機械加工設備較重，因此本次修磨計劃采用手工修磨方案實施，并驗證修磨效果，能否達到安裝需求。

①修磨內(nèi)孔，內(nèi)孔修復以未變形驅動面為基準，使用手動工具打磨內(nèi)孔面，在內(nèi)孔面選擇一點，并按照5～10mm進行分度，并采用靠尺及塞尺檢查內(nèi)孔修磨狀態(tài)，要求在未變形基準面上，修復后的表面無超過0.05mm的凸起或凹陷。整圈修磨完畢后，采用內(nèi)孔校檢工裝檢查內(nèi)孔面是否打磨均勻。為避免打磨過度，每次打磨厚度應盡量保持在較小狀態(tài)，并及時采用檢查工具校驗修磨后的表面。②修磨端面，待內(nèi)孔修復完畢后，按照原分度尺寸，先采用靠尺檢查內(nèi)孔與端面的垂直度，要求端面平整，0.05mm塞尺不過，若出現(xiàn)超差，則采用手動工具打磨端面，要求整圈打磨平整。③打磨完成后，將端面涂抹紅丹粉，并在整圈進行涂抹，涂抹后采用端面校檢工裝檢查端面平面度，確認修磨后的表面高點以及低點，通過逐步打磨及校驗，提高驅動孔端面平面度，并最終以校檢工裝沾染紅丹粉顏色比例為準，要求著色比例不低于95%。

3.3 表面探傷

待修磨完成之后，通過著色探傷劑進行表面攤上，探傷表面無裂紋，確認焊接修復的可靠性。

4? 修復后驗證

該驅動孔修復完畢后，重新安裝偏航驅動，并順利完成偏航齒側間隙的調(diào)整，風機已經(jīng)有效恢復正常運行。

5? 總結

通過相關試驗以及風場驗證可知，采用球墨鑄鐵的鑄件，可以通過冷焊的方式進行施工，并取得良好的焊接效果。且在不采用機加工方案的情況下，通過手工修磨能夠達到良好的修復效果。對于降低風機檢修成本，提高檢修效率，具有較大意義。

參考文獻：

[1]楊炎鋼.淺談風機機艙偏航驅動孔的修復[J].內(nèi)燃機與配件，2017.