挖泥船泥泵殼和泥泵襯板的抗磨修復(fù)

1、挖泥船泥泵殼和泥泵襯板的抗磨修復(fù)某航道分局有龍浚10號和龍浚l7號兩艘大型絞吸式挖泥船，每年這兩艘挖泥船都 承擔(dān)著繁重的挖泥疏浚任務(wù)。絞吸式挖泥船的泥泵殼和泥泵襯板是磨蝕最嚴重的過流部件， 因此泥泵殼和襯板的磨蝕修復(fù)任務(wù)是十分艱巨的。采用高鉻鑄鐵襯塊組合鑲襯的辦法來修復(fù) 磨損的泥泵殼和襯板，取得了比較理想的效果。(1)泥泵殼和襯板工況及磨損形態(tài)的分析1龍浚10號和龍浚17號挖泥船的泥泵均為 大功率大直徑離心式泥泵。以龍浚10號挖泥船為例，該挖泥船的泥泵殼直徑為2.80m,額定工作轉(zhuǎn)速為340r/min，額定工作流量為5500m3/h,額定軸功率為1700馬力，在這種條件 下工作的泥泵殼和襯板要

2、經(jīng)受大量的泥沙沖擊磨蝕。泥泵殼的內(nèi)壁式流道的邊界直接承受葉 輪片拋出的砂石流的沖擊及高速流動的水砂石流沖刷，泥泵殼內(nèi)壁磨蝕后往往呈波浪狀，在 出口處的舌部泵殼兩側(cè)止口部位磨損最嚴重，泥泵殼一般在此處因為磨穿而失效報廢，通過 觀察，發(fā)現(xiàn)泥泵殼的磨損方式，一是磨料沖蝕磨損，二是沖擊造成的應(yīng)力磨損。襯板的磨損 方式主要是磨料沖蝕磨損，磨損的部位在襯板的外圓周上，泥泵殼和襯板的磨損形態(tài)見。(2)對泥泵殼和襯板的修復(fù)方法1結(jié)構(gòu)a.襯板的結(jié)構(gòu) 整體鑄造式襯板的制造工藝復(fù)雜，要靠機械加工保證尺寸精度，機械 加工又限制了材料的硬度。同時由于襯板的實際磨損部位集中于襯板外緣的一個環(huán)帶內(nèi)，分 布較窄，使得整鑄式襯

3、板的大部分材料發(fā)揮不了抗磨作用。根據(jù)對泥泵襯板磨損特點的觀察和分析，決定采用對襯板磨損組合鑲襯的塊式結(jié)構(gòu)，在原來鋼襯板的外緣部位車岀寬8090mm深20-22mm的平口環(huán)帶，在此平口環(huán)帶內(nèi)鑲上厚20mm寬80-90mm的扇形帶定位螺栓孑L襯塊，襯塊為抗磨材料制成，并在襯板前后端蓋的 相應(yīng)位置鉆岀定位螺栓孔并套岀螺扣，用內(nèi)六角螺栓將扇形襯板塊與該前后端蓋連接固定。 扇形襯板塊12等分，由于將易磨損部位的圓周等分成為l2塊襯塊，整個鑲襯部位的平面誤 差只由平面誤差度最大的一塊襯塊所決定，同時由于襯板塊面積小，不但容易鑄造，而且熱 處理、修整、安裝都很方便。實踐證明，泥泵襯板的組合式襯塊結(jié)構(gòu)，在最簡

4、單的工藝條件 下，保證了襯板足夠的尺寸精度和形狀精度，節(jié)省了大量的耐磨材料，降低了修理費用，采 用襯板塊的形式組合鑲襯修復(fù)泥泵襯板是簡便高效和節(jié)省費用的修復(fù)方法。b.泥泵殼的鑲襯結(jié)構(gòu) 泥泵殼的內(nèi)壁為近似的阿基米德螺線蝸殼型， 由八段圓弧拼成， 泵殼厚80mm局部磨穿時平均減薄為40mm泵殼的流道形狀直接影響泥泵的流量、揚程動力 消耗和泥泵的效率。最初的泥泵殼鑲襯式采用分段鑲襯的辦法，由于受到傳統(tǒng)造型方法“起?！惫に嚨南?制，不得不將螺線型蝸殼改為一段直線蝸殼近似代替，經(jīng)過使用后，發(fā)現(xiàn)每塊襯板的直線底 部前部都岀現(xiàn)很嚴重的磨損凹坑，說明水砂石流在泵殼內(nèi)流動時，由于受到折線的影響，呈 沖擊跳躍狀態(tài)

5、，不但使泵殼的能耗增加，也加劇了泵襯的磨損。為了解決這一問題，決定采 用泵殼的原始設(shè)計流道作為泵襯的流道，這樣就必須解決兩個問題，一是泵殼襯塊的鑄造工 藝必須設(shè)計新工藝；二是泵殼內(nèi)進岀口部位磨損較小，限制了襯塊的必要厚度。為了解決上 述問題，試驗了多種方案，經(jīng)過反復(fù)比較，決定采用流道全界面分段襯塊的結(jié)構(gòu)形式，通過 對襯塊結(jié)構(gòu)要素的動態(tài)分析，解決了復(fù)雜曲面鑄件的造型問題，設(shè)計了十分簡易靈活且又相 當(dāng)精確的鑄造泵殼襯塊的樣板刮板組合模，應(yīng)用此項技術(shù)既解決了泥泵襯塊螺旋蝸殼的 準確造型，又降低了模型費用，也使襯塊的修整和安裝變得簡便易行。第一個泵殼試驗成功 以后，在第二個泵殼襯塊的結(jié)構(gòu)上進行了改進，

6、發(fā)現(xiàn)泵殼的各部位磨損量相差很大，因此襯 塊的厚度應(yīng)與該部位的磨損量相適應(yīng)，為此，把襯塊依不同部位的磨損情況制成不同的厚度， 一起達到各部位的抗磨壽命相等，最大限度地發(fā)揮泵殼鑲襯的目的，提高泵殼的抗磨性能。由于采用了刮板式組合模，需要調(diào)整不同位置襯塊的厚度，只要改變一下刮板就可以實現(xiàn)。2材料的確定 高鉻鑄鐵具有較高的硬度和抗磨性能，在退火后還可以對其進行修磨， 根據(jù)泥泵殼和襯板對硬度、韌性的不同要求，對泥泵殼襯塊和襯板塊采用的材料也有所不同。襯板塊：由于襯板不受沖擊，僅受濕態(tài)磨料磨損，所選材質(zhì)應(yīng)具備在濕態(tài)下磨料磨損 的高抗磨性能。為此，采用Cr15M02Cul鑄鐵為基本材料，適當(dāng)提高碳的含量，控

7、制Si、Mn的含量，在工藝上采取高溫熔煉、爐內(nèi)鎮(zhèn)靜、大劑量稀土合金處理、低溫澆注等方法，制成 鑄件，經(jīng)整修熱處理得到成品，其硬度達到62HRC以上，沖擊韌性o=4J/cm2,不應(yīng)有金屬夾雜物。泵殼襯塊：泵殼襯塊在工作中主要是受到?jīng)_擊磨損，要求具有較高的抗沖擊韌性和抗 磨損性能，但是兩方面的要求指標往往是相互矛盾的，正確地選擇材料的硬度和韌性指標是 確定襯板塊材料的關(guān)鍵，根據(jù)襯板塊在使用中斷裂時的減薄情況以及正常工作時泵殼襯塊可 能受到的最大沖擊， 在保證襯塊至少工作一個航期的抗磨條件下，確定允許斷裂厚度為10mm， 這樣經(jīng)過計算后得到的nK3.8J/cm2,考慮到鑄造缺陷和意外情況，實際取口K

8、=4.3J/cm2,這時硬度控制在58HRC主要材料成分為（）:C=2.4=2.50;Si=0.40.6;Mn=1.01.2;Cr=12.513.5;M0=1.21.5;Cu=1.0。合金元素對高鉻鑄鐵性能的影響:合金成分的選擇是鑄鋼鑄鐵的各項性能的基礎(chǔ)，合 理地選擇各種合金元素的配比是保證襯塊耐磨性能和強韌性的必要條件。碳元素:碳是高鉻鑄鐵中最重要的元素，對高鉻鑄鐵基體的硬度和耐磨性等綜合性能 以及淬透性都有較大的影響，隨著含碳量的增加，淬硬態(tài)馬氏體的硬度提高，宏觀硬度增加， 耐磨性提高，而韌性下降，保證高鉻鑄鐵具有良好的綜合性能，碳的含量在2.63.2之間。鉻、錳元素: 鉻、錳元素的主要作

9、用是提高高鉻鑄鐵的淬透性，以提高奧氏體化溫度，延長保溫時間，保證使碳化物溶解和奧氏體均勻化，從而保證提高基體的淬透性。鉻主要是 碳化物的形成元素，鉻含量超過12%以后，則全部生成（7+M7 c3）共晶，而M7 C3使碳化物分散呈桿條狀，呈理想的碳化物形態(tài)，鉻的含量為l2l3.5，錳的作用是顯著擴大奧氏體 區(qū)，從而提高淬透性，降低Ms點，增加奧氏體的穩(wěn)定性。錳是保證鑄態(tài)自硬化的主要元素，與硅配合能提高材質(zhì)的強度、硬度，保證有較高的沖擊韌性，其含量應(yīng)小于2%。硅元素:硅的主要作用是抑制馬氏體回火時碳化物向滲碳體的轉(zhuǎn)變，阻礙馬氏體的分 解，推遲第一類回火脆性的發(fā)生，提高回火溫度，以獲得較好的強韌性。

10、但硅的含量太高可 以引起晶格發(fā)生畸變，使脆性增加產(chǎn)生不好的作用，固硅的含量應(yīng)控制在.2%以內(nèi)。鉬元素:鉬元素可以掇大地=j繼避；譬夥成；.使韌性炎幅度地提高，鉬元素在降低 碳化物硬度的同時，提高了基體的硬度，兩者相互作用形成宏觀韌性的提高，硬度變化較小。 鉬可以提高淬透性和回火穩(wěn)定性，改善韌性，但鉬的價格昂貴，成本高，一般不加或少加。 由于選擇了以上各種合金元素并對其進行合理的配比，同時對鑄造襯塊進行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚?使鑄造襯塊具有了較好的性能。實際使用效果也證明，佳木斯工學(xué)院星火鑄造技術(shù)研究所研 制的高鉻鑄鐵是一種修復(fù)泥泵殼和泥泵襯板的理想耐磨材料。（3）鑄造工藝合金的熔煉:熔煉設(shè)備為1 50

11、k9中頻爐，石英砂酸性爐襯。事先計算好所需要的各種爐料，在熔煉過程中首先化清鋼鐵原料，然后加入硅鐵、錳鐵，提高爐溫至14001450C時加入鉻鐵，待爐溫升高到14301460oC時加入Cu和稀土合金，降低功率，進行爐內(nèi)鎮(zhèn)靜， 岀爐溫度不應(yīng)低于1400Co砂型（芯）高鉻襯塊的砂型可用潮模砂造型制芯，為了提高襯塊工作面的平整度，可以將砂芯經(jīng)過烘干或表面烘干，這樣可以提高襯塊表面的質(zhì)量。砂型制作過程中要注意以 下幾個問題。a要保證砂芯有足夠的密實度，否則澆鑄后會發(fā)生型腔移動，尤其是使用潮砂芯時，更應(yīng)該注意這一點。b安裝木模時，應(yīng)注意定位準確，防止產(chǎn)生變形。c下芯時要注意檢驗型腔尺寸，避免產(chǎn)生誤差。d

12、襯塊開口部位要制出拉筋，以防止襯塊變形。襯塊的澆鑄 高鉻鑄鐵的結(jié)晶區(qū)間較寬，體積收縮較大，所以容易形成縮松和縮孔， 在澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計上就必須為造成順序凝固創(chuàng)造條件，比如使用喇叭口形的大澆口杯，以利 于浮渣和增大澆鑄速度，特別是在采取較低的澆鑄溫度時，應(yīng)適當(dāng)加快澆鑄速度。澆鑄系統(tǒng) 應(yīng)設(shè)計為封閉式，這樣可以防止氧化夾渣，合理地設(shè)計出氣冒口，使鋼液流暢，內(nèi)澆口開在 上部，并且最高位置設(shè)置部縮冒口，型腔澆滿后，應(yīng)注意向冒口內(nèi)補加鐵水。3修磨 在泥泵上裝配后的泵襯和襯板，其各塊襯板間的間隙的大小對泥泵的使用時 間有顯著的影響，襯塊之間的間隙越小，結(jié)合面越平整，襯塊的耐磨損性能越好，泥泵的使 用時間就越長

13、，為了使襯塊之間的間隙盡可能得小，襯塊結(jié)合面盡可能得平整，應(yīng)對襯塊進 行修磨，根據(jù)經(jīng)驗修磨應(yīng)分兩次進行，即分為粗修磨和精修磨，粗修磨應(yīng)在鑄態(tài)下進行，因 為此時的襯塊硬度不高47-48 HRC比較容易修磨，采用砂輪即可以完成。熱處理后進行精修 磨，以進一步減小襯塊之間的間隙，精修磨后襯塊的間隙，泵殼襯塊的底部間隙應(yīng)小于2mm，口部應(yīng)小于3mm。4熱處理 熱處理用箱式電爐加熱，960980C，保溫2h,空冷至200C以下，加熱280- 300C保溫后隨爐冷至100C以下。5安裝 泵殼襯塊的安裝從泥泵的出口開始分別依次將兩側(cè)鑄塊、襯塊裝入泵殼，對 于襯塊結(jié)合面間隙超過要求的，要進行修磨，保證襯塊結(jié)合

14、面的間隙控制在要求的范圍以內(nèi)， 襯塊要注意對正泵的端蓋止口，直至裝入封閉塊，各塊應(yīng)嚴格擠壓，裝妥后要對襯塊的止口 突出部分進行檢驗性修磨，避免襯塊的止口高出泵殼的止口，防止在安裝泥泵時端蓋擠壞襯 塊，最后在泥泵殼與襯塊之間灌入水泥砂漿進行封閉。6襯板塊的安裝 首先對襯塊進行修磨研配，保證結(jié)合面的間隙和與泵殼止口的間隙， 安裝螺栓緊固，最后用一塊襯塊作為調(diào)整塊以調(diào)整全部襯塊的尺寸差。在襯板塊的螺栓孔和 襯板塊周圍的間隙處用樹脂膠與鐵粉的混合物填充，以增強襯板塊的耐磨性能。(4)經(jīng)濟效益按照以上方案， 在龍浚l0號和龍浚l7號兩艘挖泥船上進行了泵殼和襯板的抗磨鑲襯， 經(jīng)過實際挖泥施工的檢驗，取得了

15、較好的經(jīng)濟效益。襯板(以龍浚10號為例)：進口原裝襯板每副4000元，每航季需要更換710次，每 航季比價為28萬4萬元，使用分塊式襯板塊每副10000元，平均使用三個航季，航季比 價為3300元。同時節(jié)省修理時間，提高了挖泥船的正常施工時間，平均節(jié)省修理時間三分之 一以上。、泥泵殼(以龍浚10號為例)：泥泵殼實測使用壽命為43航季，價格為45萬元， 航季比價為3.7萬元，原泵殼每件9萬元，使用1個航季，航季比價9萬元。使用鑲襯時泵 殼每航季可節(jié)約53萬元。(5)小結(jié) 在提高挖泥船泥泵的抗磨性能工作中，主要解決了以下問題。采用了分塊式邊緣鑲襯法代替整抗磨端蓋襯板，不但降低了制造成本，而且可以充

16、分 保證其安裝精度和抗磨性，最大限度地發(fā)揮了材料的作用，并可分塊更換襯板塊，延長了襯 板的整體使用壽命。設(shè)計樣板一刮板組合模，解決了復(fù)雜曲面鑄件的造型問題，極大地降低了模型的制造 費用，也使襯塊的修改變得簡便易行。運用封閉平行襯塊解決襯塊的固定問題，使全部襯塊（26塊或34塊）無一塊需要焊接 或鑄入鋼質(zhì)連接件，封閉平行襯塊在安裝時，可保證襯塊間充分拉緊與固定。根據(jù)不同的磨損方式使用不同性能的材料，使高鉻鑄鐵的性能與其工作的條件相適 應(yīng)，使端蓋襯板、泵殼襯塊達到了安全工作條件下的高抗磨性。此項工作表明以下方面。在沖蝕和磨料復(fù)合磨損條件下，材料的抗磨性能除了受材料的硬度和韌性影響外，主 要決定于材料的耐腐蝕性能，而相問電位的高低又起著關(guān)鍵作用，泥泵過流元件耐磨襯板的 材料也需從上述兩個方面尋求提高抗磨性能的方法，研制新的合金成分，研究某些元素對材 料抗蝕性能的影響，把襯板的工作壽命再進一步提高。進