一种大型螺孔内螺纹修复工具

一种大型螺孔内螺纹修复工具

郑董鹏

大唐石泉水力发电厂  陕西石泉 725200

摘要：本文介绍了某水电厂机组A修期间，水轮机转轮联轴螺栓内螺孔螺纹损坏，检修技术人员根据现场螺纹受损情况，设计制作了一种大尺寸内螺纹修复工具，并制定了修复工艺，在该水电站转轮联轴螺栓螺纹修复中，该工具及工艺得到了充分应用，取得了良好效果。对缩短检修工期，提高检修效率、尤其避免了疫情期间转轮返厂加工，保障了人员和设备的安全起到了重要的作用。

关键词：大型螺孔；内螺纹；修复

1. 引言

随着工业生产技术水平的不断提高，各种机械设备正向大型化、高效率、高参数的方向发展。大型、超大型设备越来越多，由于各种自然或非自然因素的影响与侵蚀，设备在运行的过程中都会难免出现内螺纹因种种原因造成损坏：乱牙、变形、磨损、锈蚀等；内螺纹的损伤会造成严重的损失或事故，轻则影响装配质量，重则造成大型零部件返厂加工或者报废。大唐石泉水力发电厂检修部在某电厂水轮机检修时发现，水轮机转轮联轴螺栓内孔丝扣部分损坏（M90*4）导致转轮与主轴连接螺栓无法安装，传统的修复方法是转轮体返厂修复（制造厂家：杭州东芝；重量91吨；直径6.9米；高3.3米），返厂修复存在运输困难、工期不允许、疫情影响等问题，因此,施工现场急需一种更好的螺纹修复方法,可以在原损坏螺纹的基础上进行修复,要求修复方便快捷,可操作性强。

2. 成果名称

大型螺孔内螺纹修复工具的设计、制作与应用，解决了检修现场大型设备不具备返厂运输条件，工期紧张的情况下，现场大尺寸内螺纹应急修复的难题。可节约巨额修复资金，修复质量有保证，此工具及修复工艺均可供大型水电设备以及大型机修行业借鉴。

3. 大型螺孔传统修复方法

传统修复方法：加大螺纹直径重新钻孔配加大螺栓；或将原损坏螺纹孔用焊接的方法堵孔重新制作螺纹孔；扩孔攻丝，配钢套（外丝配扩孔丝扣，内丝按原损坏丝扣加工）

方法一：将原损坏螺纹孔用钻头钻成光孔，重新攻丝，加大螺纹，配加大螺栓。缺点：使机件壁厚变薄，有时机件壁厚限制不能加大螺纹孔；如果相配的是成组多个螺栓，加大螺栓与原螺栓无互换性。

方法二：将原损坏螺纹孔用焊接的方法堵孔重新加工制作新螺纹孔；缺点：焊接高温产生的热应力无法消除，易造成材质损伤甚至产生变形，损坏机体的配合公差，并且有些材料不允许焊接，无法实施修理，现场不具备大型螺孔加工条件。

方法三：将原螺纹孔扩孔后，加装带螺纹的衬套，衬套与孔为紧配合。缺点：机件扩孔导致边距减小影响强度，而且衬套与孔连接要求高，否则有因连接强度不足，导致松动或拔出的风险。

传统修复方法因各自存在的缺点均不适用与此次的内螺纹现场修复。

4. 大型螺孔内螺纹修复工艺与工具的实施

为了克服转轮体联轴螺栓内螺孔修复存在的困难，以安全第一 、使用方便、节约成本、提高效率、提高检修工艺质量为原则，石泉水电厂检修人员自行设计制作了适合于轮体联轴螺栓内螺孔修复的专用工具，适用于各种大型机械设备的内螺孔修复。

(1)整体结构

大型螺孔内螺纹修复工具的整体结构如上图所示，分为研磨刀头、调节器、中心轴、导向支臂、修型刀头组成。

1　修型刀头

根据螺纹类型，匹配对应刀头。刀头可以选用检修现场常用的三角什锦锉或者机床车刀刀头制作而成（根据螺纹内孔直径选择什锦锉刀头长度，一般选约：5mm长，螺孔内径越大，修复效果越佳），与转向架焊接固定。

2　中心轴

采用实心圆钢制作，尺寸：大螺孔直径的1/10即可，轴向固定转向架旋转修型，保证修型螺纹的弧度、圆度与原螺纹的一致性。一端与螺栓孔底部加工中心孔定位，一端设置六方螺母方便使用扳手旋转修型。

3　调节器

导向支臂、转向架内部均有弹簧装置，松开调节器锁紧螺栓，导向支臂、转向架可自由伸长，调节至所需长度后锁紧调节器螺母。

4　导向支臂

利用导向轮在螺纹凹槽内导向，确保修磨转向架修磨轨迹与螺纹牙型地槽对应。导向轮固定：左右各留1mm活动间隙，保证导向轮螺纹凹槽内自动找正，不会脱槽与影响修型精度。

(2)布置方式

将中心旋转轴对应待修复螺纹底孔内加工预留中心孔，调节转向架、导向支臂长度使其匹配螺纹孔半径，转动修复装置，使其刀头在内部旋转切割修复金属修补剂镶补螺纹，完成螺纹的修型。

(3)强度校核

查询图纸，转轮联接法兰φ1762mm，端面均布16个M90*4 盲孔螺栓，8个φ96mm扭矩销。现场损坏螺纹距离底孔50mm处，长32mm，查询本厂机组相关资料，单个M90*4螺栓所受外界轴向力为 90KN,转轮体材质ZG20SiMn，高分子复合材料金属修补剂是在基于复合材料与金属的双重特性基础上研发出来的一种新型材料，既具备金属材料中优异的性能，同时弥补了金属材料在实际使用过程中的缺陷。它具有优异的抗压性能、粘结力、抗拉性能等综合力学性能外，同时还具备金属所不具备的“退让性”、抗老化性、抗腐蚀性能等，因此在金属修复方面尤为成功，尤其在轴类、螺纹类磨损修复方面，性能优异，相对耐磨性为中碳钢的2-3倍，抗压强度高，凝固后强度满足现场要求。

(4)修复方法

首先使用高分子复合材料金属修补剂在线修补已损坏的旧螺纹，再使用大型螺孔内螺纹修复工具进行修型。

1　按照金属修补剂施工工艺对受损螺纹进行镶补；

2　根据受损螺纹具体位置确定修复工具最终的安装位置；

3　根据螺纹形状选择对应修型刀头。

4　调节转向架、导向支臂长度使其长度匹配螺纹孔半径，保证修复工具与内螺孔的同心度。

5　待转向架和导向支臂安装到位后，轻转中心轴，检查导向支臂与刀头均在同一个螺纹凹槽内，转动灵活，无卡涩。

6　待上述⑤步骤检查确认无误后，将修复装置缓慢旋入待修补区域，根据修磨区域半径逐渐增加调整进刀量，直至修型完毕。

本工具适用于螺纹局部损坏修型，需借助完好螺纹牙型导向修复，确保修型内螺纹牙型、槽底圆弧的平滑过渡。

5. 新工具与修复方法的优势

该新工具与修复方法可以现场操作，有效地提升了检修效率，降低了检修成本和检修强度，高分子复合材料不仅具有金属所要求的强度和硬度，又具有金属所不具备的退让性（变量关系）同时，用高分子复合材料本身具有的抗压、抗弯曲，延展率的优势，可以吸收外力的冲击，极大化解了螺栓与螺孔之间的径向冲击力，并避免螺栓松动的可能性，也就避免了大型设备返厂运输的难题。

(1)成本低，就地取材，无需另行采购材料或工具。

(2)制作简单，就地加工，无需特殊的加工设备和加工工艺，有一定钳工基础的人员即可，施工简单，可操作性强，无需专门的技术，有一定钳工经验的技术人员即可胜任。

(3)节约工期：返厂修复工期15天以上；大型螺纹修复专用丝锥，定做周期10到15天；现场修复加工只需3天。

6. 综合效益

通过该水电厂机组A修转轮联轴螺栓孔螺纹的修复，验证了新工艺、工具的省时省力，操作可靠，且科学可行，解决了转轮联轴螺栓孔螺纹修复的技术难题，也解决了大件返厂运输难题，节约了检修工期，提高了检修效率和质量。

常规修复方法均需返厂运输（大件运输费往返40万）+加工修复费5万，修复费用巨大；采用金属修补剂修补螺纹+螺纹修复装置在线修复，所需成本：0.2万，工期3天/2人；对比新修复工艺+工具，节约费用45万，工期25天，（以25天检修工期计算，可增发电量900万KW·h，增加利润271万元）累计创造利润：316万元。

7. 结语

使用金属修补剂修复损坏的螺纹，是近几年新兴的产业技术，成为一种新的检修工艺。特别是对于大型机械设备的现场修复，是一种简单易行的方法，还可以提高螺纹孔的强度和耐磨性。即完美的继承了金属所具备的优点，又弥补了金属所存在的缺陷。完全满足各个类型设备工况运行要求，同时具有修复周期短，劳动强度低，综合修复成本低等优点，一般性修复时间不会超过48小时。这样将大大降低企业的检修工期时间，为企业生产带来巨大的经济价值。

作者简介：郑董鹏（1989年），男，本科，工程师，高级工，从事水电站机电安装、检修、维护和项目管理工作。