盧長春， 張顯輝

(中冶寶鋼技術服務有限公司,上海 201999)

0 前言

燒結機是將鐵礦粉、石灰等加熱燒結成有足夠強度和粒度的燒結礦，作為煉鐵的熟料，燒結熟料對于提高高爐利用系數(shù)、降低焦比、提高高爐透氣性，保證高爐運行均有重要意義[1-2]。燒結機頭部的星輪齒板是燒結機的核心部件，齒板由于長期在高溫、多塵、重負荷下運行，齒板的表面容易磨損，齒板磨損后如不及時更換容易造成臺車跑偏、啃軌等問題[3-5]。星輪齒板使用3～4年后就磨損到不能使用了，需要同時更換兩側的齒板才能使設備恢復正常[6-7]。目前各鋼廠通常采用新齒板更換磨損的舊齒板，整體更換齒板不僅材料成本高，而且更換過程需要投入大量人工，并需要花費較長的時間[8]。該文擬采用在線堆焊修復星輪齒板的方法達到降本增效的目的。

1 星輪齒板的特征及其修復難點

1.1 星輪齒板的化學成分及力學性能

星輪齒板材質為50Mn2，其化學成分和力學性能分別見表1和表2。50Mn2具有較高的強度，但塑韌性較差。為了滿足生產(chǎn)要求，齒板咬合面洛氏硬度控制在40～50 HRC，修復前50Mn2齒板咬合面實際硬度測量結果見表3。

1.2 星輪齒板的結構形式及磨損部位

星輪齒板直徑約5 m，厚度130 mm。整個設備是由兩個對稱的齒板組成，齒板帶著臺車運行，長期的運行導致齒板磨損，星輪齒板結構形式如圖1所示，磨損部位見如圖2所示。

表1 星輪齒板50Mn2鋼的化學成分(質量分數(shù)，%)

表2 星輪齒板50Mn2鋼的力學性能

表3 星輪齒板咬合面硬度測量值 HRC

圖1 星輪齒板結構形式

1.3 齒板焊接修復的難點分析

齒板材料50Mn2屬中碳調(diào)質鋼，按照國際焊接學會推薦的碳當量公式計算，其碳當量為0.767，焊接熱影響區(qū)極易產(chǎn)生硬脆的馬氏體，焊接時很容易產(chǎn)生冷裂紋，為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊接過程需要采取焊前預熱和焊后熱處理等工藝措施[9-11]，然而燒結機齒板的尺寸龐大，且周邊空間受限，現(xiàn)場難以進行有效的預熱和焊后熱處理，如何防止焊接修復過程中冷裂紋的產(chǎn)生是齒板修復的最大難點。

圖2 星輪齒板磨損部位

齒板咬合面工作硬度需控制在40～50 HRC，才能達到耐磨要求。新齒板制作時50Mn2鋼經(jīng)過調(diào)質處理，齒面硬度可達到45～50 HRC，但齒板焊接修復之后，即使采用同材質焊材，由于無法做焊后調(diào)質處理，齒面硬度也難以達到使用要求。

燒結機星輪齒板修復時焊接位置處于仰焊位置，且空間狹小，焊工操作難度較大。

2 焊接材料及焊接方法選擇

由于現(xiàn)場條件限制，無法進行預熱，如果選用同質焊材，焊接過程中難以防止冷裂紋的產(chǎn)生，而且由于無法進行焊后調(diào)質處理，修復的齒板齒面硬度也難以達到使用要求；如果采用奧氏體不銹鋼焊材，根據(jù)舍勒夫圖，按照焊條電弧焊20%的稀釋率計算，焊縫金屬不能獲得防止冷裂紋產(chǎn)生理想的“奧氏體”組織，且奧氏體不銹鋼焊縫強度較低，其硬度根本達不到齒板齒面的工作硬度。通過計算分析，該項目選用ENiCrMo-3焊條進行焊接修復，焊條熔敷金屬成分及力學性能分別見表4、表5。由于該焊條Cr，Ni成分較高，在正常的工藝條件下焊接，焊縫組織具有優(yōu)良的抗冷裂性能，且焊縫金屬抗拉強度達到800 MPa，焊縫硬度有望接近齒板要求的工作硬度，同時該焊條的使用工藝性良好，適用于進行位置狹小、仰焊位置的焊接。

表4 ENiCrMo-3焊條熔敷金屬成分(質量分數(shù)，%)

表5 ENiCrMo-3焊條熔敷金屬的力學性能

3 星輪齒板的焊接修復工藝要點

3.1 樣板制作

采用薄鐵皮制作標準樣板如圖3所示，使用該樣板可以方便找到磨損齒板需要的堆焊位置[10]。

圖3 星輪齒板標準樣板

3.2 焊前準備

焊接前用四氯化碳清除待修復齒板表面油脂，再用磨光機打磨清除星輪齒板和臺車長期接觸碰撞而產(chǎn)生的硬化層，以防止硬化層焊接時產(chǎn)生裂紋導致堆焊層脫落。

3.3 焊接工藝參數(shù)

堆焊時要盡量用較小的焊接電流，以減小熔合比，從而得到較好的金相組織。第一層、第二層采用φ3.2 mm焊條，填充層和表面層選用φ4.0 mm焊條。焊接時注意控制焊接熱輸入，在焊條運條上采用直線不擺動運條，以增加焊接速度,打底層采用直線不擺動運條，不宜采用鋸齒形運條，打底焊道熱輸入控制在8 kJ/cm以下、填充蓋面焊道熱輸入控制在10 kJ/cm左右比較理想。采用小熱輸入多道多層焊技術，利用后焊道對前焊道起到退火作用，改善焊縫組織性能。星輪齒板修復的焊接工藝參數(shù)見表6。

3.4 焊接修復其它注意事項

焊接道間溫度控制在100～250 ℃之間，焊接中途不停歇，直到一個齒面焊接完成；第一層堆焊完畢，清渣后用鐵錘錘擊堆焊焊縫使其產(chǎn)生塑性延伸，減小焊接熱應力，第4層后可以不用錘擊焊道；焊接過程中用樣板測量堆焊層的高度，堆焊層高度需要比原齒板高度高約1 mm左右。

表6 星輪齒板修復的焊接參數(shù)

4 焊后檢驗

4.1 外觀檢驗

齒板修復完后，首先用樣板檢查堆焊尺寸是否符合標準，再檢查焊縫外觀有無飛濺、夾雜、氣孔、未熔合等缺陷。

4.2 探傷檢驗

外觀尺寸檢查合格后進行著色探傷，檢測是否存在裂紋。確定沒有裂紋，再用角向砂輪機修磨焊縫余高使其與樣板尺寸相符合。

4.3 硬度檢測

將堆焊修復后的齒板打磨平整光滑后進行硬度檢測，沿齒板厚度方向間距20～30 mm選3條測試線，每條測試線上每隔10～15 mm測試一點，共測6點硬度，硬度測試如圖4所示，測試數(shù)據(jù)見表7?？梢姡押感迯秃簖X板咬合面平均硬度42～43 HRC，達到原設備齒板調(diào)質后的硬度，可以滿足星輪齒板的工作硬度要求。

圖4 堆焊層硬度檢測

表7 齒板修復后堆焊層硬度實測值 HRC

5 現(xiàn)場應用及經(jīng)濟價值

修復后星輪齒板在燒結機上使用，使用壽命達到了17個月，與更換新齒板相當，證明該修復工藝能夠滿足星輪齒板的耐磨性能要求。在經(jīng)濟性方面，如果更換新的齒板，國產(chǎn)齒板約43萬，進口齒板約87萬元，而采用該修復技術材料費用僅為2.8萬元，同時采用該技術可節(jié)約工時約20 h，由此所創(chuàng)造的產(chǎn)值更為可觀。

6 結論

(1) 通過合理選擇焊接材料、控制焊接熱輸入和熔合比等工藝措施，實現(xiàn)了受磨損星輪齒板的在線修復,焊接修復后的星輪齒板硬度及耐磨性能滿足生產(chǎn)要求。

(2) 燒結機頭星輪齒板在線修復，節(jié)約了設備購置費、顯著降低了人工費用，達到了降本增效的目的。