电机转子轴的修复

摘要：本文简述了电机转子轴在损坏后如何确定修复位置的尺寸公差及形位公差，以及修复时的质量控制措施及风险控制措施，确保修复过程安全受控及修复质量受控。

关键词：轴承位；形位公差；尺寸公差；修复方案；激光熔覆

引言

防爆电动机应用广泛，常用于石油天然气、石油化工和化学工业等行业。电机转子轴作为电动机重要部件之一，也是电动机最容易损坏的部件；如何快速高质量的修复电机转子轴，关系着企业生产的平稳运行及经济效益。

下面我们将修复实例的方式讲述电机转子轴在损坏后如何确定修复位置的尺寸公差及形位公差，以及修复时的质量控制措施及风险控制措施，确保修复过程安全受控及修复质量受控。

一、基本信息

车间在2022年1月接到电修送来一件乙烯某装置的一件电机转子轴，转子轴在一端轴承位出现跑内圈，同时轴承位一侧内侧防爆轴径处也出现与隔爆环内孔接触存在一定的沾粘磨损，客户要求对两处位置进行修复。

二、修复方案的确定

冬季由于气温低，润滑油效果相对差一些，所以冬季一般是各类电机转子发生故障的高峰期，最普遍的故障类型就是轴承内圈与转子轴承位出现“抱死”或“跑套”，不管是以上哪种情况，都存在电机转子轴承位出现损坏。电子转子在轴承位损坏的同时，往往可能出现转子轴弯曲及其它装配位置的尺寸也出现偏差等情况，在修复仅仅采取 “头疼医头”的策略可能无法保证修复转子轴的质量。

车间面对转子轴的修复任务有着一套成熟的流程工艺，确保修复的电机转子轴满足现场安装使用要求。首先修复前做好各部分尺寸的测绘，同时依据相关的技术标准及以往修复经验判定尺寸是否存在问题，对于未明显损坏而出现尺寸偏差的位置及时反馈给客户进行落实是否修复，同时车床装夹转子进行打表检验各处跳动情况查看转子是否存在弯曲，最后根据测绘尺寸及打表检验情况制订合理的修复方案。

2.1 修复位置确定

车间技术人员通过对转子轴进行测绘，发现转子轴另一侧的轴承位尺寸也偏小，同时车床装夹找正后发现转子轴未出现弯曲变形，通过与客户沟通，明确两轴承位均进行修复，同时对一侧内侧装隔爆环轴径处上的沾粘进行修车抛光恢复至原尺寸即可。

2.2 修复尺寸形位公差及尺寸公差确定

由于转子轴的轴承位尺寸均出现超差需修复，按以往查找的电机转子资料，中间铁芯位置与对两端轴承位公共基准线的径向圆跳动公差为8级（参考部分实例图纸，铁芯外径的跳动相对两轴承位径向圆跳动公差最大为0.10），转子轴的轴伸外圆（磨削尺寸）对两端轴承位公共基准线的径向圆跳动公差为7级（参考部分实例图纸，装联轴器位置相对两轴承位径向圆跳动公差最大为0.05），所以当轴承位尺寸出现偏差需修复时，可设定轴头装联轴器位置及中间铁芯位置为基准位，同时两轴承位要同心。同时参见机械设计手册，根据轴承位轴承的情况选择合适的轴径公差（以往资料里对于Y型三相异步电动机转子轴轴承位轴径公差代号选k6），此处轴承位轴径公差代号可选取k5(或k6)均可。

2.3 修复方案制定

以往电机转子轴出现磨损尺寸超差后，采用传统焊接堆焊轴径是最常用的手段，即使现在很多时候修复电机转子轴仍采用此类方法。常见的传统焊接方式一般有药皮焊条电弧焊及气体保护电弧焊，两种焊接方式的焊接焊接热量大，局部高温能达到1400℃左右，同时热影响区大，在焊接时很容易引起转子从焊接点开始弯曲变形，这样在修复时就需要从磨损点往后(例如轴承位磨削了，需将装轴承位置、装端盖位置及装联轴器位置都堆焊)均需堆焊起来再进一步精加工出来，这样不仅堆焊工作量大，同时电机转子轴一般是采用45#材质，焊接前需预热，焊后需热处理，同时焊接容易造成应力残留，修复后容易产生变形。

随着修复技术不断发展，目前对于轴径损坏恢复尺寸使用比较广泛的有冷焊及激光熔覆两种方式。

冷焊是应用机械力、分子力或电力使得焊材扩散到器具表面的一种工艺（方法），冷焊机可分为堆焊型冷焊机、贴薄片修复型的冷焊机、焊接铜铝线冷焊机。其中前两者用于修复金属、铸件表面的磨损、划伤、气孔、砂眼等细小缺陷；后者用于焊接铜线、铝线等有色金属线材，如电动机漆包线的焊接等。堆焊型冷焊机用于铁、钢、铝、铜等铸造件裂纹、沙眼、凹坑、气孔、磨损、缺口、划伤等金属表面缺陷的修补。贴片式冷焊机业内叫工模具修补机。采用电阻焊原理修复模具等设备表面的磨损等缺陷。常用于工模具使用过程中产生的局部磨损、模具裂纹、模具生产过程中的切削过度、尺寸超差、棱角损伤、氩焊不足等加工缺陷。

激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，激光熔覆技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自行冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。

激光熔覆具有以下应用特点：一是激光熔覆应力小。激光熔覆技术单层熔覆层薄、热影响区小，一般可控制在0~0.02mm。二是熔覆层质量高。激光束是激光发生器产生并通过外光路传输到零件表面，其能量集中并波动很小，熔覆层质量容易控制。三是柔性精密加工。激光发生器+激光传输系统+机器人或数控机床，实现激光束扫描路径的精确控制，配合同步送粉，实现精密的激光熔覆工艺，从而获得精密的激光熔覆效果。

车间目前有一套激光熔覆设备，在轴类零件修复中经过多年的应用，修复质量可靠。对于电机转子轴的修复，我们一般选取激光熔覆的修复方式进行修复。

2.4修复图纸及修复工艺

①、对送件进行尺寸测绘（必要的情况下分析其材质及硬度）；

②、车床装夹找正后修车修复位置表面见光，将疲劳层完全车削掉，（由于单层熔覆层厚度有限，一般车削掉0.3mm即可，损坏严重时可多车削一些，但要控制在3mm以内，根据熔覆层的质量控制要求，熔覆层不能超过3mm,同时损坏严重时对修复位置进行着色探伤确认无裂纹后再熔覆）；

③、根据送件转子轴的材质及硬度选用合适的焊粉熔覆修复位置，熔覆后的熔覆位置无气孔、裂纹等缺陷，控制焊接温度，防止变形；

④、车床装夹找正后修车修复位置至图示尺寸；

⑤、检验。

三、修复过程的质量控制及风险控制

3.1修复过程中的质量控制：

①车床装夹对整个转子进行找正，确认转子是否弯曲，并记录个点的跳动值；

②激光熔覆时根据修复要求选择合适的焊粉；

③按给定基准进行找正，在车削时尽量多次打表验证，防止车削过程中装夹松动造成基准出现偏差。

④快车削到尺寸时采取小吃刀量，多次车削至需求尺寸，尽量按尺寸的上偏差加工后采用金相砂纸抛光达到表面的粗糙度要求；

⑤每道工艺完成后好自检，有周转的通知质检员专检。

3.2修复过程中的风险及控制措施:

电机转子修复会使用以下的机床设备：行车、车床、激光熔覆等。主要存在机械伤害、起重伤害、滑跌、物体打击、触电、弧光伤害等作业风险。各设备作业前做好设备检查确认；在各作业时期，操作人员按规定劳保着装、正确使用防护用品（防护眼镜、防激光眼镜、手套等）；吊装时严格执行《吊装作业操作卡》；作业时做好现场安全监护：旋转设备作业时严禁戴手套操作、激光熔覆作业时严禁盲目操作,在机器人工作期间，任何人不得随意靠近机器人工作区域，要保持一定距离，以免出现伤害事故或者导致机器人不正常停机等。

四、结论

修复完的电机转子经过自检及专检均符合图纸要求，修复后的转子经客户回装满足现场的使用要求。

上述的电机转子轴的修复方式我们在日常工作中已经多次实践验证，修复的质量能满足生产装置现场的使用要求。但除了上述的损坏形式还有其它很多损坏方式，在制定修复方案时要具体问题具体分析，在修复过程中注意细节问题并控制修复工艺质量，确保修复件的修复质量。

参考文献

[1] 岳荣刚、宋凌珺.机械制图与公差配合.上海交通大学出版社，2007.8.1

[2] 成大先主编.机械设计手册.工学工业出版社，2002.1

[3] 李亚江、李嘉宁.激光焊接/切割/熔覆技术.化学工业出版社，2012.7