水泥回转窑轮带结构裂纹在线修复技术

1、水泥回转窑轮带结构裂纹在线修复技术一、修复前观察情况水泥回转窑三档轮带的直径7368/6288，轮带轴向宽度960mm，轮带径向厚度540 mm，沿着轮带柱面与端面处表面可观察到4条贯穿性裂纹。其中柱面处两条裂纹分别长350mm和250mm，端面处两条裂纹长400mm以上，两条平行裂纹的间距110 mm。 轮带修复之前的疲劳裂纹原貌与表象几何尺寸之前，我单位曾提出实际缺陷状况的分析意见：目前在轮带柱面与端面观察到的裂纹长度与深度都是表象的，其内部必然后出现金属缺陷的扩展与叠加，出现“隐蔽工程”则是难免的。二、修复过程1、清理裂纹缺陷首先在裂纹源头处采用磁力钻开出止裂孔，以防止沿着裂纹端头（尖角

2、效应敏感区）在轮带重力的作用下发生裂纹继续扩展和撕裂现象。用磁力钻钻止裂孔之后，采用碳弧气刨的方法清理裂纹缺陷。打开金属缺陷处，则发现在轮带柱面表层下40-50mm的位置存在着空洞缺陷和沿径向层状撕裂金属，为首先发生宏观的金属疲劳破坏的部位。轮带柱面表层下40-50mm的位置疲劳破坏金属缺陷的起始区域疲劳裂纹铸造空穴缺陷层状金属缺陷这是因为轮带大型铸钢件内部难免存在着铸造缺陷（气孔、夹渣等），同时轮带与托轮接触表面之下40-50 mm，区域，恰好也是动荷载条件下因支反力所致交变应力集中处，从而成为轮带发生疲劳破坏（金属组织不断地发生塑性变形和冷作硬化，逐渐发生脆化，初始期的形态为显微裂纹）的源

3、头。在长期服役过程中，所产生的疲劳裂纹必然会逐步扩展，最终导致沿着轮带的径向与轴向方向，出现宏观裂纹的后果。可见，水泥窑的轮带或者托轮若出现了表面金属缺陷与脱落时，则表明其构件内部金属已经发生了疲劳破坏现象，需要及时给予修补。非常忌讳因为忙于完成生产任务而贻误了及早“治疗”的时机，“带病作业”会加速已形成的显微裂纹的扩展，最终造成疲劳断裂，加剧了设备的损坏，得不偿失。疲劳破坏将导致表面金属缺陷与脱落现象为了避免轮带结构在打开缺陷的“手术”中，因窑体自重而沿着裂纹处发生彻底断裂，从而发生轮带构件的径向错位（若破坏了同心度，则水泥窑旋转时轮带会产生径向跳动，影响设备正常运行），我们随时做出了正确的

4、应力分析，尤其是判断应力的走向与分布，以此来制定具体的清除金属缺陷工艺流程。同时，我们因地制宜采用了必要的结构补强（焊制临时支撑梁）、应力分流与分段施工等工艺措施，以防不测。焊制临时支撑梁分段法清除缺陷金属在清理裂纹缺陷的过程之中，原轮带柱面和断面的两条平行相间的裂纹，不断地沿着轴向和径向延伸，最终相互通透与合拢，成为了整体的条形状破损金属，而被逐步移除，直至清理过的坡口内表面，在打磨干净和做完着色探伤检测并验证无误后，方结束清理裂纹缺陷的工序。完全清理裂纹缺陷金属后做着色探伤试验完全清理裂纹缺陷金属后的坡口形态，基本上呈现U型（或梯形）形状。沿着轴向的剖面上口宽200mm，下口宽120 mm

5、（平均宽度约为160 mm）；沿着圆周方向的剖面上口长为710mm，下口长560 mm（平均长度约为630 mm）；最深度为440 mm（平均深度约为400 mm），清除的破损金属量实际上在330kg以上。坡口最大几何尺寸：710×200×440mm2、补焊经过正式补焊实施分段和分层焊接工艺，并随时调整合适的焊接参数。即按照预定的焊接施工技术方案，逐步焊接过渡层和不同材质的填充焊缝金属，以连接轮带断裂金属和恢复结构件的几何尺寸。鉴于万吨级水泥窑结构自重较大的因素，本次焊接材料完全采用了Ni基合金手工焊焊条与Ni-Cr-Mn-Mo高合金半自动焊焊丝作为补焊材料，主要侧重于考虑

6、在辅助以整体结构补强措施的前提下，焊缝金属能具有足够的韧、塑性储备，遵循“扶正祛邪”与“辩证施治”的“疗伤原则”。为了尽量减少焊缝金属的收缩力及避免焊接组织应力过大引发焊接熔合面被机械力拉开，预先在坡口内加焊多个适当厚度的钢板（即焊制“格子板”），以抵消和分散焊缝金属的收缩力，更好地控制焊接变形量。同时，也在补焊区形成了稳定性更好的“箱式结构”，增加了轮带修复部位整体的结构强度与刚度，更有利于保证水泥窑修复后设备运行的平稳性。底层格子板（1）底层格子板（2）中层格子板顶层格子板此外，箱式结构的顶端埋于坡口表面下30mm的部位，之上称为“盖面”焊接层。这个工艺设计思想是基于托轮对轮带结构形成的支

7、反力使得轮带处于“始终受压”的力学条件，并且交变应力会集中在轮带柱面表层下40-50mm区间的位置，这正好是处于箱式结构支撑板的上半部。支撑板（相当于这个力学系统中的“梁柱结构”）处于周围金属的包裹之下，在轮带受到正压力的情况时，力传导时所产生的分力，可形成轴向、径向和圆周方向的三向“紧箍力”。在三向应力作用下，不仅可以大大提高支撑板本身的抗压承载力，同时也增强了“格子板”里面呈现“柱状晶”微观组织形态的焊接熔敷金属（焊缝金属的冶金条件，因为焊接熔池停留时间短，其金属组织的力学性能还不如铸造金属组织，更不及轧制或者锻造金属，可视为相对而言的“脆性材料”）的弹性模量，使得其力学性能有所改善。其综合效果是：焊缝金属的自身强度与补强焊接结构共同做贡献，提高了补焊金属区域的整体抗压能力。之后将“格子板”填平，最后再将坡口顶端填平，并留出适当的焊缝金属余高，以备表面打磨时具有足够的余量。焊接盖面之后焊接盖面层之前3、外观修型完成焊接工序之后，根据轮带表面圆周的弧度要求，制作弧线模板，进行精细修补和打磨，以保证补焊金属表面的平整度，满足正常运转要求。同时，轮