陳勇，劉鵬

（1.新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠）

1 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)新疆地區(qū)約有76臺(tái)（套）煤電發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)（套）煤電發(fā)電機(jī)組配3～5臺(tái)煤磨機(jī)，每臺(tái)煤磨機(jī)裝3套磨煤輥和1套磨盤，對(duì)磨煤輥的修復(fù)再制造技術(shù)有穩(wěn)定的市場(chǎng)需求。針對(duì)磨煤輥修復(fù)新疆采用的是傳統(tǒng)的高碳鐵基硬質(zhì)合金焊絲，磨煤機(jī)磨煤輥及磨盤焊后使用壽命分別達(dá)到6000小時(shí)和8000小時(shí)，磨煤輥磨損量≤40mm，磨盤磨損量≤40mm。與目前國內(nèi)磨煤輥及磨盤焊后使用壽命分別達(dá)到10000小時(shí)和13000小時(shí)的技術(shù)指標(biāo)存在較大差距。

針對(duì)疆內(nèi)磨煤輥技術(shù)現(xiàn)狀及潛在的市場(chǎng)需要，新疆德勤互力公司與北科大產(chǎn)學(xué)研基地北京奧邦開展合作，通過反復(fù)試驗(yàn)及研究分析，探索應(yīng)用高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲對(duì)磨煤輥進(jìn)行焊接的工藝方法。實(shí)踐應(yīng)用表明，通過優(yōu)化焊接工藝使修復(fù)后的磨煤機(jī)磨煤輥及磨盤焊后使用壽命達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，為開發(fā)疆內(nèi)磨煤輥的修復(fù)市場(chǎng)提供了技術(shù)保障。

2 兩種焊絲試驗(yàn)對(duì)比與分析

使用高碳鐵基硬質(zhì)合金和高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲分別對(duì)磨煤輥進(jìn)行焊接后取樣分析。通過腹膜金相檢驗(yàn)共晶碳化物和二次碳化物的分布情況、碳化物的面積含量；使用洛氏硬度計(jì)測(cè)量焊層硬度；在相同壓力和轉(zhuǎn)速條件下使用磨粒磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試兩塊試樣的磨損量。對(duì)比分析比較不同焊絲焊接后試樣的耐磨性。

2.1 化學(xué)成分對(duì)比

高碳鐵基硬質(zhì)合金和高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲化學(xué)成分的對(duì)比見表1。

表1 化學(xué)成分對(duì)比 %

2.2 金相組織對(duì)比

金相組織的對(duì)比分析見圖1，圖2。

圖1 高碳鐵基硬質(zhì)合金金相圖

圖2 高鉻鐵基硬質(zhì)合金金相組織

使用一批焊接材料進(jìn)行堆焊時(shí)，應(yīng)在首件耐磨件上進(jìn)行腹膜金相檢驗(yàn)，金相測(cè)點(diǎn)兩點(diǎn)以上。自動(dòng)堆焊耐磨件的金相組織類型應(yīng)為萊氏體基體上分布著各向同性的共晶碳化物和二次碳化物，碳化物的面積含量應(yīng)達(dá)到60%以上。

由圖1和圖2可看出，高鉻鐵基合金碳化物分布更均勻，晶粒更細(xì)小。分析原因是由于鈮元素的加入，起到了細(xì)化晶粒、提高沖擊韌性的作用。

2.3 焊后硬度對(duì)比

使用高碳鐵基硬質(zhì)合金和高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲堆焊2塊試樣塊，用平磨機(jī)磨平焊層表面，使用洛氏硬度計(jì)測(cè)量焊層硬度。測(cè)量結(jié)果如表2。使用高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲焊后平均硬度約HRC62，高碳鐵基硬質(zhì)合金焊絲焊后平均硬度約HRC56。

表2 焊后硬度對(duì)比 （HRC）

2.4 焊后耐磨實(shí)驗(yàn)的對(duì)比

使用磨粒磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)檢測(cè)對(duì)比兩種焊接試樣在6個(gè)轉(zhuǎn)速條件下的磨損量，如表3所示。在相同的磨損情況下，高碳鐵基硬質(zhì)合金焊絲堆焊層的磨損量是高鉻鐵基硬質(zhì)合金的磨損量的1.6倍以上。

試驗(yàn)檢測(cè)表明，高鉻鐵基合金碳化物分布更均勻，晶粒更細(xì)小。使用高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲焊后平均硬度高于高碳鐵基硬質(zhì)合金焊絲焊后平均硬度。在相同的磨損條件下，高碳鐵基硬質(zhì)合金焊絲堆焊層的磨損量是高鉻鐵基硬質(zhì)合金的磨損量的1.6倍以上。

表3 焊接磨損后失量比較 △m/g

3 高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲修復(fù)應(yīng)用

優(yōu)化焊接工藝，采用高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲修復(fù)磨煤機(jī),在伊犁新天煤化工磨輥的修復(fù)過程中進(jìn)行了應(yīng)用。高鉻耐磨輥堆焊選用直徑2.8mmYF102高鉻鑄鐵型藥芯焊絲。要求每一部件堆焊層的硬度測(cè)點(diǎn)不少于三處，每處測(cè)量三次取平均值。焊接修復(fù)后自動(dòng)堆焊耐磨件的硬度值達(dá)到洛氏硬度HRC61以上。

3.1 焊前的準(zhǔn)備工作

3.1.1 外觀染色探傷檢查

用角向磨光機(jī)安裝鐵刷將磨煤輥及襯板表面打磨，直到露出金屬光澤，進(jìn)行染色探傷，檢查磨煤輥及襯板是否存在開裂，避免由于輥?zhàn)蛹耙r板內(nèi)部裂紋引起的焊接缺陷。

3.1.2 磨煤輥的準(zhǔn)備工作

用行車將磨煤輥調(diào)至ZHB-30型自動(dòng)焊接變位機(jī)上，調(diào)整磨煤輥位置與自動(dòng)焊接變位機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)軸中心重合，在內(nèi)部焊接擋板并用螺栓堆磨煤輥進(jìn)行可靠固定。翻轉(zhuǎn)臺(tái)架使磨煤輥磨損最低點(diǎn)朝上，用角向磨光機(jī)將磨煤輥打磨見金屬光澤。

3.2 堆焊工藝及措施

堆焊工藝參數(shù)：采用自動(dòng)明弧堆焊，堆焊電流370～400A，堆焊電壓28～32V，焊絲伸出長(zhǎng)度30mm，焊接速度1000～1300mm/min，進(jìn)絲速度3000～3500 mm/min，跳高距離 3～6mm，橫移距離10mm，橫移速度1000 mm/min。堆焊時(shí)根據(jù)焊接角度和堆焊軌跡半徑，在范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

為了減少堆焊時(shí)的飛濺，使焊道成型美觀，施焊前應(yīng)試驗(yàn)焊接參數(shù)。磨輥及磨輥襯瓦局部磨損嚴(yán)重的地方要用鎳基鑄鐵焊條補(bǔ)焊找正。補(bǔ)焊時(shí)宜多層、多道分段堆焊，運(yùn)條速度要快，道間溫度低于200℃，每焊完一道，用小鐵錘敲擊焊道金屬，有助于防止補(bǔ)焊金屬的剝離。堆焊時(shí)從磨損最嚴(yán)重的地方開始補(bǔ)焊，要先將磨損嚴(yán)重部位逐步堆焊到與其他部位尺寸基本一致。堆焊修復(fù)的焊道布置原則是同一層間焊道要求后續(xù)焊道壓住前一焊道約1/3，不同層間要求后一焊層的焊道安排在前一焊層的兩焊道中間。

要求每道焊道表面出現(xiàn)分布均勻的致密龜裂紋，堆焊層不得有貫穿性裂紋和密集氣孔等缺陷。為了降低道間溫度，便于連續(xù)堆焊，焊道采用水霧冷卻或采用強(qiáng)制風(fēng)冷，同時(shí)在磨輥內(nèi)部添加適量的水，嚴(yán)格控制磨輥溫度＜100℃，降低道間溫度，防止磨輥炸裂，提高焊縫硬度。焊接到接近尺寸時(shí)用樣板進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)情況重新布置焊接層次和焊接道數(shù)，使堆焊修復(fù)的外形尺寸盡可能接近設(shè)計(jì)尺寸。

3.3 修復(fù)后的檢查和檢驗(yàn)

焊后磨煤輥表面無貫穿性裂紋和密集氣孔等缺陷，外形尺寸用樣板檢驗(yàn)，樣板尺采用數(shù)控線切割機(jī)一次切割成型，用紅丹粉均勻涂抹在磨煤輥表面，用樣板尺研磨，樣板尺與堆焊面的接觸在70%以上，用便攜式里氏硬度計(jì)檢測(cè)每一部件堆焊層的硬度測(cè)點(diǎn)不少于三處，每處測(cè)量三次取平均值。檢測(cè)結(jié)果表明，自動(dòng)堆焊耐磨件的硬度值達(dá)到洛氏硬度HRC61以上。

4 結(jié)束語

使用高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲和優(yōu)化焊接工藝后，伊犁新天煤化工磨輥修復(fù)實(shí)踐顯示,磨煤輥及磨盤焊后表面無貫穿性裂紋和密集氣孔等缺陷，樣板尺與堆焊面的接觸在70%以上，焊后磨煤輥表面硬度HRC61以上，使用壽命分別達(dá)到10000小時(shí)和13000小時(shí)，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。使用高鉻鐵基硬質(zhì)合金焊絲焊接修復(fù)工藝可以在新疆市場(chǎng)推廣應(yīng)用。