肖慧斌 劉健

（淄博福世藍(lán)高分子復(fù)合材料技術(shù)有限公司 山東淄博 255086）

摘要：目的：針對(duì)卡倫賽爾卷取機(jī)芯軸軸套配合面磨損問(wèn)題，評(píng)估了高分子復(fù)合材料技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的可行性，并提出高效可行的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)方案。方法：通過(guò)分析高分子復(fù)合材料的力學(xué)性能與成型特性，設(shè)計(jì)合理的修復(fù)工藝流程，并基于實(shí)際工程案例開(kāi)展修復(fù)效果驗(yàn)證。對(duì)比補(bǔ)焊、激光熔覆及軸套更換三種傳統(tǒng)修復(fù)方法，從修復(fù)周期、成本、設(shè)備停機(jī)時(shí)間及使用壽命性能方面進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果：采用高分子復(fù)合材料技術(shù)修復(fù)后，軸套徑向跳動(dòng)量明顯降低，滿足了設(shè)備次案場(chǎng)運(yùn)行精度要求；修復(fù)耗時(shí)12小時(shí)，較更換軸套可以縮短90%以上的修復(fù)時(shí)間，另外修復(fù)成本降低，與更換芯軸對(duì)比降低30-40%；使用壽命方面，修復(fù)層在兩年以上連續(xù)運(yùn)行中保持完整，未出現(xiàn)剝落以及性能衰減情況。結(jié)論：高分子復(fù)合材料技術(shù)具備無(wú)熱影響區(qū)、無(wú)需大規(guī)模拆卸、工藝適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)冶金設(shè)備關(guān)鍵部件的現(xiàn)場(chǎng)快速高精度修復(fù)，為工業(yè)設(shè)備再制造提供了高效、可靠且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：高分子復(fù)合材料技術(shù)；現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；再制造；卡倫賽爾卷取機(jī)

1  前言

卡倫賽爾卷取機(jī)作為冷軋生產(chǎn)線核心設(shè)備，其芯軸與軸套配合面因長(zhǎng)期承受交變載荷等非常容易出現(xiàn)間隙超標(biāo)的問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)加劇甚至生產(chǎn)中斷，然而傳統(tǒng)的修復(fù)方法缺存在熱影響大、成本高、周期長(zhǎng)等局限。高分子復(fù)合材料技術(shù)憑借材料自身優(yōu)異的物理、化學(xué)性能在工業(yè)設(shè)備修復(fù)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，在熱軋領(lǐng)域成功應(yīng)用于軋機(jī)牌坊襯板安裝面的磨損問(wèn)題，且服役壽命超5年，但針對(duì)卷取機(jī)高速高載荷工況（線速度高，徑向跳動(dòng)精度高）的修復(fù)工藝仍存在一些不足。本研究通過(guò)建立合適的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)流程并開(kāi)展工程案例對(duì)比分析，旨在揭示材料磨損機(jī)理、突破修復(fù)精度瓶頸，實(shí)現(xiàn)設(shè)備停機(jī)時(shí)間縮短，維修成本降低的目的，為冶金設(shè)備綠色再制造提供技術(shù)支撐與理論依據(jù)。

2  設(shè)備介紹

卡倫賽爾卷取機(jī)作為冷軋生產(chǎn)線的核心設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將直接決定卷取效率和質(zhì)量?？▊愘悹柧砣C(jī)主要由轉(zhuǎn)盤(pán)、卷筒、穿帶支撐、皮帶助卷器、卸卷車(chē)、卷取支撐以及上下助卷輥等關(guān)鍵部件組成（見(jiàn)圖1）。其中芯軸系統(tǒng)作為卷取機(jī)的核心卷取部件，其運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)卷取效果具有決定性影響。在卸卷過(guò)程中，芯軸承受著來(lái)自鋼帶的巨大徑向壓力，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)周期性變化的張力負(fù)荷。若螺栓預(yù)緊力不足或出現(xiàn)松動(dòng)，將導(dǎo)致芯軸外移，進(jìn)而在相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)中加劇軸套磨損。

圖1  卡倫賽爾卷取機(jī)結(jié)構(gòu)

1-轉(zhuǎn)盤(pán)；2-卷筒1#；3-卷筒2#；4-穿帶支撐；5-皮帶助卷器；6-卸卷車(chē)；7-卷取支撐；

3  設(shè)備問(wèn)題分析

卡倫賽爾卷取機(jī)的卷取工作主要是靠芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在卷取工作時(shí)需要提供張力卷取，卷取工作完成后，卷取支撐撤回開(kāi)始進(jìn)行卸卷工作時(shí)芯軸又會(huì)受鋼重量帶壓力。因此導(dǎo)致芯軸軸套磨損的主要原因是芯軸承受動(dòng)態(tài)負(fù)荷變化，卷取過(guò)程中，隨著卷徑的不斷增大，卷取電機(jī)的速度必須不斷調(diào)整，以保持鋼帶張力的相對(duì)穩(wěn)定。這種連續(xù)的速度調(diào)整導(dǎo)致芯軸系統(tǒng)承受交變扭矩，加速了配合面的磨損；另外在振動(dòng)條件下，配合面之間發(fā)生的微米級(jí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引發(fā)微動(dòng)磨損，其磨損產(chǎn)物進(jìn)一步成為磨料，進(jìn)而加劇磨損情況。

4  設(shè)備現(xiàn)狀

某鋼鐵廠冷軋車(chē)間卡倫賽爾卷取機(jī)1#卷筒出現(xiàn)跳動(dòng)大、斷螺栓等問(wèn)題，跳動(dòng)值1mm，導(dǎo)致成品卷取效果不良。在中修時(shí)將芯軸拆卸后發(fā)現(xiàn)芯軸軸套配合面出現(xiàn)磨損、點(diǎn)蝕情況（見(jiàn)圖2），損壞深度在2mm左右。

圖2-卡倫賽爾卷取機(jī)1#卷筒芯軸軸套磨損情況

5  傳統(tǒng)修復(fù)

卡倫賽爾卷取機(jī)芯軸軸套磨損的傳統(tǒng)修復(fù)方法主要包括補(bǔ)焊修復(fù)、熱熔覆技術(shù)和整體更換三種方式。高分子復(fù)合材料技術(shù)與這些傳統(tǒng)方法相比，展現(xiàn)出多方面的顯著優(yōu)勢(shì)：

5.1補(bǔ)焊修復(fù)

采用不銹鋼堆焊修復(fù)磨損部位雖能恢復(fù)尺寸，但同時(shí)也存在顯著缺陷：焊接高溫導(dǎo)致薄壁部件熱變形，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備造成不可逆的損傷；另外熱影響區(qū)引發(fā)的金屬組織改變會(huì)降低材料力學(xué)性能；嚴(yán)重時(shí)會(huì)給設(shè)備部件帶來(lái)結(jié)構(gòu)斷裂的隱患。

5.2激光熔覆技術(shù)

包括激光熔覆較傳統(tǒng)焊接工藝，雖然比較先進(jìn)，但仍然存在顯著的局限：修復(fù)成本高，熔覆工藝參數(shù)控制精度要求嚴(yán)苛；熔覆過(guò)程中局部高溫仍可能引發(fā)基材熱變形與組織劣化；熔覆厚度通常不超過(guò)1mm，針對(duì)深度磨損需反復(fù)多層堆疊，導(dǎo)致修復(fù)周期延長(zhǎng)30%-50%，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)快速維修需求。

5.3拆除后更換

整體更換磨損軸套是傳統(tǒng)修復(fù)中最徹底的方案，但也存在顯著效率缺陷：進(jìn)口備件價(jià)格高昂，而且需要同步更換關(guān)聯(lián)部件，導(dǎo)致綜合成本升高；另外備件定制周期長(zhǎng)，極易造成生產(chǎn)線長(zhǎng)時(shí)間停滯；精密裝配調(diào)試過(guò)程復(fù)雜，造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。

6  高分子復(fù)合材料技術(shù)工藝

6.1高分子復(fù)合材料技術(shù)原理

高分子復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)通過(guò)匹配材料體系與修復(fù)工藝，來(lái)滿足不同設(shè)備的不同修復(fù)要求，該技術(shù)形成的復(fù)合修復(fù)層與金屬基體的界面結(jié)合強(qiáng)度（>27MPa），具備160MPa以上的優(yōu)異抗壓性能（見(jiàn)表1），其獨(dú)特的低粘度流體特性可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)缺陷的充分滲透填充，配合零收縮固化機(jī)制確保修復(fù)精度達(dá)到±0.02mm級(jí)；更通過(guò)分子級(jí)冷焊效應(yīng)規(guī)避了傳統(tǒng)熱修復(fù)的熱應(yīng)力畸變風(fēng)險(xiǎn)，在無(wú)需拆卸設(shè)備的條件下完成高轉(zhuǎn)速、高載荷工況下的現(xiàn)場(chǎng)高精度修復(fù)，為冶金行業(yè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備再制造提供了兼具經(jīng)濟(jì)性與可靠性的創(chuàng)新解決方案。

表1 高分子復(fù)合材料物理性能

6.2高分子復(fù)合材料技術(shù)工藝

高分子復(fù)合材料修復(fù)卡倫賽爾卷取機(jī)芯軸軸套磨損的工藝包括一系列標(biāo)準(zhǔn)化的操作步驟，每個(gè)步驟都對(duì)最終修復(fù)質(zhì)量具有重要影響：

6.2.1 準(zhǔn)備工作：加工模具（見(jiàn)圖3）、冷焊機(jī)、磨光機(jī)等工具準(zhǔn)備到位；

6.2.2   表面處理：機(jī)架表面烤油處理，去除油污，烤至無(wú)火星噴濺；

6.2.3. 使用磨光機(jī)打磨氧化層和金屬疲勞層；

6.2.4. 裝配模具；

6.2.5. 打表檢查模具同軸度，同軸度滿足設(shè)備運(yùn)行條件后將模具拆除；

6.2.6. 模具表面及緊固螺栓刷涂脫模劑，晾干備用；

6.2.7. 計(jì)算材料用量，并將材料調(diào)和均勻；

6.2.8. 將材料均勻涂抹至磨損表面；

6.2.9. 裝配模具并緊固螺栓；

6.2.10. 等待材料固化，24℃/24h，材料溫度每上升11℃，固化時(shí)間縮短一半（也可使用加熱固化方式60-80℃/5h）；

6.2.11. 材料固化后拆除模具，并粗化修復(fù)面；

6.2.12. 再次調(diào)和涂抹材料薄薄一層涂抹至修復(fù)部位；

6.2.13. 芯軸刷凃脫模劑后裝配到位；

6.2.14. 修復(fù)完成，等待材料固化，24℃/24h，材料溫度每上升11℃，固化時(shí)間縮短一半（也可使用加熱固化方式60-80℃/5h）

圖3-模具加工示意圖

6.3現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用

7  高分子復(fù)合材料技術(shù)修復(fù)工藝與傳統(tǒng)修復(fù)工藝對(duì)比

與傳統(tǒng)修復(fù)工藝對(duì)比，高分子復(fù)合材料技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著（見(jiàn)表2）：無(wú)需拆卸大型設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，降低運(yùn)輸與拆裝成本及風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)材料成型特性可以完全規(guī)避熱變形和殘余應(yīng)力問(wèn)題；材料優(yōu)異的流動(dòng)性能精準(zhǔn)填充磨損部位并恢復(fù)原始設(shè)計(jì)尺寸；通過(guò)特殊配方設(shè)計(jì)顯著提升抗微動(dòng)磨損能力，精準(zhǔn)解決卷取機(jī)芯軸等旋轉(zhuǎn)部件的核心失效問(wèn)題，為工業(yè)設(shè)備再制造提供了高效可靠的解決方案。

表2-不同修復(fù)技術(shù)綜合性能對(duì)比

8  修復(fù)效果與經(jīng)濟(jì)效益

該修復(fù)項(xiàng)目完成后，卷取機(jī)已平穩(wěn)運(yùn)行兩年以上，期間未出現(xiàn)異常跳動(dòng)或螺栓斷裂的問(wèn)題。在2025年軋線中修時(shí)，拆除芯軸檢查修復(fù)部位，發(fā)現(xiàn)材料表面完好，沒(méi)有出現(xiàn)空鼓、氣泡、缺損甚至脫落的現(xiàn)象，驗(yàn)證了修復(fù)的可靠性。從經(jīng)濟(jì)效益角度分析，本次修復(fù)實(shí)現(xiàn)了顯著的成本節(jié)約：相比更換新軸套，成本節(jié)省80%；停產(chǎn)損失減少：修復(fù)耗時(shí)12小時(shí)，僅為拆卸更換備件方案的10%，大幅減少停產(chǎn)損失，使用壽命延長(zhǎng)：修復(fù)后已穩(wěn)定運(yùn)行2年，預(yù)計(jì)總使用壽命可達(dá)5年以上。

9.結(jié)論

本研究通過(guò)針對(duì)卡倫賽爾卷取機(jī)芯軸軸套磨損問(wèn)題，深入探討了高分子復(fù)合材料技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)應(yīng)用。結(jié)果表明，高分子復(fù)合材料技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，無(wú)需大型設(shè)備拆卸，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，規(guī)避了熱變形與殘余應(yīng)力問(wèn)題。與傳統(tǒng)修復(fù)方法對(duì)比，在修復(fù)周期、成本、熱影響、現(xiàn)場(chǎng)可操作性等方面對(duì)比，高分子復(fù)合材料技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了冶金設(shè)備關(guān)鍵部件的現(xiàn)場(chǎng)快速修復(fù)，為工業(yè)設(shè)備再制造提供了高效、可靠且經(jīng)濟(jì)的方案，為類(lèi)似工業(yè)設(shè)備維修提供了創(chuàng)新思路與技術(shù)參考。