貴州礦山機(jī)械設(shè)備制造維修給大家介紹輥壓機(jī)棍面耐磨層堆焊修復(fù)

功能介紹 表面工程新技術(shù)，應(yīng)用，熱噴涂與冷噴涂設(shè)備、工藝、材料、應(yīng)用；堆焊噴焊工藝應(yīng)用；激光熔覆工藝應(yīng)用，裝備再制造等技術(shù)交流。

攀枝花市鋼城集團(tuán)瑞達(dá)水泥有限公司生產(chǎn)線采用目前較為先進(jìn)的CLF180100-D-DS大型輥壓機(jī)，該機(jī)有固定輥和活動(dòng)輥兩個(gè)碾壓輥，采用液壓系統(tǒng)提供的擠壓力使固定輥與活動(dòng)輥之間的壓力達(dá)到幾百噸甚至上千噸，使物料在封閉的空間內(nèi)相互擠壓，貴州礦山機(jī)械設(shè)備制造維修形成高壓料層粉碎，達(dá)到產(chǎn)量高、噪音小、高效節(jié)能。被廣泛應(yīng)用在物料破碎、粉磨等生產(chǎn)中。輥壓機(jī)物料破碎工作原理如圖1所示。

輥壓機(jī)兩個(gè)碾壓輥面的高強(qiáng)耐磨層的設(shè)計(jì)磨料量為400萬(wàn)噸。高強(qiáng)耐磨層是在300mm厚的45號(hào)鋼的空芯輥套上堆焊20mm±2mm的高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨度的堆焊層。

由于是新建廠，操作工的操作經(jīng)驗(yàn)不足，因上級(jí)石灰石錘式破碎機(jī)的無(wú)磁性錘頭脫落，生產(chǎn)線的磁性除鐵器未檢測(cè)到，破損的錘頭直接進(jìn)入到輥壓機(jī)。而輥壓機(jī)的工作原理為：擠壓后未達(dá)到粉碎粒度要求的物料，又要經(jīng)過(guò)斗式提升機(jī)送入壓力穩(wěn)流倉(cāng)內(nèi)，再次進(jìn)入輥壓機(jī)。造成了在短時(shí)間內(nèi)無(wú)數(shù)次地通過(guò)輥壓機(jī)碾壓。待發(fā)現(xiàn)時(shí)，輥壓機(jī)的兩個(gè)輥面整個(gè)耐磨層70%被損壞，剝離面積大的部位傷及到了輥套（母材），屬重大設(shè)備事故。按照要求需要返制造廠大修，這給生產(chǎn)企業(yè)造成了很大的資金浪費(fèi)。為使輥壓機(jī)能盡快修復(fù)，投入使用，經(jīng)過(guò)查閱資料，請(qǐng)教該設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員，貴州礦山機(jī)械設(shè)備制造維修決定采用在線堆焊進(jìn)行修復(fù)。但一般的在線修復(fù)是針對(duì)原有的打底過(guò)渡層和緩沖層沒(méi)有受到破壞，只對(duì)硬面層磨損而采取的堆焊修復(fù)措施，技術(shù)要求相對(duì)較低。而本次的在線大修是一個(gè)要清除全部耐磨層，直接在300mm厚的45連鑄鋼輥套上重新堆焊出打底過(guò)渡層、緩沖層和兩層硬面層，一層花紋層，總厚度為20mm的3種不同金屬焊道的大修堆焊技術(shù)，因此本次在線大修的技術(shù)難度非常大。

輥壓機(jī)兩個(gè)碾壓輥面原堆焊材料為2Cr13，配用HJ260，采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行堆焊，堆焊后組織為馬氏體。馬氏體本身具有脆性，再經(jīng)過(guò)兩次高溫回火（打底層和蓋面層各1次），造成碳化物聚集、長(zhǎng)大，降低了基體強(qiáng)度，增加了脆性。硬化層和花紋層采用混合焊劑，堆焊時(shí)通過(guò)焊劑向熔敷金屬過(guò)渡合金元素，提高了堆焊的強(qiáng)度和硬度，但也加大了材料的脆性，容易產(chǎn)生裂紋和剝落?；谝陨显?，在輥壓機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的技術(shù)指導(dǎo)下，我們決定不采用埋弧焊進(jìn)行堆焊，而采用藥芯自保護(hù)焊絲在線自動(dòng)堆焊修復(fù)技術(shù)。通過(guò)合理的選材，采用正確的焊接工藝，成功解決了該項(xiàng)技術(shù)難題。

1 焊接性分析

CLF180100-D-DS輥壓機(jī)采用45#連鑄鋼輥套，其厚度為300mm，輥?zhàn)拥闹睆綖?800mm，輥面寬度為1000mm。對(duì)這種大直徑、大厚度的空心輥堆焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，且焊接殘余應(yīng)力也很大。焊接應(yīng)力很容易使輥面堆焊的高硬度耐磨材料剝落，或焊接殘余應(yīng)力在工作時(shí)與工作載荷疊加造成堆焊耐磨層剝落，使擠壓輥損壞。因此必須從焊接材料選擇及在焊接過(guò)程中采用嚴(yán)格的工藝措施，才能保證焊接質(zhì)量。

2 焊接材料的選擇

2.1打底過(guò)渡層焊接材料

由于輥面損壞嚴(yán)重，第1層，即打底過(guò)渡層，是在45#連鑄鋼的空芯輥套上堆焊出既能與45鋼很好連接，又能與緩沖層很好過(guò)渡的堆焊層。通過(guò)輥壓機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)人員推薦和查閱資料，我們選用了德國(guó)克虜度Corodur 250K藥芯自保護(hù)焊絲，這種焊絲的焊道金屬為高錳鉻合金奧氏體材質(zhì)，具有防收縮、抗應(yīng)力強(qiáng)及高沖擊負(fù)載性能，與45鋼有很好的熔合性，是理想的打底過(guò)渡層焊道金屬選材?？颂敹菴orodur250K 焊絲的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

2.2緩沖層焊接材料

第2層焊道堆焊層即緩沖層，由于輥壓機(jī)工作時(shí)兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的輥面會(huì)受到50～300MPa的擠壓力，緩沖層自身具有較強(qiáng)的抗擠壓性能和極強(qiáng)的抗裂性，能有效的緩解輥面的擠壓力，保護(hù)硬面層和花紋層。在打底層和硬面層之間起到一個(gè)“橋梁”的作用，它能與打底堆焊層良好的過(guò)渡聯(lián)合，我們選用了Coroloy520w藥芯自保護(hù)焊絲，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

Coroloy520w是耐高溫鎳基合金自保護(hù)藥芯焊絲，堆焊層焊道與打底層的焊道金屬和硬面層的焊道金屬都有較好的焊接性能。在沖擊壓力負(fù)載和高溫下，幾乎不會(huì)產(chǎn)生變形，堆焊焊道具有耐熱、耐磨損、抗氧化的特殊性能，硬度可達(dá)到45HRC，所以選擇該焊絲作為緩沖層可有效的起到輥面耐磨層的整體抗壓抗沖擊的作用，更為下道焊道（硬面層）起一個(gè)過(guò)渡橋梁的作用。

2.3硬面層焊接材料

硬面層也是輥面耐磨堆焊層的最關(guān)鍵焊層，貴州礦山機(jī)械設(shè)備制造維修主要的耐磨工作都是由硬面層這一層耐磨“外衣”完成的。硬面層的焊道金屬要具有較高的硬度，一般要求硬度為60HRC以上和較強(qiáng)的耐磨能力。原料輥壓機(jī)主要承擔(dān)原礦石的粉磨，在運(yùn)行過(guò)程中溫度不高，只要生產(chǎn)工藝控制好，不進(jìn)入鋼、鐵、玻璃等較硬雜物，輥面的磨損主要來(lái)源于石灰石內(nèi)硬度不高（石灰石的硬度為26HRC）的料層磨損，這對(duì)我們的選材提供了優(yōu)越的條件。也就是說(shuō)堆焊的焊縫金屬硬度高，耐磨能力就跟著提高。只要避免了高溫產(chǎn)生的熱拉伸應(yīng)力，而造成堆焊層剝離，選材的范圍就寬廣的多?？紤]要與緩沖層有很好的熔合性，我們選擇了Corodur 60藥芯自保護(hù)焊絲，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

Corodur60是含碳、鉻、鈮合金的自保護(hù)藥芯焊絲，焊道中含鉻、鈮碳化物，焊道金屬不可機(jī)械加工，最高可焊3層焊道，堆焊焊道的硬度可達(dá)到55HRC，由噴霧水冷卻，焊道的硬度可達(dá)到61～63HRC，所以選擇該藥芯焊絲作為硬面層和花紋層的堆焊，可有效提高輥壓機(jī)輥面的硬度和耐磨度

4 在線堆焊修復(fù)

4.1輥壓機(jī)輥面耐磨層修復(fù)工藝流程

4.2焊前準(zhǔn)備

（1）因采用的是在線堆焊修復(fù)，為防止設(shè)備的誤操作造成人員的安全事故和焊接時(shí)擊穿損壞設(shè)備的電源系統(tǒng)造成設(shè)備損壞事故，先要徹底斷開(kāi)輥壓機(jī)的所有電源。

（2）將輥壓機(jī)上頂、前后兩面的人孔門(mén)全部打開(kāi)，采用空氣等離子切割機(jī)將受損后剩余的耐磨層全部清除，直到露出輥套的基本金屬為止。

（3）采用手持砂輪打磨機(jī)和角向磨光機(jī)將等離子切割后留下的棱角磨光，直到露出輥套的金屬光澤，并認(rèn)真測(cè)量輥套的圓度和平直度，清除輥套的金屬粉塵、油污等。

（4）裂紋檢測(cè)：用著色探傷法對(duì)打磨好的輥套進(jìn)行裂紋檢測(cè)，輥套上無(wú)明顯的裂紋，可進(jìn)入預(yù)熱工序，否則進(jìn)行挖補(bǔ)修復(fù)。

（5）自來(lái)水管、壓縮空氣、焊機(jī)、焊絲、預(yù)熱所需的氧、乙炔氣槍表、送絲機(jī)行走平臺(tái)的建立等工作準(zhǔn)備充分。

主動(dòng)輪輥和從動(dòng)輪輥兩個(gè)輥?zhàn)拥纳鲜鰷?zhǔn)備工作全部做好達(dá)到施焊要求，預(yù)計(jì)需要3天的時(shí)間。

4.3 焊前預(yù)熱

打底層和緩沖層的焊道金屬為奧氏體材質(zhì)和高溫鎳基合金材質(zhì)，在堆焊過(guò)程中和焊后有可能產(chǎn)生裂紋。而45#連鑄鋼輥套的厚度達(dá)到300mm，解決打底過(guò)渡層和緩沖層中出現(xiàn)了裂紋和剝離現(xiàn)象是堆焊操作的重點(diǎn)。我們采用了焊前預(yù)熱（預(yù)熱溫度100±5℃）和焊后緩冷措施（即焊縫焊接后還具有一定溫度的時(shí)候用預(yù)熱火焰將其加熱至100±5℃），預(yù)熱措施一直進(jìn)行，達(dá)到焊接層緩冷的目的，同時(shí)也是第2層焊接層預(yù)熱的目的。進(jìn)入第2、3、4層焊接，有效的解決了堆焊過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的難題。

4.5在線堆焊操作要點(diǎn)

輥壓機(jī)自動(dòng)堆焊如圖4所示，焊接小車(chē)在棍面上作直線運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)焊槍向前施焊的過(guò)程中同時(shí)采用大幅度的左右擺動(dòng)，形成35～40mm寬的焊道，其目的是在左右往復(fù)擺動(dòng)過(guò)程中焊接熔池的邊緣與中部溫度梯度減小。整個(gè)熔池的流動(dòng)性在電弧的攪拌作用下提高，化學(xué)成分均勻性得到改善，提高焊道金屬、母材與其他堆焊焊道的熔合性能，防止剝離和裂紋的形成。

最后一道花紋層焊后的水霧冷卻是本次在線大修確保堆焊耐磨層使用壽命的關(guān)鍵工作。由于采用焊前預(yù)熱，焊后緩冷，確保層間溫度的同時(shí)，也使整個(gè)多達(dá)5層的堆焊金屬中產(chǎn)生焊接應(yīng)力，為釋放耐磨堆焊層中的焊接應(yīng)力，提高花紋層的淬硬硬度，采用了在焊縫金屬溫度控制在300～350℃的時(shí)候?qū)ψ詈笠坏阑y層進(jìn)行噴霧冷卻措施。噴霧的效果要達(dá)到噴出來(lái)的水霧像水蒸氣一樣，在手背上試，能看見(jiàn)汗毛結(jié)成露珠即為合格水霧。噴霧時(shí)以焊道溫度從300～350℃在5分鐘內(nèi)降至100℃不滴水為最佳。噴霧后焊道金屬冷卻到室溫后，肉眼能看到花紋層形成細(xì)小不規(guī)則的裂紋，硬度達(dá)到60HRC以上為合格。

(水霧冷卻主要是達(dá)到兩個(gè)方面的目的：①由于整個(gè)堆焊層連續(xù)堆焊了5遍，而前4層的每一遍都采用了焊前預(yù)熱和焊后緩冷的工藝措施。到了花紋層時(shí)，堆焊金屬層中不同程度的形成了一定的焊接應(yīng)力，給以后的使用留下了隱患。在焊道金屬空冷至300℃時(shí)，噴水霧速冷，達(dá)到使花紋層形成細(xì)小的龜裂紋，將整個(gè)連續(xù)5遍堆焊金屬焊道中的焊接應(yīng)力釋放出來(lái)，保證安全使用。②硬面層和花紋層采用的自保護(hù)焊絲，焊道金屬自身的硬度為55HRC。通過(guò)噴水霧速冷，本身也是一個(gè)讓硬面層和花紋層“淬硬”的工藝措施。通過(guò)噴水霧后使最表層的花紋層的硬度達(dá)到60～65HRC，使整個(gè)耐磨堆焊層達(dá)到最理想的硬度和耐磨度。)

為防止45鋼輥套在切除剩余耐磨層時(shí)增碳，我們放棄了用碳弧氣刨清除剩余耐磨堆焊層，而采用等離子弧對(duì)剩余的耐磨堆焊層進(jìn)行切割，這樣的好處在于切割質(zhì)量高，減少了手持砂輪的磨屑量，防止了45號(hào)鋼增碳而造成剝離事故的發(fā)生，提高了工作效率，減少了勞動(dòng)量。

4.6 在線堆焊技術(shù)

4.6.1打底過(guò)渡層的堆焊

采用氧、乙炔氣4套大號(hào)烤槍對(duì)待焊的輥?zhàn)舆M(jìn)行預(yù)熱。因輥壓機(jī)的輥?zhàn)又睆綖?800mm，寬度為1000mm，采用全明弧自動(dòng)堆焊，就需要采取遮光措施，在行走小車(chē)的兩側(cè)加裝遮光板。預(yù)熱區(qū)放在遮光板的外面焊接區(qū)的前端。一把烤槍的預(yù)熱為弧長(zhǎng)500mm，寬度為450mm的面積。預(yù)熱溫度為100±5℃，控制溫升每小時(shí)不能超過(guò)30℃，預(yù)熱溫度達(dá)到100±5℃時(shí)，將輥?zhàn)酉蚯稗D(zhuǎn)動(dòng)到自動(dòng)堆焊小車(chē)下面開(kāi)始施焊，待小車(chē)焊接完一整個(gè)輥面的一周，轉(zhuǎn)動(dòng)輥?zhàn)?，大約60°角為下一道堆焊層的起焊位置，這樣使每一層起焊位置都錯(cuò)開(kāi)60°～70°。將下一個(gè)加熱好的預(yù)熱圓弧面轉(zhuǎn)到小車(chē)下，繼續(xù)第2層施焊。

堆焊過(guò)程中要隨時(shí)用接觸式測(cè)量?jī)x檢測(cè)預(yù)熱的溫度，通過(guò)電焊面罩觀察焊道的成形情況，高低、寬窄情況，電流、電壓的匹配情況，焊絲伸長(zhǎng)度是否合適，并做到隨時(shí)調(diào)整，直到整個(gè)輥面焊完。

4.6.2緩沖層的堆焊

打底層堆焊完成后，應(yīng)更換成緩沖層的藥芯焊絲，按表3調(diào)整好堆焊工藝參數(shù)，繼續(xù)堆焊緩沖層，操作人員可采取倒班作業(yè)的方式，一定要注意的是該層焊道需要布置在打底層焊道與焊道的中間。起焊的位置要向前錯(cuò)開(kāi)60°～70°，預(yù)熱參數(shù)與打底層相同。

當(dāng)每一條焊道到頭時(shí)，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)的尺寸要嚴(yán)格加以控制，確保每一道焊道都要布置在打底層焊道的中間位置，而且焊道與焊道之間交合搭接要達(dá)到30%為宜。嚴(yán)格檢測(cè)預(yù)熱溫度，確保焊道的預(yù)熱溫度。觀察焊道的成形情況，隨時(shí)調(diào)整好焊速、電流、電壓和焊絲伸出長(zhǎng)度，直到焊完。

4.6.3硬面層及花紋層的堆焊

硬面層分為兩層焊完，花紋層是在兩層硬面層上，焊道與焊道間留出一定間距，焊成“一”字形花紋，也是硬度和耐磨性能最高的一層，焊成“一”字形花紋的目的是像齒縫一樣，提高物料破碎的效果。堆焊的方法為，當(dāng)緩沖層堆焊完成后，更換成硬面層的藥芯焊絲，預(yù)熱溫度不變，先焊硬面層的第一層焊道，焊道的寬度為4.5～5mm，厚度3～3.5mm，焊接速度75～85cm/min，值得注意的是硬面層兩層焊道的焊接中，要利用十字臂架檢測(cè)整個(gè)堆焊面的圓度，輥?zhàn)觾啥说闹睆焦钤趦傻烙裁鎸雍竿旰笠ＷC在2mm以內(nèi)。預(yù)熱的溫度依然要嚴(yán)格的控制，第1層焊完后接著第2層的焊接。兩層焊完，硬面層的焊道厚度約為7mm。上述的要求達(dá)到后，堆焊最后一道花紋層的焊道，花紋層的焊道厚度為3～3.5mm 寬度為4.5～5mm 焊道與焊道之間留出4～5mm的間距，形成“一”字形的焊道紋路?；y層的堆焊關(guān)鍵是花紋層焊道焊好后，輥?zhàn)油筠D(zhuǎn)至遮光板后250～300mm的位置，焊道實(shí)際測(cè)量溫度為300～350℃，要采用噴霧水槍向焊道噴水冷卻，使焊道釋出細(xì)小的裂紋，目的是釋放出焊道中的應(yīng)力，提高硬面層和花紋層的硬度。

兩層硬面層及花紋層共3層，每層焊道的厚度3～3.5mm 共計(jì)焊道厚度為9～10.5mm，焊道寬度4.5～5mm。堆焊硬面層和花紋層特別要注意的是，焊接速度增快后的預(yù)熱措施要跟上，確保預(yù)熱溫度穩(wěn)定。噴霧水冷卻的溫度要控制在300～350℃的范圍內(nèi)，而且要與堆焊區(qū)隔開(kāi)250～300mm的位置。防止降低焊接區(qū)的預(yù)熱溫度。整個(gè)耐磨層連續(xù)堆焊的時(shí)間約為80個(gè)小時(shí)一個(gè)輥，要嚴(yán)格做好交接班的記錄和交底工作。堆焊后效果如圖5所示。

4.7 堆焊修復(fù)過(guò)程注意事項(xiàng)

（1）焊前受損輥面剩余耐磨層的清除工作一定要認(rèn)真、仔細(xì)。一是要確保剩余耐磨層全部清除干凈；二是不能傷及輥套母材；三是打磨時(shí)要達(dá)到一定光潔度，露出輥套母材金屬光澤；四是確保輥套兩端的圓度，直徑一致，輥套面平直。

（2）預(yù)熱溫度一定要嚴(yán)格把控，測(cè)溫要選擇多點(diǎn)檢測(cè)，測(cè)溫設(shè)備也要采用接觸式溫度儀（比紅外線測(cè)溫儀更準(zhǔn)確些）。

（3）焊接工作一旦開(kāi)始，不要間斷，否則會(huì)造成能源的浪費(fèi)，更重要是使堆焊的總體質(zhì)量得不到保證。

（4）焊接和預(yù)熱以及最后一遍花紋層的噴霧水冷卻工作都是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行的交叉作業(yè)過(guò)程，堆焊又是采用的全明弧堆焊工藝，一定要做好遮光和隔擋措施，防止弧光傷人和噴霧水冷卻時(shí)降低焊接區(qū)的預(yù)熱溫度，影響堆焊質(zhì)量。

5 焊后質(zhì)量檢查

（1）輥面堆焊后，表面應(yīng)無(wú)熔渣、弧坑、焊瘤、氣孔以及貫通狀裂紋等缺陷，否則為不合格。

（2）焊道平整光滑、細(xì)致、均勻，并平滑過(guò)渡到母材為合格。

（3）尺寸符合圖紙?jiān)汲叽绲囊?，利用基?zhǔn)十字臂支架找圓。不含花紋層厚度，輥直徑的公差在2mm以內(nèi)為合格。

（4）硬度檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)測(cè)量多點(diǎn)取其平均值，測(cè)點(diǎn)應(yīng)不少于3處，每處測(cè)量3次，取平均值，平均硬度達(dá)到55～60HRC為合格。

（5）焊后在線運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備時(shí)產(chǎn)不能低于原來(lái)的生產(chǎn)能力，在不發(fā)生“進(jìn)鐵”等事故的情況下，使用壽命不低于8000小時(shí)為合格。