貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修水泥設(shè)備耐磨部件堆焊質(zhì)量的控制

我國水泥工業(yè)的快速發(fā)展，離不開高性能耐磨材料和先進(jìn)抗磨技術(shù)的有效支撐，這是水泥生產(chǎn)的特點(diǎn)所決定的。除了傳統(tǒng)的耐磨材料質(zhì)量提升和技術(shù)創(chuàng)新給予的支撐外，近20年來，耐磨堆焊企業(yè)的迅速發(fā)展，也為水泥工業(yè)粉磨技術(shù)的突飛猛進(jìn)，立磨、輥壓機(jī)的大量使用創(chuàng)造了條件，典型的代表有鄭州機(jī)械研究所、北京嘉克等。然而，對于水泥生產(chǎn)設(shè)備耐磨堆焊部件的優(yōu)劣，多數(shù)使用者以最終使用壽命和使用情況來考核，在耐磨部件的堆焊作業(yè)中一般不懂得如何實(shí)施堆焊質(zhì)量控制，這必然嚴(yán)重影響水泥的生產(chǎn)和設(shè)備的使用安全。本文對水泥工業(yè)設(shè)備耐磨部件堆焊的質(zhì)量控制進(jìn)行介紹，以供大家探討。

1 耐磨堆焊部件的適用范圍和使用特點(diǎn) 

堆焊新品和再生修復(fù)是綠色環(huán)保的制造和修復(fù)的方法，可以節(jié)約大量的鋼材，減少再次冶煉、加工的能源消耗，對于水泥工業(yè)通常可以用以制造和修復(fù)立磨磨輥襯板/輥胎、磨盤襯板、輥壓機(jī)輥面及設(shè)備其他的耐磨部件，如噴口環(huán)、止推板等。立磨是水泥生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，主要用于粉磨制備煤粉、水泥生料、水泥、礦渣和預(yù)碎熟料。

立磨輥面的磨損，不僅使研磨效率降低，也會使電耗大幅度增加，貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修加之磨輥的頻繁修復(fù)或更換導(dǎo)致的維修成本大幅增加，因此，立磨耐磨部件的使用壽命對生產(chǎn)成本控制顯得尤為重要。

立磨的部件損壞，主要是因物料硬質(zhì)相的犁削和擦傷磨損、物料的擠壓造成的疲勞剝落和裂紋以及基體與碳化物的結(jié)合強(qiáng)度不夠而造成的崩裂等，這些因素往往與物料的大小和硬度、物料的流量、設(shè)備的震動大小等有關(guān)，可根據(jù)其判斷立磨所受的磨料磨損、應(yīng)力磨損、沖擊磨損的大小，進(jìn)而根據(jù)使用條件選擇新輥堆焊或舊輥修復(fù)的材料及工藝。 

輥壓機(jī)是由兩個速度相同、相對運(yùn)動的輥?zhàn)咏M成。物料由輥?zhàn)由喜课沽峡谛断逻M(jìn)入輥間的逢隙中，在高壓研磨力（輥間壓力在50～300 MPa之間）的作用下，物料受到擠壓，受壓物料變成了密實(shí)且充滿裂紋的扁平料餅，使物料的易磨性得到明顯改善。輥壓機(jī)運(yùn)行時，物料顆粒在壓力作用下，使輥面產(chǎn)生塑性變形，在亞表面不同深處會形成剪切和壓應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的疲勞強(qiáng)度時，在亞表面形成裂紋，然而裂紋的擴(kuò)展和連接會最終導(dǎo)致疲勞脫落。疲勞裂紋往往產(chǎn)生在輥面5～20 mm深度處較常見，這就要求擠壓輥硬面層在具備一定硬度的同時要有較強(qiáng)的塑性，貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修來抵抗物料反復(fù)擠壓應(yīng)力而導(dǎo)致的疲勞脫落。 

2 堆焊作業(yè)的技術(shù)方法和特點(diǎn)

一般普通材料是難以形成較硬的表面，更無法獲得較厚的硬化層，正是耐磨硬面堆焊方法解決了獲得較厚較硬耐磨層的問題，所以，才能夠得以廣泛的應(yīng)用。本文以硬面層獲得的方法逐步加以說明。

2.1 設(shè)備部件獲得硬面耐磨層的方法和特點(diǎn) 

（1）部件表面采用淬火或者滲碳等，一般可以獲得深度為2～2.5 mm的硬化層，硬度一般在HRC40～45和HRC55～60兩個梯次的硬度等級，但是由于熱處理的深度很有限，硬面層較淺，難以達(dá)到較好的物料耐磨使用壽命，所以對于物料研磨位置一般不予采用。

（2）陶瓷一般采用鑲嵌、貼附的做法。對于需要耐沖擊時，一般采用由金屬間隔陶瓷耐磨塊，起到防止較大沖擊的作用，同時對于物料來說，陶瓷又起到研磨物料的作用。陶瓷塊的突出部分能防止金屬部分的磨損，從而延長整體磨損面的使用壽命，達(dá)到提高耐磨性的目的。這種方法由于工藝相對復(fù)雜，成本相對較高，國內(nèi)目前極少使用，國外部分廠商有此項技術(shù)。 

（3）堆焊工件采用堆焊是在部件磨損位置上加以堆焊耐磨焊材，補(bǔ)償或者預(yù)設(shè)磨損量，恢復(fù)或者建立到設(shè)計的幾何尺寸、形狀。耐磨堆焊是抗磨處理的主流做法，經(jīng)過近十多年的使用推廣，使用效果較好，在生料、煤磨系統(tǒng)應(yīng)用效果較為穩(wěn)定，貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修耐磨堆焊的發(fā)展已經(jīng)接近成熟，所以目前在磨損更重的礦渣立磨上也廣泛推廣使用。

2.2 耐磨堆焊方法和工藝

在設(shè)備訂貨沒有特殊要求的工廠，使用立磨的工廠最初的立磨磨輥、磨盤等部件多數(shù)由鎳、鉻合金鑄造而成。對合金鑄鐵表面實(shí)施堆焊，須選用專業(yè)設(shè)備且有專業(yè)技術(shù)資質(zhì)的企業(yè)才行。堆焊工廠采用焊接裝備為全自動焊接系統(tǒng)，焊機(jī)為大容量控制焊機(jī)，電流電壓相對穩(wěn)定，焊絲采用專用焊絲，如KSW-266等。KSW-266系屬于自保護(hù)明弧焊，焊點(diǎn)溫度相對較低，保證工作物不變形。堆焊施工時，須預(yù)先設(shè)計出磨輥及磨盤機(jī)臺裝配方案，完全按照部件裝配圖進(jìn)行，保證部件各尺寸施工的圓度，然后架設(shè)焊槍（每支焊槍8 kg/h）進(jìn)行施工操作。堆焊時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）對于新制造耐磨部件，鑄造毛坯通常為ZG35，鑄造完成后要經(jīng)過退火、正火處理，經(jīng)過粗加工后，采用超聲波探傷檢查內(nèi)部是否存在缺陷，然后用磁粉或者著色探傷方法檢查表面裂紋，防止內(nèi)部、表面缺陷導(dǎo)致焊接后和使用過程中的斷裂現(xiàn)象。

（2）表面堆焊的焊接過程一般是“冷”過程，在焊接過程中基體金屬溫度必須≤150 ℃，焊接后剩余應(yīng)力的大小很大程度上取決于堆焊中產(chǎn)生的裂紋狀況和對傳入基體金屬內(nèi)的熱量控制。堆焊過程中產(chǎn)生的分布均勻的裂紋，可以消除不同材質(zhì)之間的收縮應(yīng)力，但如果輥?zhàn)觾?nèi)存在鑄造剩余應(yīng)力，那么堆焊時產(chǎn)生的裂紋就有可能延伸至基體的內(nèi)部，這種輥?zhàn)泳筒荒懿捎帽砻娑押柑幚怼?nbsp;

另外要認(rèn)識到，基體和焊接材料之間的結(jié)合不是完整意義的熔焊結(jié)合，硬化層更像是一種覆蓋層，結(jié)合層的強(qiáng)度僅夠保持硬化層能覆蓋在基體表面上。

2.3 耐磨堆焊硬面層的制造質(zhì)量檢查的測試方法 

2.3.1 硬度范圍的測定 

對于硬度，一般堆焊層表面控制在HRC58～62，在磨損初期、中期、后期的厚度范圍的硬度應(yīng)與表面硬度一致，這樣才是良好的堆焊硬表面，才能真正起到堆焊層應(yīng)有的耐磨作用。 

2.3.2 工作表面硬度檢查測試點(diǎn)的確定 

一般利用堆焊工件的大小、形狀、使用區(qū)域來評估確定測試點(diǎn)和質(zhì)量控制項目。

（1）對于輥胎，相對來說體積、重量都較大，可以采用四點(diǎn)法、三點(diǎn)法。圓周上取三處或者四處，每一處截取一個截面，在堆焊層表面可以畫出一個測試線，這個可以選取三點(diǎn)（上、中、下或者左、中、右）來測試硬度值。 

（2）對于輥皮襯板，體積、重量相對較小，形狀簡單，可以選取五點(diǎn)法。即在近似方形的邊緣處分別選取四個點(diǎn)，再取中心區(qū)域來測試。 

（3）對于磨盤襯板，體積、重量也相對較小，同樣可以采用五點(diǎn)法來測試硬度。 

（4）在硬度測試時，應(yīng)該打磨檢測表面，并且使用晶相砂紙打磨后，進(jìn)行測試。

（5）硬度測試前后，都應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)樣塊校對測試儀的精度，以保證測量的準(zhǔn)確性。 

2.3.3 整體工作表面硬度的評估 

首先，要求測試所有的測試點(diǎn)硬度值的平均值都必須大于HRC58，對于硬度分布問題，如在采用四點(diǎn)法或者五點(diǎn)法測試時，每點(diǎn)（組）硬度平均值最大偏差通常不要超過HRC4（參考值），這樣表示硬度相對均勻。當(dāng)然，這個差值偏差越小越好，表示焊接效果較好，各個位置材料組織均勻，質(zhì)量較為穩(wěn)定可靠。

2.4 堆焊表面的裂紋分布 

堆焊工件耐磨表面裂紋的長度，一般要求在30～60 mm之間為適合，當(dāng)然某些材料可能更小或者更大，可以根據(jù)該種焊材的特性來判定，但是實(shí)際操作中應(yīng)該重視這個問題。 

堆焊工件耐磨表面裂紋分布，對于裂紋本身在工件上一般是不可接受的，但是對于堆焊作業(yè)是必要的，因為硬度高、韌度低是相輔相成的，通常說硬度高材料會更脆。我們都知道陶瓷硬度性能很好，但是它卻容易破碎，也就是這個原因。理論上堆焊層也是可以做到?jīng)]有裂紋的，但是由于生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度、材料的穩(wěn)定性變化較大，所以，不可能不產(chǎn)生沒有裂紋的堆焊層。進(jìn)一步說，裂紋產(chǎn)生的長度偏大，說明材料和環(huán)境影響較大，堆焊層的硬度分布、材料均勻性越差，反映到與母材的結(jié)合力上，接觸是不均勻的，有些位置結(jié)合力大，有些位置結(jié)合力小，這樣的話，兩部分堆焊層金屬產(chǎn)生了相互的內(nèi)在擠壓，導(dǎo)致該區(qū)域結(jié)合力極度降低的情況，在實(shí)際應(yīng)用中會產(chǎn)生所謂的堆焊層局部脫落。裂紋情況如圖1。

對于堆焊工件裂紋產(chǎn)生的情況，主要取決于堆焊工件采用焊材的本身性能，由于內(nèi)部的材料均勻性和熱應(yīng)力消除的速度影響，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生深度和長度都有所不同，材料的不均勻性，會在制造完成后和使用工程中導(dǎo)致裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。所以，對于裂紋的評定，我們可以通過觀察法進(jìn)行，裂紋長度、深度越細(xì)小，裂紋越均勻，焊接性能表示越穩(wěn)定，堆焊面的結(jié)合情況越好，硬度分布也越好，在實(shí)際使用時候，表現(xiàn)出來的磨損量是均勻的。這就說明裂紋情況對于堆焊作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定檢驗是一項重要堆焊安全技術(shù)指標(biāo)。

以上的測試工作，在堆焊部件的工廠應(yīng)自行測試、控制、評估，是保證質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵，對于堆焊技術(shù)的積累有至關(guān)重要的作用。

3 堆焊作業(yè)中常見問題的解決措施及預(yù)防 

3.1 常見問題及原因分析 

（1）耐磨堆焊工件堆焊層內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。氣泡的產(chǎn)生一般為焊接熔融時油、水、氣三種原因產(chǎn)生，與工件及焊材的清潔程度、干燥度和堆焊時環(huán)境溫度變化有關(guān)。 

（2）耐磨堆焊工件堆焊層內(nèi)部產(chǎn)生夾渣。多數(shù)的夾渣來自于焊接作業(yè)時候，可能為焊渣自身的摻入，也可能是異物的熔入，很多焊接作業(yè)都沒有及時地排除焊渣，而是當(dāng)作焊材再次熔入堆焊層，這樣做其實(shí)影響焊接的質(zhì)量穩(wěn)定，難以獲得較好的質(zhì)量效果。 

（3）耐磨堆焊件表面的焊接裂紋過長。在堆焊過程中一般認(rèn)為各種影響都是均勻的，但是對于某些情況，由于外界溫度、電流、電壓等微小的變化，也可以導(dǎo)致堆焊件表面的裂紋產(chǎn)生不規(guī)則的變化，這種“突然”變化是產(chǎn)生超長裂紋的原因之一，當(dāng)然焊材均勻性影響也是導(dǎo)致裂紋不均勻的原因。 

（4）耐磨堆焊件表面的裂紋分布不均勻。一般焊材本身不均勻直接會導(dǎo)致裂紋分布的不均勻，當(dāng)然堆焊工件焊前尺寸上的差別也會導(dǎo)致某些區(qū)域的裂紋產(chǎn)生不均勻的分布，若加上外界環(huán)境溫度變化較大，也會使這種情況更為明顯。 

（5）耐磨堆焊件表面的硬度不足。耐磨堆焊件表面的硬度不足一般屬于焊接量過大、焊層冷卻過慢，導(dǎo)致硬度值偏低，這個就是需要所謂的“冷焊-低溫焊接”的原則。當(dāng)然這一點(diǎn)如果能夠控制好的話，在堆焊作業(yè)中也可以加以利用，堆焊層可以得到較好的韌性強(qiáng)度，使得堆焊表面更加耐受物料的沖擊。所以說一般在硬度檢測時候，很多相差很大的情況下，都沒有嚴(yán)格的控制，要考慮堆焊層硬度均勻性、內(nèi)部的韌性、硬度分布的均勻性來綜合評估未來的使用性能。 

（6）耐磨堆焊件表面的硬度分布不均勻。在材料確定的情況下，硬度不均勻性主要受外界環(huán)境和作業(yè)者的操作習(xí)慣影響，不同時段堆焊作業(yè)的表面硬度可能會有差別，不同作業(yè)者由于習(xí)慣不同，也會帶來差別的產(chǎn)生。 

（7）耐磨堆焊層深度方向上材料的硬度分布稀釋現(xiàn)象。也就是說隨著堆焊層深度的變化，硬度可能越來越低，內(nèi)部和外表硬度差別較大，產(chǎn)生原因是多樣的，有焊材材料、工藝方法等等。

（8）耐磨堆焊工件由于熱應(yīng)力產(chǎn)生變形超過許可的范圍，導(dǎo)致影響裝配使用安全。這個一般為熱應(yīng)力產(chǎn)生，還有就是工件的較單薄或者磨損量很大所致。

3.2 解決方法 

（1）做好耐磨堆焊前的準(zhǔn)備工作。要做好堆焊部件的探傷檢查工作，保證焊接后工件本體沒有可能擴(kuò)大的裂紋產(chǎn)生；清潔工作要做好，保證無油、無水、無污物，保持清潔的金屬光面；采取必要的措施防止堆焊工件變形。 

（2）在堆焊焊接時，及時清理焊渣和飛濺物，避免雜物混入焊層中，保證焊層的材質(zhì)和性能一致，若產(chǎn)生不良積瘤，要及時處理，避免影響焊接堆焊件外觀的成型和內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定。 

（3）焊接設(shè)備的準(zhǔn)備工作要做好，開始作業(yè)后，應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行，爭取一次成型，這樣整個工件堆焊層保持整體性。所以，焊接、伺服機(jī)構(gòu)、焊絲準(zhǔn)備、設(shè)備維護(hù)都要良好到位。 

（4）堆焊焊材的準(zhǔn)備必須做好，焊材根據(jù)保存條件和要求，進(jìn)行焊前的準(zhǔn)備程序。 

（5）對于堆焊層內(nèi)部氣泡、夾渣、裂紋的分布，一般焊接作業(yè)完成后就已確定下來，幾乎無法改變，只做打磨處理。但是對于某些超標(biāo)部位，根據(jù)工藝也可以采取局部的修補(bǔ)措施，原則是越少越好。 

（6）耐磨部件堆焊作業(yè)的場所溫度也應(yīng)加以控制，杜絕溫差變化過大，影響焊接工件的冷卻速度，也就影響堆焊層的硬度分布、均勻性和穩(wěn)定性。 

（7）對于部件堆焊作業(yè)一般變形量是很微小的，多數(shù)不會影響安裝使用，但是對于部分超標(biāo)情況，一般也可以采用增加機(jī)加工的方法，重新加工部件的安裝尺寸，達(dá)到使用要求。

3.3 預(yù)防措施 

（1）加強(qiáng)焊接設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)，確保設(shè)備的完好，使得焊接性能穩(wěn)定。 

（2）創(chuàng)造適合穩(wěn)定的堆焊作業(yè)環(huán)境，保持焊接溫度的恒定，確保堆焊層的成型、硬化均勻。 

（3）加強(qiáng)焊材的儲藏、防水、防潮、防污染等，控制好焊材的干燥程序，保持焊材成分均勻穩(wěn)定。

（4）注意焊接過程中焊渣的打磨、除油等清潔工作落實(shí)到位，保證熔合材料的穩(wěn)定一致。

（5）特別要注意打底層的堆焊建立工作，及時消除結(jié)合層的應(yīng)力消除，防止堆焊層發(fā)生與基體的脫落、剝離現(xiàn)象。 

對于輥壓機(jī)的表面磨損鐵件極易造成堆焊面的啃傷現(xiàn)象，這是因為輥壓機(jī)對物料內(nèi)的鐵件更加敏感，一旦物料中存在鐵件，即刻發(fā)生表面的損傷，有時甚至在循環(huán)發(fā)生著，加重輥壓機(jī)堆焊面的傷害。所以在輥壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的時候，已經(jīng)考慮增加除鐵器的數(shù)量，使得輥壓機(jī)可以安全運(yùn)行。