文／趙興明，鄭永強(qiáng)，趙麗美·伊萊特能源裝備股份有限公司
隨著近幾年風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，服務(wù)于風(fēng)電行業(yè)的風(fēng)電增速傳動(dòng)技術(shù)也得以高速發(fā)展，尤其以大兆瓦風(fēng)電增速傳動(dòng)技術(shù)的研究及應(yīng)用最為引人注目。風(fēng)電增速箱主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，通過其內(nèi)部齒輪傳動(dòng)增速，增速比可達(dá)50 ～100 倍，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，供發(fā)電機(jī)能正常發(fā)電。增速箱在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中屬于核心且故障率較高的部件，對(duì)機(jī)組的可靠性及使用周期具有較大影響，因此有效控制增速箱內(nèi)部鍛件的制造質(zhì)量，保證增速箱機(jī)械傳動(dòng)的可靠性對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用壽命具有重要意義。本文以我公司生產(chǎn)的一種5MW 增速箱軌道行星輪為例，總結(jié)闡述風(fēng)電增速箱鍛件的制造及質(zhì)量控制的技術(shù)要點(diǎn)。
風(fēng)電增速箱的特點(diǎn)
為了使風(fēng)電增速箱結(jié)構(gòu)緊湊，降低傳動(dòng)比，增加功率分流能力，目前一般采用兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)或行星與平行軸齒輪組合傳動(dòng)。其特點(diǎn)是：⑴安裝空間狹小，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)的體積小、重量輕；⑵受無規(guī)律的變向變負(fù)荷及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊；⑶常年受嚴(yán)寒酷暑、極端溫差、濕度及鹽分大(海上風(fēng)電)的影響；⑷安裝的區(qū)域交通不便，拆裝運(yùn)輸不便；⑸一旦出現(xiàn)較大故障，維修非常困難。
風(fēng)電增速箱鍛件的制造要求
⑴由于風(fēng)電機(jī)組工作條件的苛刻和特殊性，主機(jī)廠往往要求其無大修使用壽命為20 年，對(duì)其運(yùn)行可靠性要求極高。目前已投入運(yùn)行的增速箱，故障率十分高，輪齒折斷、斷軸、軸承失效、漏油等屢屢發(fā)生，其20 年的運(yùn)行壽命令人擔(dān)憂。為保證增速箱的運(yùn)行可靠性，對(duì)增速箱鍛件制造提出了更嚴(yán)格的質(zhì)量要求，從原材料的成分控制、復(fù)驗(yàn)、加熱、鍛造、熱處理、機(jī)加工等每一個(gè)工序都進(jìn)行嚴(yán)格控制。⑵風(fēng)電增速箱鍛件原材料可采用模鑄錠和連鑄圓坯，對(duì)產(chǎn)品的性能有著至關(guān)重要的影響，必須嚴(yán)格控制原材料的成分、均勻性和氣體含量。原材料到廠后應(yīng)對(duì)連鑄圓坯和開坯后的模鑄錠進(jìn)行化學(xué)成分、氣體含量及低倍檢測。⑶采用模鑄錠鍛造時(shí)，要求開坯鍛比≥3。鍛造必須經(jīng)過多次鐓粗和拔長，確保鍛件心部有足夠的塑性變形，鐓拔過程不得少于兩次。模鑄錠總鍛造比不小于5，連鑄坯料總鍛造比不小于6。為保證每次鍛造的充分性，分鍛比小于1.5 的不計(jì)入總鍛比。為確保徹底去除原材料心部缺陷，沖孔直徑不小于
φ200mm。⑷組織決定性能，使用環(huán)境苛刻，受力復(fù)雜的增速箱齒輪鍛件對(duì)金相組織、帶狀組織、本質(zhì)晶粒度和實(shí)際晶粒度均有嚴(yán)格的要求。⑸風(fēng)電增速箱鍛件大部分時(shí)間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，內(nèi)部質(zhì)量對(duì)增速箱鍛件的使用壽命有至關(guān)重要的影響，需要嚴(yán)格按要求進(jìn)行無損檢測。無損檢測一般要求距成品行星輪內(nèi)孔表面1～15mm深度區(qū)域及齒部區(qū)域按起始記錄當(dāng)量值
φ0.6mm，可允許的單個(gè)缺陷當(dāng)量按照不大于
φ1.0mm 進(jìn)行評(píng)定驗(yàn)收；其余區(qū)域可允許的單個(gè)缺陷當(dāng)量按照不大于
φ2.0mm 進(jìn)行評(píng)定驗(yàn)收，所有區(qū)域不允許存在密集型缺陷。⑹生產(chǎn)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)予以關(guān)注，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，可能會(huì)造成鍛件的成批報(bào)廢；在風(fēng)機(jī)上使用過程中出現(xiàn)問題，維修困難且費(fèi)用相當(dāng)高。
風(fēng)電增速箱鍛件制造中的問題及原因分析
總結(jié)生產(chǎn)過程中遇到的問題和同行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)電增速箱鍛件生產(chǎn)制造中出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行分析，如表1 所示。
表1 前期風(fēng)電增速箱鍛件制造中可能出現(xiàn)的問題及原因分析
風(fēng)電增速箱鍛件制造質(zhì)量控制
為滿足客戶對(duì)風(fēng)電增速箱運(yùn)行可靠性及使用壽命的要求，必須對(duì)增速箱鍛件的生產(chǎn)制造過程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
風(fēng)電增速箱鍛件質(zhì)量問題的判斷
風(fēng)電增速箱鍛件的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和本質(zhì)晶粒度是產(chǎn)品的關(guān)鍵控制點(diǎn)。原材料和熱加工過程對(duì)上述指標(biāo)有至關(guān)重要的影響，鍛造廠在鍛造前應(yīng)對(duì)原材料進(jìn)行復(fù)檢，合格后才可使用。在鍛件的制造過程中應(yīng)對(duì)加熱、鍛造、熱處理進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
增速箱鍛件制造過程質(zhì)量控制
⑴原材料的質(zhì)量控制。1)冶煉方法：原材料要求采用電弧爐/轉(zhuǎn)爐+精煉爐+真空脫氣工藝進(jìn)行冶煉，采用氣體保護(hù)法澆鑄或真空澆鑄或連鑄，冶煉過程應(yīng)控制夾雜物含量和氣體含量。2)模鑄錠要求進(jìn)行開坯，開坯鍛比不小于3，鍛造開坯必須有鐓粗、拔長工序且鍛后緩冷處理。3)采用模鑄錠開坯后的鍛坯和連鑄坯料均需要檢測化學(xué)成分、氣體含量及低倍等。⑵鍛造的質(zhì)量控制。1)嚴(yán)格控制材料的利用率：模鑄錠的兩端應(yīng)保證足夠切除量(冒口去除大于15%，水口端去除大于5%)；要求每個(gè)鍛件能追溯到熔煉爐號(hào)、鋼錠(連鑄坯)編號(hào)及在鋼錠(連鑄坯)中的具體位置。2)加熱爐控制：要求嚴(yán)格按加熱工藝升溫、保溫，采用溫度檢測儀器測定爐內(nèi)溫度的均勻性。3)鍛造的控制：鍛造必須有反復(fù)鐓拔過程，鍛件心部區(qū)域有足夠的塑性變形量，不得少于二次鐓拔過程。模鑄錠鍛造比不小于5，連鑄坯料鍛造比不小于6，最后一火鍛造比必須不小于1.5。嚴(yán)格按鍛造工藝執(zhí)行，控制每次的變形量，每次變形應(yīng)到位，嚴(yán)格控制終鍛溫度；中間因設(shè)備問題或其他原因可以回爐，視后續(xù)鍛比情況，應(yīng)進(jìn)行降溫鍛造。4)鍛件不允許使用合鍛工藝；沖孔直徑不小于
φ200mm，以便去除心部疏松或裂紋等缺陷。5)鍛后緩冷，以消除應(yīng)力，減少組織不均勻情況。6)鍛造中出現(xiàn)裂紋或折傷，視情況進(jìn)行清除，以免帶入下一工序。⑶鍛后熱處理質(zhì)量控制。鍛件鍛后應(yīng)嚴(yán)格按照熱處理工藝的要求，進(jìn)行等溫正火、等溫退火或正火+高溫回火處理。嚴(yán)格控制裝爐量、坯料間距、加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度等影響坯料質(zhì)量的因素。⑷機(jī)械性能的控制。內(nèi)齒圈需要調(diào)質(zhì)時(shí)，鍛件應(yīng)按照客戶技術(shù)要求提供的熱處理工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，嚴(yán)格控制加熱溫度、保溫時(shí)間和出爐時(shí)間等影響機(jī)械性能的因素。⑸無損檢測的控制。鍛件粗加工后應(yīng)逐件進(jìn)行超聲波檢測，及時(shí)反饋產(chǎn)品檢測信息，以便進(jìn)行后續(xù)處理。⑹機(jī)加工控制。鍛件應(yīng)嚴(yán)格按照機(jī)加工圖紙進(jìn)行加工，嚴(yán)格控制公差尺寸及表面粗糙度，以達(dá)到要求；表面粗糙度可用粗糙度對(duì)比試塊對(duì)比或用粗糙度檢測儀進(jìn)行檢測。⑺發(fā)貨的控制。應(yīng)按工票信息如實(shí)填寫發(fā)貨信息、嘜頭及鋼印標(biāo)識(shí)，仔細(xì)檢查產(chǎn)品表面質(zhì)量，出現(xiàn)卡爪印跡、銹跡及毛刺等應(yīng)立即清除。
結(jié)束語
風(fēng)電增速箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵零部件之一，其內(nèi)部采用的鍛造構(gòu)件質(zhì)量對(duì)增速箱機(jī)械傳動(dòng)的可靠性及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用壽命是至關(guān)重要的，因此必須對(duì)其生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。風(fēng)電增速箱鍛件主要涉及到原材料、加熱、鍛造、鍛后熱處理、檢測等過程，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格控制才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的鍛件產(chǎn)品。本文主要論述了風(fēng)電增速箱鍛件生產(chǎn)制造過程要求及各節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制要點(diǎn)，對(duì)提高風(fēng)電增速箱鍛件質(zhì)量和一次合格率具有重要的指導(dǎo)意義。
——文章選自：《鍛造與沖壓》2022年第1期
