水轮机水导轴径磨损电镀硬铬修复工艺探讨

水轮机水导轴径磨损电镀硬铬修复工艺探讨

刘韦1 陈乃莉2

（1.宝鸡市冯家山水库管理局，凤翔721405；2.宝鸡市水利水电规划勘察设计院，宝鸡721000）

摘要：水轮机水导轴径磨损是水电站经常遇到难题，本文阐述了研磨、电镀、镶套、热喷涂等几种工件表面磨损修复方法及各自的优缺点。根据大轴实际损坏程度对冯家山一级电站轴径磨损采用了电镀硬铬的修复方法，并重点介绍了其中各环节的关键技术。

关键词：轴径磨损；电镀硬铬；修复工艺

中图分类号：TV738  文献标识码：A  文章编号：1673-8241（2010）10-0053-03

1·概述

冯家山一级电站是冯家山水库枢纽工程的一部分，位于渭河一级支流千河下游，地处陕西宝鸡。电站为坝后式，1989年建设，装机两台，容量2×1250KW，设计水头17.5m，设计流量15m3/s。水轮机由重庆水轮机厂生产，型号HL123—LJ—120，电机采用TSL260/42—24。

2008年6月，由于1#机水导轴承磨损漏油，水机盘根磨损，漏水严重，1#机大修。大修中吊出水机大轴检查，发现水导轴径磨损严重，表面均布大量直径1～2mm的气蚀麻点或小孔，气蚀深度0.30mm左右，有十余处气蚀孔洞接近1mm深；盘根不锈钢段也有大量深度0.10mm的沟痕，水机大轴需进行表面光洁度处理，才能使用。

2·水导轴径磨损修复方法

工件表面损坏修复的方法有机械加工修理法、焊接修理法、电镀修理法和热喷涂等，应用于轴径表面磨损常见修复方法有以下几种。

2.1研磨修复

水导轴径轻度磨损可研磨处理。对直径大于1m的油润滑轴径，单侧磨损大于0.10mm时；水润滑的橡胶瓦导轴承的轴径，单侧磨损大于0.50mm时，均要对轴径进行磨圆处理。对于不锈钢轴径上的沟痕，如果只有几道小沟，可以不处理；若沟痕较深，深度大于0.50mm时，可用堆227或OK2015焊条补焊，然后磨光。

2.2电镀修复

电镀修复技术是利用电解的原理将镀液中的金属离子还原成金属原子并在金属表面形成具有较高结合力和一定厚度的修复层。如果水导轴径磨损严重，大轴磨光后不能满足与轴瓦配合的间隙，须电镀找回尺寸后，再磨圆处理。

2.3镶套法

镶套法先分两块做5mm厚的钢套，长度比导瓦长10cm，并在上面均布3cm×3cm直径5mm的小孔。车去主轴多余尺寸将套包在车削处，用CO2保护焊在小孔中将套焊在主轴上，补平小孔和钢套缝，再磨圆钢套到设计尺寸。镶套法在高含砂抽水站水泵水导轴径磨损处理中应用较多，且效果良好。

    2.4热喷涂技术

    热喷涂技术是将涂层材料（粉末或丝材）送入某种热源（燃烧火焰等）中熔化，并利用高速气流将其射到基材表面形成覆盖层的工艺。

先在车床上车去轴径上多余尺寸，保证喷涂层厚度5mm，喷涂耐磨材料（含铬、钨、镍等）后，对轴径进行磨圆处理到设计尺寸，此法在电厂水泵和风机轴修复方面应用较多。

    通过分析各种工件修复方法的优缺点，电镀硬铬满足水轮机大轴的使用要求，镀层硬度（HV800～900）高、耐磨、耐蚀，工艺相对比较简单，成本较低，决定对1#机水导轴径采用电镀硬铬的方法修复表面磨损。

    3·电镀硬铬修复工艺

    电镀的种类很多，但用于修复的主要有两类方法，即低温镀铁和镀硬铬。镀铁镀层沉积速度快，强度低。镀硬铬时镀层沉积速度0.01mm/h，沉积速度慢，生产效率低，费用高。为降低费用，也可先镀一层铁，再镀硬铬罩面。

电镀硬铬是一种在低温条件下恢复工件尺寸的传统修复技术，不会因局部高温产生应力，电镀硬铬最大镀层厚度1mm。

    电镀硬铬修复适合在专业的电镀厂进行，其一般工艺流程包括：焊修法填坑→机械修磨（整体磨光）→低温镀铁→机械修磨（整体磨光）→镀硬铬罩面→机械修磨（磨削加工至符合尺寸及光洁度）等。各流程要根据工件实际磨损和生产要求选用合适的操作技术参数或工艺，提高工件修复质量。

3.1焊修法填坑

针对1#水轮机大轴水导段十余处1mm深的孔洞，采用直接电镀难以恢复尺寸，并且会加大成本，决定采用对大轴上孔洞的先采用焊修技术填坑，再电镀罩面的方法。对于工件表面局部损伤，常用的焊修方法包括补焊、堆焊、冷焊等，每种焊修方法都有其自身的特点和不足，为了减少温度应力对大轴的影响，选用冷焊法中气体保护熔丝焊填坑。

气体保护熔丝焊也称微弧冷焊，是一种常见的冷焊技术。它是在氩弧焊基础上发展的一种新型焊修技术。设备主要构成部分包括脉冲电源，保护气体（氩气等惰性气体）和用以补缺陷的金属丝。利用焊枪产生的电弧（电弧温度一般在6000℃以上）将金属丝熔化，用保护气体（惰性气体）把熔化的金属液吹射到工件的局部缺陷处，从而填平工件表面的凹坑。气体保护熔丝焊与传统的气体保护焊技术不同，被熔化的金属焊丝不会在修复部位形成焊接熔池，施工中工件温升小，不会产生明显的热影响，且焊层与基体结合牢固，缺点生产效率低，焊层多孔，有微观缺陷，表面粗糙。一般对焊层修磨后，再镀金属层来提高表面光洁度。

3.2机械预磨（整体磨光）

为了提高电镀面结合力及电镀质量，须对水轮机水导轴段表面杂质用研磨的方法去除。研磨按照由粗到细的顺序修磨至平滑，并符和公差要求。在卧式车床找大轴中心，测量其直径，平行度和垂直度，若大轴平行度和垂直度不满足设计要求，应调直处理。根据大轴设计尺寸，计算确定大轴预磨尺寸，电镀层设计厚度，制定电镀技术参数。测量水导轴径气蚀麻点深度0.30mm，故大轴预磨切削量0.30mm（单侧），研磨后轴径的表面粗糙度应控制在1.6～6.3μm，圆度0.05mm，垂直度0.05mm。

3.3电镀硬铬

水轮机水导轴径机械修磨后根据设计尺寸测量大轴单侧缺失为0.30mm，电镀后加工抛光需切削去0.05mm，故电镀后镀层最小厚度应达到0.35mm。

镀硬铬在工装电极结合处，电镀层度比设计尺寸薄约1/3，计算设计电镀层厚度。经计算设计电镀层厚度应达到0.53mm，镀层厚度小于1mm，满足镀层强度，故决定采用直接镀硬铬的方法。

不同类型工件电镀硬铬工艺，必须根据工件形状、镀层厚度、硬度、镀液温度、电流密度等具体要求采用相应镀铬工艺，才能达到产品质量要求。根据水轮机水导轴径的实际使用要求，镀层应结合牢固，表面无起泡、脱皮现象，同时大轴材料为优质钢，表面沾有油污，采用的电镀工艺流程为：手工除油→上挂→水洗→化学除油→水洗→酸洗活化→水洗→镀硬铬→水洗→下挂。大轴表面沾污油脂，影响镀层与基体之间的结合力，镀前须除油和清洗。酸洗是电镀生产中的重要一环，大轴酸洗不只为了溶解表面的锈蚀，也是为了除去氧化膜，使大轴基体暴露出金属组织；同时酸洗能去掉机加工过程中残留于表面的铁屑，提高电镀层的结合力，防止镀层起泡、脱皮现象。电镀硬铬过程中镀铬液的成分，温度，电源，以及镀铬工艺的参数，对电镀质量影响很大。电镀过程中通过制作合适的挂具，采用合适的参数，加强工艺控制，可提高电镀质量，保证硬度，耐腐蚀度，结合力，表面平行度达到设计要求。

3.4机械修复（恢复尺寸、表面抛光）

水轮机水导轴径的表面粗糙度为1.6μm，圆跳度0.03mm，圆度0.05mm，垂直度0.05mm。磨床研磨或在卧式车床走刀架上固定砂轮研磨可达到设计要求，研磨结束后用细砂纸抛光电镀面，使表面达到镜面光泽，提高表面光洁度。

4·修复效果

1#水轮发电机组回装结束，对机组试运转进行大修质量验收，经监测水导轴承温度正常，无甩油现象，水机盘根漏水减小，发电机组运行正常，设备质量符合检验技术标准。1#机经过两年多时间的运行，机组设备基本完好，运行工况稳定，振动、大轴摆动、油温、油质等要素均符合运行要求。

5·结论

工件表面磨损修复的方法很多，应结合工件表面实际损坏程度，通过分析比较不同工件修复方法的优缺点，确定合适、经济的修复方法和工艺来修复工件。电镀硬铬修复工艺技术简单，费用低，镀层硬度高、耐磨、耐蚀，整个工艺流程约一周时间，满足水轮机大修施工进度要求，在水轮机水导轴径表面的磨损修复方面优于其他修复工艺。

近年来电镀硬铬镀工艺有了新的发展，应选用新的工艺提高镀层质量，并减少对环境的污染。

参考文献：

[1]张素兰,不同类型工件电镀硬铬[J].电镀与环保.2006

[2]徐招才,陈建农,等.水轮发电机组运行与维护[M].北京:中国计划出版社,1999.

[3]中国水利地电企协中小水电设备分会,联合国国际小水电中心.小型水电站设备管理[M].北京:中国计划出版社,1999.

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