PHÂN TÍCH HƯ HỎNG CÁC CHI TIẾT CHỊU MÀI MÒN TRONG NHÀ MÁY MÍA ĐƯỜNG VÀ BIỆN PHÁP PHỤC HỒI WEAR FALUIRE ANALYSIS OF ROLLER SHAFTS IN SUGARCANE MILLS AND REPAIR PROCEDURE Nguyễn Đức Thắng(1), Lê Huy Cẩm[.]
PHÂN TÍCH HƯ HỎNG CÁC CHI TIẾT CHỊU MÀI MỊN TRONG NHÀ MÁY MÍA ĐƯỜNG VÀ BIỆN PHÁP PHỤC HỒI WEAR FALUIRE ANALYSIS OF ROLLER SHAFTS IN SUGARCANE MILLS AND REPAIR PROCEDURE Nguyễn Đức Thắng(1), Lê Huy Cẩm(2), Nguyễn Tuấn Hiếu(3) (1) Trung tâm Đánh giá không phá hủy; (2) Cty CP Tư vấn Đào tạo CTWEL; (3) Viện Công nghệ Hà Nội ABSTRACT This paper demonstrates the process of research survey on abrasive wear of sugar cane press shaft and threestar gear in sugarcane mills They withstand under impact loads, fatigue, axit environment, poor lubrication conditions, as well as unreasonably geometric profiles, so they are quickly worn and broken From a primary pWPS, based on testing with reliable PQR, the design of shaft restoring procedure through hard facing welding with essential variables of welding procedure specification (WPS) is correctly and adequately calculated After turning, all the details meet the technical requirements and life time extended by 70 – 80% first time Các chi tiết trục ép, bánh tam tinh nhà máy mía đường làm việc chịu tải va đập, mỏi, môi trường axit, điều kiện bơi trơn kém, biên dạng hình học chưa hợp lí, nên nhanh chóng bị mài mịn hỏng Từ việc phân tích hư hỏng mài mịn hệ trục ép, thiết kế quy trình phục hồi dạng mài mịn điển hình hàn đắp, nhiệt luyện tiện tinh Đã thiết kế quy trình hàn gồm biến số hợp lí, nhiệt luyện với tốc độ nung, nguội, nhiệt độ thời gian thích hợp Đồ gá cho hàn đắp thiết kế chế tạo xưởng Cuối phiếu ngun cơng tiện Sản phẩm phục hồi có tuổi thọ 70 – 80% chi tiết lần đầu Key words: sugar cane, roller shaft, WPS, turning Từ khóa: Mía đường, trục ép, Bản thơng số quy trình hàn, tiện ĐẶT VẤN ĐỀ Các hệ thống thiết bị nhà máy mía đường làm việc điều kiện chịu tải trọng lớn, va đập, mơi trường axit … vậy, chi tiết nhanh chóng bị mài mịn, ăn mịn hỏng Do điều kiện làm việc khốc liệt nên tuổi bền bị giảm ảnh hưởng đến tính làm việc liên tục nhà máy vào vụ Khảo sát cho thấy nhà máy mía đường theo cơng nghệ Trung quốc (khoảng 30 nhà máy), suất từ 2500 – 3500 T mía/ngày, có 15 – 18 trục lô ép, hệ bánh tam tinh Với số lượng bánh trục nhiều vậy, việc phục hồi chúng sau thời gian làm việc để đảm bảo suất hiệu nhiệm vụ quan trọng Hệ thống thiết bị có hình dáng, kích thước, vật liệu, tính tính chất hóa lí trục ép, bánh khác Để có quy trình cơng nghệ điển hình phục hồi chi tiết việc không dễ dàng Việc phục hồi trục, bánh tam tinh chỗ gồm hai ngun cơng hàn đắp tiện/ mài Cơng nghệ nơi chưa hồn chỉnh nên chất lượng khơng đều, lại gây nên biến dạng nứt gãy PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cấu tạo Trục lô ép nhà máy có hình dáng kích thước khác nhau, chúng có dạng hình vẽ, trục thép sơ mi gang lắp chặt bên ngoài, moment truyền qua rãnh then bánh ăn khớp ngồi Tại hai đầu trục có ngõng trục quay ổ trượt đồng với bôi trơn thủy động Bạc đồng mòn nhanh trục thay dễ dàng từ sở chế tạo nước Khi làm việc trục lô ép bị mòn chủ yếu sơ mi gang với dạng hỏng chủ yếu rãnh, bị vỡ Phục hồi hàn gang gia cơng cắt gọt Nhưng trục ép thép làm việc thời gian dài điều kiện chịu tải trọng va đập lớn, dạng hỏng chủ yếu mòn, rỗ, phá hủy mỏi Khi phục hồi trục tháo vỏ lô gang nên hàn đắp thông thường bị nứt vỡ trục lô gang 2.2 Phương pháp khảo sát phân tích hư hỏng Quả lơ ép mía nhà máy đường trọng lượng khoảng tấn, dài 3500mm, ngõng trục có kích thước ngun là: D = 350mm; L = 432mm Do chịu tải trọng thay đổi, mơi trường làm việc có tính axit nên dạng hư hỏng thường mỏi, mài mòn, bề mặt ngõng trục đầy khuyết tật nứt, rỗ Kích thước ngõng trục kiểm tra đo cịn Φ340 – 345mm Độ cứng bề mặt 160 – 170 HB Để phát khuyết tật trình sử dụng, người ta dùng phương pháp kiểm tra không phá hủy NDT bao gồm kiểm tra ngoại dạng (VT), kiểm tra thấm mao dẫn (PT), kiểm tra siêu âm (UT) Sau kiểm tra kim tương theo cấu trúc tế vi Thành phần hóa học thơng số quan trọng có ảnh hưởng mạnh đến chất lượng sau hàn đắp gia công sau đắp Đối với trục máy ép mía thành phần hóa học cho bảng Vị trí Đầu trục Phần Fe (%) 97,9 97,9 C (%) 0,361 0,367 Si (%) 0,275 0,284 Mn (%) 0,787 0,763 P (%) 0,0097 0,0117 S (%) 0,057 0,046 Cr (%) 0,095 0,0998 2.3 Phục hồi hàn đắp Hàn đắp phương pháp công nghệ bề mặt áp dụng rộng rãi phục hồi, sửa chữa bề mặt chi tiết máy Kĩ thuật hàn tiên tiến với phát triển mạnh công nghệ vật liệu cho phép phục hồi bề mặt chi tiết quan trọng, bị mài mòn hư hỏng trình sử dụng, đạt chất lượng tốt đem lại hiệu kinh tế cao Trong thực tế người ta hàn phục hồi bề mặt chi tiết phức tạp có độ xác cao trục khuỷu, trục cam, trục liền bánh răng, trục cán, gối đỡ, má nghiền chi tiết phức tạp khác làm việc chịu tải trọng nặng, loại trục ép mía, cánh khuấy, loại cylinder máy ép thuỷ lực, cánh turbine… Bề mặt chi tiết máy sau phục hồi có khả làm việc khơng chi tiết mới; nhiều trường hợp phục hồi hàn đắp cịn làm tăng số đặc tính bề mặt chi tiết độ cứng, khả chịu mài mòn… đồng thời làm tăng tuổi thọ chi tiết máy Đặc biệt đem lại hiệu kinh tế giá thành sau phục hồi chi tiết máy (30 ÷ 50)% so với giá thành chi tiết Để phục hồi cần giải hai vấn đề bản: Đảm bảo chất lượng lớp đắp (độ bền mịn) Đảm bảo tính chất (độ bền mỏi, ứng suất biến dạng) Đa số trường hợp hàn phục hồi bề mặt làm việc chịu mài mịn thường dùng cơng nghệ hàn đắp lớp thuốc hàn kết hợp với xử lí nhiệt sau hàn (nhiệt luyện), điều ảnh hưởng nhiều đến chất lượng suất phục hồi Q TRÌNH PHỤC HỒI 3.1 Ngun cơng hàn 3.1.1 Chuẩn bị mối hàn Làm ngõng trục, kiểm tra bề mặt, phát khuyết tật rỗ, nứt Loại bỏ vết lõm chứa dầu mỡ, vảy kim loại bị bong tróc bám dính bề mặt ngõng trục 3.1.2 Vật liệu hàn Điện cực: Chọn vật liệu hàn đắp dạng dây cho hai trình hàn GMAW FCAW Khí bảo vệ: Hàn GMAW dùng khí CO2 bảo vệ Hàn FCAW với loại dây không cần khí bảo vệ, để làm mát mỏ hàn dùng khí CO2 với lưu lượng nhỏ 3.1.3 Xử lí nhiệt trước, sau hàn Thép chế tạo trục thép carbon trung bình với đường kính lớn nên cần nung sơ trước hàn lên nhiệt độ 200 oC có dùng cách nhiệt Trong q trình hàn phải hàn liên tục không để nhiệt độ vật hàn nguội xuống 200 oC Sau hàn xong phải xử lí nhiệt (PWHT) 3.1.4 Kĩ thuật hàn i) Lớp hàn lót: Dùng dây đặc GMAW Hàn theo đường sinh, liên tục đối xứng (hình 1) Thực hàn đường hàn sau ngược hướng với đường hàn trước để ứng suất đường hàn sau khử bớt ứng suất đường hàn trước Chiều rộng đường hàn (12 ~ 15) mm Chiều rộng đường hàn sau đè lên 1/3 chiều rộng đường hàn trước (hình 2) Đường kính Cường độ dây Φ = 1,6 mm I = 250 – 300 (A) Điện áp hàn Tốc độ hàn Lưu lượng khí U = 30 (V) v = 400 (mm/ph) q = 20 (l/ph) Năng lượng đường Qd = 1.11 (kJ/mm) ii) Lớp hàn phủ: Dùng dây lõi thuốc FCAW Hàn theo chu vi dây lõi thuốc Tư hàn (hình 3), đoạn hàn dài (60 ~ 70) mm dừng lại Chiều rộng đường hàn (12-15) mm Trước hàn đoạn hàn sau phải làm xỉ hàn đầu đoạn hàn trước búa gõ xỉ bàn chải sắt Đường kính dây Cường độ Điện áp hàn Φ = 1,6 mm I = 200 – 300 U = 30 V A Tốc độ hàn Lưu luợng khí v = 400 mm/min q=5 l/min Năng lượng đường Qd = 1.01 kJ/mm III.1.5 Quá trình thực i) Gá trục lên máy tiện Làm bề mặt cần hàn đắp vùng lân cận, sau kiểm tra kính lúp phóng đại lần Sử dụng lớp cách nhiệt quanh phần vỏ gang để chống tản nhiệt làm nguội vỏ gang Nung nóng sơ trục mỏ hơ đến nhiệt độ trục đạt khoảng 200 oC Biện pháp tiếp “mát” hàn: Đây kĩ thuật khó thực điều kiện cụ thể ii) Hàn lớp lót Trục to đường hàn ngắn, để giảm công sức nên hàn đường hàn liên tiếp quay trục để hàn Hàn liên tục, dừng dùng mỏ hơ gia nhiệt để trì nhiệt độ cho trục không hạ nhiệt xuống thấp Trong hàn không hơ gia nhiệt bổ sung iii) Hàn lớp phủ Trước hàn lớp phủ cần kiểm tra tồn bề mặt hàn đắp lớp lót, mài bỏ chỗ cao, chỗ bị rỗ khí hạt kim loại bắn toé Tập trung hơ gia nhiệt để hàn hàn lớp lót III.2 Tiện tinh Sau hàn xong bề mặt xù xì, độ nhẵn thấp nên phải tiến hành gia công đạt độ xác hình học chất lượng học Ngun công thực máy tiện phân xưởng Sau tiện thơ kiểm tra bề mặt, đánh dấu khuyết tật cần sửa chữa Dùng máy mài cầm tay để mài bỏ toàn khuyết tật: Rỗ khí, lõm, khơng ngấu chỗ nối mối hàn, ngậm xỉ Mài bớt chỗ cao vừa hàn để tiện có lượng dư Tiện bán tinh với chế độ cắt tra theo bảng công nghệ chế tạo máy Tiện tinh với chế độ cắt tra theo bảng công nghệ chế tạo máy Tốc độ cắt V = 30 m/min, chiều sâu cắt t = 0.2 – 0.3 mm, lượng chạy dao s = – mm/vịng Đánh bóng bề mặt bánh giấy ráp lắp vào máy mài cầm tay IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sau hàn tiện xong trục hoàn thành với chất lượng kích thước đạt yêu cầu Để đạt điều cần qua phép đo nhằm xác định xác thông số Đo nhiệt độ: Dùng súng bắn nhiệt IR – TAP để đo nhiệt độ bề mặt cổ trục gia nhiệt Vì đo phương pháp hồng ngoại việc gia nhiệt không nên nhiệt độ thay đổi theo vị trí Phạm vi nhiệt độ đo từ 120 – 200 oC Kiểm tra khuyết tật trình hàn sau tiện thô xong lớp hàn Do điều kiện sản xuất, sửa chữa nên sử dụng phương pháp kiểm tra mắt thường (VT) hỗ trợ kính lúp Đây phương pháp chấp nhận được, đạt độ tin cậy rẻ tiền Mỗi khuyết tật xử lí Kiểm tra kích thước đường kính sau lần tiện thơ sau tiện tinh xong Dùng thước compa đo nhà máy để đo kích thước Kích thước cuối đo compa thước đo mm (của nhà máy đường) là: D = (349,6 349,7) mm, L = (432/433) mm Kiểm tra độ cứng sau tiện tinh Dùng máy đo độ cứng Chino để đo nhiều vị trí bề mặt cổ trục Độ cứng khoảng (190 - 220) HB Sau tiện tinh dùng kính lúp phóng đại lần để kiểm tra lần cuối để phát khuyết tật bề mặt cổ trục Khơng phát có khuyết tật Do khơng đo độ nhám bề mặt vào chất lượng tiện tinh để xác định độ nhám Ra=2,5 – 1,25 µm Sau dỡ áo gang dùng kính lúp độ phóng đại lần để kiểm tra phát vết nứt mặt đầu áo gang phía gần chỗ hàn Khơng phát có khuyết tật V KHUYẾN NGHỊ Ngồi việc phục hồi ngõng trục bánh tam tinh, nhóm nghiên cứu cịn phục hồi sửa chữa bánh hộp giảm tốc turbine nhà máy đường Lam sơn Đây bánh có số Z=16 module m=8, vật liệu thép tương đương với 40XH Với chế độ hàn gia công thiết kế, chất lượng sản phẩm tốt Qua thử nghiệm phục hồi với hai nhóm chi tiết điển hình nhà máy mía đường sau vụ làm việc, thấy chất lượng sản phẩm tốt Điều mở hội cho việc phục hồi chi tiết chịu mài mòn nhà máy mía đường với quy mơ quy trình hồn chỉnh Tài liệu tham khảo Nguyễn Đức Thắng (chủ biên) tập thể Đảm bảo chất lượng hàn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2009 Ngô Lê Thơng Cơng nghệ Hàn điện nóng chảy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2007 Trần Mạnh Hùng (chủ biên) tập thể Cơng nghệ sản xuất đường mía, NXB Nông nghiệp, Hà nội, 2000 AWS D1.1/D1.1M:2010 An American National Standard Structural: Welding Code—Steel ... Vị trí Đầu trục Phần Fe (%) 97,9 97,9 C (%) 0, 3 61 0, 367 Si (%) 0, 275 0, 284 Mn (%) 0, 787 0, 763 P (%) 0, 009 7 0, 01 1 7 S (%) 0, 057 0, 046 Cr (%) 0, 095 0, 0998 2.3 Phục hồi hàn đắp Hàn đắp phương pháp... 200 9 Ngô Lê Thơng Cơng nghệ Hàn điện nóng chảy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 200 7 Trần Mạnh Hùng (chủ biên) tập thể Cơng nghệ sản xuất đường mía, NXB Nông nghiệp, Hà nội, 200 0 AWS D1 .1/ D1.1M:2 01 0 ... (V) v = 400 (mm/ph) q = 20 (l/ph) Năng lượng đường Qd = 1. 11 (kJ/mm) ii) Lớp hàn phủ: Dùng dây lõi thuốc FCAW Hàn theo chu vi dây lõi thuốc Tư hàn (hình 3), đoạn hàn dài ( 60 ~ 70) mm dừng