盾构机刀盘支撑法兰密封位的修复

土压平衡式φ6140型盾构机刀盘支撑法兰与主驱动连接处有一道端面密封,用于防止泥砂进入轴承内.在长期的运转过程中,其刀盘支撑法兰密封位极易出现磨损.

在检修2台已完成5km推进的盾构机时,发现其刀盘支撑法兰密封位处均已经出现不同深度凹槽,多唇密封的3道唇边均已磨损.磨损区域及磨损情况如图2所示.经测量和试验分析认为,产生磨损的原因有3种：一是泥砂类杂物侵入；二是润滑油脂泵泵送能力下降,使每个点的油脂注入量下降,润滑效果变差；三是外侧环缝钢板磨损后间隙增大,使得了泥砂涌入的几率增大.分析认为,防止泥砂进入法兰盘面的关键是防止密封位磨损.

1　选择修复方式

盾构刀盘支撑法兰密封位磨损,一般可采用以下3种修复方式：

(1)直接补焊磨损部位

即利用CO2气体保护焊,采用分段焊方式进行修复.该机支撑法兰密封位局部磨损量较大,需要分层焊接,但因法兰厚度仅有40mm,控制变形量存在一定的困难.

(2)磨损部位镶嵌圆环

即在磨损部位镶嵌圆环,并采用螺栓固定.但因镶嵌圆环宽度较窄,厚度较薄,固定圆环的螺栓孔位较浅,使得圆环在磨损过程中易被磨穿.且在原法兰上加工较多的螺栓孔,对法兰的强度有一定的影响.此外,该方法加工复杂、定位困难,存在一定的安全隐患.

(3)镶嵌圆环加补焊

即在磨损部位镶嵌圆环,利用CO2气体保护焊焊接固定.此方式相对方式1焊接量大大减小,而相对方式2对法兰本身影响较小,圆环固定更为可靠.综合比较以上3种修复方式的优缺点,决定采用第3种方式进行修复.

2　修复前的准备工作

(1)清理和测绘

刀盘支撑法兰密封位处圆周尺寸较大且深度较深,为了确保圆环整体镶嵌的精度,应先将法兰清理干净,再测绘出磨损部位的尺寸.通过检验,确定法兰的母材材质为Q235钢,所以圆环也采用Q235钢.

(2)采用立车加工圆环

采用立式车床,将与法兰盘同材质的厚度为25mm钢板,按照测绘尺寸加工1个直径为3270mm的圆环,并保证圆环圆度、平面度.再将圆环单侧面切削5mm,作为镶嵌圆环与法兰的结合面.

(3)固定与车削

利用立式车床转盘上的固定夹具分别从径向的内、外2个方向,将刀盘支撑法兰的6个牛腿固定在立车转盘上,用百分表先找好外周圆度.再找好6个牛腿与法兰的平行度,并用压板来调整固定,如图3所示.结合绘制尺寸、加工完成圆环的实际尺寸,车削法兰安装槽,在槽底平面两侧向上2mm处加T40°坡口,作为预留焊口.车削过程中比对圆环实际尺寸,若有偏差及时调整,直到把圆环与法兰安装槽完全吻合为止.

3　焊接工艺

(1)焊接设备及材料的选择

采用CO2气体保护焊,焊机选用NB-500型,焊丝选择JQ.MG50-6型,直径为1.2m.CO2气体保护焊的优点是没有药皮,不易夹渣,焊接过程中产生的热量少,散热快.

(2)法兰与圆环的定位

将圆环放入法兰的车削槽里,采用圆环十字定位,再进行圆环内、外双面点焊.然后依次分8份、16份点焊,以此类推,直到最后焊点之间距离小于5cm.

(3)焊接控制

为防止过热变形,我们采取分段对称、整体分两层焊接方式.点焊完后,先焊第一层,焊接长度30～50mm,焊后及时采取保温措施,用焊口长短控制温度.每个焊点间隔500mm左右,直到整圈第一层全部填平焊完后,再焊第二层.在焊第二层的时候,焊肉要高出密封板平面1～3mm,以防车削高度不足.整体焊接时间要控制在8h以上,并应控制温度,以免出现气孔、夹渣和裂纹等现象.

4　焊后精车削与抛光

(1)车削

全部焊接完成后,可对整个密封位处包括镶嵌圆环及焊接的焊肉部位分2次车削.粗车后留有1mm余量,然后再精车.如图4所示.粗车削完毕后,检查焊缝的饱满度,如有夹渣或空隙,需重新填充满.

(2)抛光

2次精车削完成后,把砂轮机夹在刀架上进行抛光,以达到工件表面对粗糙度的要求,如图5所示.用30#抛光轮抛磨抛2遍,再使用120#抛光轮抛磨2遍.最后将润滑脂均匀涂抹抛光表面上.

(3)检测

用千分表对法兰密封位平面进行检测,结果车削抛光面的加工误差在0.2～0.3mm之间,完全符合配件技术要求.

对磨损的法兰修复后安装顺利,投入使用后运转正常.