肖慧斌 劉健

（淄博福世藍高分子復合材料技術有限公司 山東淄博 255086）

摘要：目的：針對卡倫賽爾卷取機芯軸軸套配合面磨損問題，評估了高分子復合材料技術現場修復的可行性，并提出高效可行的現場修復技術方案。方法：通過分析高分子復合材料的力學性能與成型特性，設計合理的修復工藝流程，并基于實際工程案例開展修復效果驗證。對比補焊、激光熔覆及軸套更換三種傳統修復方法，從修復周期、成本、設備停機時間及使用壽命性能方面進行評估。結果：采用高分子復合材料技術修復后，軸套徑向跳動量明顯降低，滿足了設備次案場運行精度要求；修復耗時12小時，較更換軸套可以縮短90%以上的修復時間，另外修復成本降低，與更換芯軸對比降低30-40%；使用壽命方面，修復層在兩年以上連續運行中保持完整，未出現剝落以及性能衰減情況。結論：高分子復合材料技術具備無熱影響區、無需大規模拆卸、工藝適應性強等優勢，可實現冶金設備關鍵部件的現場快速高精度修復，為工業設備再制造提供了高效、可靠且經濟的技術方案，具有廣闊的工程應用前景。

關鍵詞：高分子復合材料技術；現場修復；再制造；卡倫賽爾卷取機

1  前言

卡倫賽爾卷取機作為冷軋生產線核心設備，其芯軸與軸套配合面因長期承受交變載荷等非常容易出現間隙超標的問題，導致設備振動加劇甚至生產中斷，然而傳統的修復方法缺存在熱影響大、成本高、周期長等局限。高分子復合材料技術憑借材料自身優異的物理、化學性能在工業設備修復領域中應用非常廣泛，在熱軋領域成功應用于軋機牌坊襯板安裝面的磨損問題，且服役壽命超5年，但針對卷取機高速高載荷工況（線速度高，徑向跳動精度高）的修復工藝仍存在一些不足。本研究通過建立合適的現場修復流程并開展工程案例對比分析，旨在揭示材料磨損機理、突破修復精度瓶頸，實現設備停機時間縮短，維修成本降低的目的，為冶金設備綠色再制造提供技術支撐與理論依據。

2  設備介紹

卡倫賽爾卷取機作為冷軋生產線的核心設備，其結構設計將直接決定卷取效率和質量。卡倫賽爾卷取機主要由轉盤、卷筒、穿帶支撐、皮帶助卷器、卸卷車、卷取支撐以及上下助卷輥等關鍵部件組成（見圖1）。其中芯軸系統作為卷取機的核心卷取部件，其運行的穩定性對卷取效果具有決定性影響。在卸卷過程中，芯軸承受著來自鋼帶的巨大徑向壓力，同時還要應對周期性變化的張力負荷。若螺栓預緊力不足或出現松動，將導致芯軸外移，進而在相對摩擦運動中加劇軸套磨損。

圖1  卡倫賽爾卷取機結構

1-轉盤；2-卷筒1#；3-卷筒2#；4-穿帶支撐；5-皮帶助卷器；6-卸卷車；7-卷取支撐；

3  設備問題分析

卡倫賽爾卷取機的卷取工作主要是靠芯軸的轉動來實現的，在卷取工作時需要提供張力卷取，卷取工作完成后，卷取支撐撤回開始進行卸卷工作時芯軸又會受鋼重量帶壓力。因此導致芯軸軸套磨損的主要原因是芯軸承受動態負荷變化，卷取過程中，隨著卷徑的不斷增大，卷取電機的速度必須不斷調整，以保持鋼帶張力的相對穩定。這種連續的速度調整導致芯軸系統承受交變扭矩，加速了配合面的磨損；另外在振動條件下，配合面之間發生的微米級相對運動引發微動磨損，其磨損產物進一步成為磨料，進而加劇磨損情況。

4  設備現狀

某鋼鐵廠冷軋車間卡倫賽爾卷取機1#卷筒出現跳動大、斷螺栓等問題，跳動值1mm，導致成品卷取效果不良。在中修時將芯軸拆卸后發現芯軸軸套配合面出現磨損、點蝕情況（見圖2），損壞深度在2mm左右。

圖2-卡倫賽爾卷取機1#卷筒芯軸軸套磨損情況

5  傳統修復

卡倫賽爾卷取機芯軸軸套磨損的傳統修復方法主要包括補焊修復、熱熔覆技術和整體更換三種方式。高分子復合材料技術與這些傳統方法相比，展現出多方面的顯著優勢：

5.1補焊修復

采用不銹鋼堆焊修復磨損部位雖能恢復尺寸，但同時也存在顯著缺陷：焊接高溫導致薄壁部件熱變形，并產生殘余應力，嚴重時會對設備造成不可逆的損傷；另外熱影響區引發的金屬組織改變會降低材料力學性能；嚴重時會給設備部件帶來結構斷裂的隱患。

5.2激光熔覆技術

包括激光熔覆較傳統焊接工藝，雖然比較先進，但仍然存在顯著的局限：修復成本高，熔覆工藝參數控制精度要求嚴苛；熔覆過程中局部高溫仍可能引發基材熱變形與組織劣化；熔覆厚度通常不超過1mm，針對深度磨損需反復多層堆疊，導致修復周期延長30%-50%，難以滿足現場快速維修需求。

5.3拆除后更換

整體更換磨損軸套是傳統修復中最徹底的方案，但也存在顯著效率缺陷：進口備件價格高昂，而且需要同步更換關聯部件，導致綜合成本升高；另外備件定制周期長，極易造成生產線長時間停滯；精密裝配調試過程復雜，造成長時間停機。

6  高分子復合材料技術工藝

6.1高分子復合材料技術原理

高分子復合材料修復技術通過匹配材料體系與修復工藝，來滿足不同設備的不同修復要求，該技術形成的復合修復層與金屬基體的界面結合強度（>27MPa），具備160MPa以上的優異抗壓性能（見表1），其獨特的低粘度流體特性可實現微米級缺陷的充分滲透填充，配合零收縮固化機制確保修復精度達到±0.02mm級；更通過分子級冷焊效應規避了傳統熱修復的熱應力畸變風險，在無需拆卸設備的條件下完成高轉速、高載荷工況下的現場高精度修復，為冶金行業旋轉設備再制造提供了兼具經濟性與可靠性的創新解決方案。

表1 高分子復合材料物理性能

6.2高分子復合材料技術工藝

高分子復合材料修復卡倫賽爾卷取機芯軸軸套磨損的工藝包括一系列標準化的操作步驟，每個步驟都對最終修復質量具有重要影響：

6.2.1 準備工作：加工模具（見圖3）、冷焊機、磨光機等工具準備到位；

6.2.2   表面處理：機架表面烤油處理，去除油污，烤至無火星噴濺；

6.2.3. 使用磨光機打磨氧化層和金屬疲勞層；

6.2.4. 裝配模具；

6.2.5. 打表檢查模具同軸度，同軸度滿足設備運行條件后將模具拆除；

6.2.6. 模具表面及緊固螺栓刷涂脫模劑，晾干備用；

6.2.7. 計算材料用量，并將材料調和均勻；

6.2.8. 將材料均勻涂抹至磨損表面；

6.2.9. 裝配模具并緊固螺栓；

6.2.10. 等待材料固化，24℃/24h，材料溫度每上升11℃，固化時間縮短一半（也可使用加熱固化方式60-80℃/5h）；

6.2.11. 材料固化后拆除模具，并粗化修復面；

6.2.12. 再次調和涂抹材料薄薄一層涂抹至修復部位；

6.2.13. 芯軸刷凃脫模劑后裝配到位；

6.2.14. 修復完成，等待材料固化，24℃/24h，材料溫度每上升11℃，固化時間縮短一半（也可使用加熱固化方式60-80℃/5h）

圖3-模具加工示意圖

6.3現場實踐應用

7  高分子復合材料技術修復工藝與傳統修復工藝對比

與傳統修復工藝對比，高分子復合材料技術優勢顯著（見表2）：無需拆卸大型設備即可實現現場修復，降低運輸與拆裝成本及風險；根據材料成型特性可以完全規避熱變形和殘余應力問題；材料優異的流動性能精準填充磨損部位并恢復原始設計尺寸；通過特殊配方設計顯著提升抗微動磨損能力，精準解決卷取機芯軸等旋轉部件的核心失效問題，為工業設備再制造提供了高效可靠的解決方案。

表2-不同修復技術綜合性能對比

8  修復效果與經濟效益

該修復項目完成后，卷取機已平穩運行兩年以上，期間未出現異常跳動或螺栓斷裂的問題。在2025年軋線中修時，拆除芯軸檢查修復部位，發現材料表面完好，沒有出現空鼓、氣泡、缺損甚至脫落的現象，驗證了修復的可靠性。從經濟效益角度分析，本次修復實現了顯著的成本節約：相比更換新軸套，成本節省80%；停產損失減少：修復耗時12小時，僅為拆卸更換備件方案的10%，大幅減少停產損失，使用壽命延長：修復后已穩定運行2年，預計總使用壽命可達5年以上。

9.結論

本研究通過針對卡倫賽爾卷取機芯軸軸套磨損問題，深入探討了高分子復合材料技術的現場修復應用。結果表明，高分子復合材料技術優勢顯著，無需大型設備拆卸，可實現現場修復，規避了熱變形與殘余應力問題。與傳統修復方法對比，在修復周期、成本、熱影響、現場可操作性等方面對比，高分子復合材料技術優勢突出。該技術實現了冶金設備關鍵部件的現場快速修復，為工業設備再制造提供了高效、可靠且經濟的方案，為類似工業設備維修提供了創新思路與技術參考。