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一、情況簡介
    Ø4.5m×40m干燥機是大型磷化工生產線的重要設備，其傳動件大齒輪約重28t．齒輪結構為兩半齒圈拼裝加工而成，外徑為6m，內徑為5.09m，齒輪模數40，齒寬為730m。整體設備是1986年由某公司制造安裝并投入使用，原齒圈材料為ZG45，由于大齒輪連續運轉，齒面磨損嚴重，因此于2006年8月采用材料為ZG42CrMo的大齒輪對原齒輪進行更換。該齒圈運轉約半年后，于2007年4月28日發現更換后的大齒輪截面出現裂紋，裂紋由原截面處從輪輻、輪沿發展到齒頂。
二、現場裂紋的檢測
    （一）無損檢測情況
    經現場檢查發現，裂紋出現在距卡環面約350、距卡弧面外徑約1800mm處，貫穿整個輪輻、輪沿及齒頂截面。同時發現，齒根底部輪沿與輪輻交界處有長軸約260mm、短軸約160mm的明顯補焊鑄造缺陷痕跡。裂紋是從焊補處向兩端貫穿發展，造成整個齒圈橫截面出現斷裂，其最大開口處約3.5mm。
采用Ø2當量靈敏度超聲波從齒頂進行縱向探傷后，發現距齒頂端面110mm處傷波降低10dB，當距離超過180mm后，無底波反射。超聲波探傷的結果可以看出：從齒端面至180mm處，應視為裂紋長度。當距離超過180mm后，無底波反射，說明有可能裂紋走向與齒頂面形成一個較大的傾角，造成超聲波無波返回；或者有可能是齒的內部存在著較嚴重的疏松夾雜缺陷。但經對齒面齒根的檢查，均未發現有嚴重的疏松夾雜缺陷，所以可以確定，裂擴展的走向與齒頂面形成了一個較大的傾角。
    （二）對裂紋成因的看法
    通過對裂紋的檢測分析，可知裂紋源處于原鑄造缺陷補焊處。經對補焊的裂紋進行清理打磨后發現，補焊裂紋處存在嚴重的夾沙疏松現象。
    一般而言，ZG42CrMo材料的可焊性很差，如果在補焊鑄造缺陷時未制定出嚴格有效的修補工藝方案，只是按一般的鑄造缺陷進行修補，會造成局部應力過大，而應力過大所產生的裂紋一般都較為平直，與現場觀察到的情況一致，再者補焊處有夾沙和疏松氣孔存在，補焊時就更容易產生裂紋。因此，我們認為發生斷裂的主要原因是：鑄坯件存在著嚴重的鑄造缺陷。同時，在修補鑄造缺陷時未對鑄造缺陷進行有效的清理，致使修補焊接的周邊還存在著夾沙和疏松氣孔，從而造成大齒圈的斷裂。
     綜上所逑，該大齒圈的裂紋是由于鑄坯存在著嚴重的鑄造缺陷，加之在處理鑄造缺陷時，未制定出有效的修補工藝方案，在補焊的過程中，由于局部應力過大又有夾沙和疏松，在焊接過程中已經產生了裂紋。在使用運轉過程中，裂紋在應力作用下不斷的擴展，直至整個截面斷裂。
三、恢復干燥機臨時運轉的搶修措施方案
    干燥機的停機，意味著生產磷銨重鈣的整條生產線都要停止生產，而停產一天的經濟損失上百萬。且干燥機的停機將會造成前端生產原材料由于處理不當對環境以及生產設備造成的嚴重影響。同時，在干燥機筒內的上百噸物料，如果在機內停留的時間過長將會形成結塊，也將造成較大的損失，但是如果更換調整一個約28t重的大齒輪，需要一個月左右的時問，哪怕采取非常規的方法制造加工大齒輪，最快也需要三個月以上的時間。再加上運輸和一些不可預見的因素，是無法在短期內更換齒輪的。因此，在明知齒輪有嚴重的裂紋缺陷的情況下，也只有采用一些快捷的措施使干燥機可以臨時運轉，以保證生產在短期內正常進行。
    基于以上分析，提出了如下的搶修方案：
    （一）采用熱焊補方法焊補裂紋
   1、采用電弧氣刨挖去裂紋而后進行焊補
    該措施存在的問題是，輪沿厚度為730mm，輪輻厚度為1OOmm。如果清理干凈裂紋周邊夾沙氣孔，也決不是一兩天時間可以完成的，并且焊前預熱和焊后的熱處理，都因為該齒輪安裝在設備上，工作場地狹窄而難以進行。同時，焊前預熱和焊后的熱處理會造成大齒輪的嚴重變形，焊后齒輪捏合調整，十分的困難。而且該材料的可焊性較差，在焊接的過程中可能引發新的裂紋產壘，所承擔的風險將更大，并且采取這個方法所需要的時問，難以保證在用戶容許的時間內完成。
    2、根據大齒圈受力狀況及裂紋擴展的狀態采用對稱雙拉桿強行拉合裂縫，迫使裂紋擴展減慢，或不再擴展，以保證設備的暫時運行，同時立即著手制造新的齒圈以在適當的時候進行更換。
    根據對開裂齒牙的檢測，在齒根部位未發現裂紋。裂紋的走向基本將該齒牙分成兩半，其中有一部分形成一定的夾角。如果采用拉桿強行將兩半拉合，（見裂紋走向示意圖）根據開式齒輪的受力特點，一般考慮彎曲強度。如果兩半齒輪拉合，兩半齒輪相互支承。基本上對齒牙承受彎曲應力的影響不大，也就是說該齒牙在承受彎曲應力時不會被折斷。如果齒牙不被折斷，設備就可以正常運行。依據以上的分析，采取在出現裂紋的加強肋板上開一個Ø90的孔，采用M80×3的拉桿，進行強拉，使原來的2～3.5mm的裂縫強行拉合到0.3～1mm，基本達到拉合的目的。在齒面及輪沿處使裂縫拉合至縫隙中的油物被擠壓而出，以達到基本捏合。同時考慮裂縫捏合后，不能讓齒輪在運轉過程中發生位移，因此采用上下貼板焊接在輪輻和輪沿上中間采用支撐板連接，防止齒輪在運轉過程中裂紋發生位移。
四、結束語
    該齒輪在2007年4月28日下午1點30分出現異常，并發現齒輪嚴重開裂。得知此情況后，我公司立即派出人員趕赴現場進行檢測處理，并根據用戶生產緊張、出口任務繁重不能長時間停機等
要求，提出了以上方案進行搶修，經過連續24小時晝夜搶修，于2007年4月30日上午10點30分搶修完畢，進行分盤車起動，經試車觀察后，無異常狀況下開始正常開機運轉。現已正常運轉一年有余。
    通過該次設備事故分析，制定搶修方案及搶修后的順利運行有如下的設想建議：
    該大齒圈發生斷裂的主要原因是鑄坯件有嚴重的鑄造缺陷，發現鑄造缺陷后進行焊補時未有嚴格合理的焊補工藝造成應力過大產生裂紋。同時也讓我們看到28t重量的大齒圈，分成兩半澆鑄，每半重量為14t，澆注鋼水需要18t左右，另外該工件直徑6m，弧度也較大，因而在鑄造的過程中所產生的應力和鑄造缺陷是不可避免的。如果建議將28t中的齒圈改為四半組合，每半重量為7t,對于鑄造加工和成品運輸，熱處理正火、退火都極為方便，也不需要特殊的大型爐子進行熱處理。同時，免去了超寬超長的運輸。這次搶修的思路是將兩半齒輪變成三半，此建儀是否可行，設計工藝是否可以將兩半大齒輪改為四半進行加工制造，有待考證。
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