輥壓機(jī)輥面的堆焊修復(fù)方法

一、前言
　　水泥工業(yè)每天需要粉磨大量的礦物質(zhì)原料及水泥熟料。如何提高粉磨效率、降低粉磨能耗，是許多水泥工作者孜孜一求的目標(biāo)。輥壓機(jī)自80年代中期問世以來，使這一問題得到緩解。輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、半終粉磨系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種粉磨作業(yè)。輥壓機(jī)在粉磨系統(tǒng)中有以下優(yōu)點(diǎn)：1、降低電耗，提高磨機(jī)產(chǎn)量；2、提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量；3、噪音小。但也有其缺點(diǎn)，輥壓機(jī)最大的缺點(diǎn)是輥面磨損嚴(yán)重。輥壓機(jī)安裝使用后，一般情況下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)半年以后，輥面的耐磨花紋磨損就所剩無幾。輥面磨損問題始終困擾著輥壓機(jī)優(yōu)越性的發(fā)揮，怎樣提高輥面的耐磨性，增加輥面的使用壽命，一些科研院所、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了大量研究工作。目前已研制出多種藥芯焊絲、焊條，廣泛應(yīng)用于輥壓機(jī)輥面的堆焊修復(fù)。
二、輥壓機(jī)輥面的磨損機(jī)理
　　輥壓機(jī)是由兩個(gè)速度相同，相對運(yùn)動(dòng)的輥?zhàn)咏M成，物料由輥?zhàn)由喜课沽峡谛断?，進(jìn)入輥間的逢隙中，在高壓研磨力的作用下（輥間壓力在50~300MPa之間），物料受到擠壓，受壓物料變成了密實(shí)但充滿裂紋的扁平料餅，使物料的易磨性得到明顯改善。如圖1所示：
物料在兩個(gè)輥面之間相互擠壓和摩擦。從輥壓機(jī)的工作狀況可以看出，輥面的磨損類型屬于典型的高應(yīng)力磨料磨損。在磨料磨損過程中，物料顆粒在壓力作用下會(huì)使輥面產(chǎn)生彈性和塑性變形，從而在輥面亞表層不同深處會(huì)形成循環(huán)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力超過輥?zhàn)硬牧系钠趶?qiáng)度時(shí)，在表面層將引發(fā)裂紋。在循環(huán)載荷作用下，亞表層的塑性變形繼續(xù)發(fā)展，在離開表面一定深度的位置也將萌生裂紋，并逐步擴(kuò)展。表面層裂紋的擴(kuò)展方向是與外加應(yīng)力成45°角，經(jīng)過兩三個(gè)晶粒后，即轉(zhuǎn)向與應(yīng)力垂直的方向。而亞表層處萌生的裂紋擴(kuò)展方向是平行與表面，或與表面成10°~20°的角。當(dāng)裂紋擴(kuò)展后，使裂紋以上的材料斷裂剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞磨損。綜上所述，輥?zhàn)拥哪p機(jī)理是輥面的高應(yīng)力磨料磨損和輥面亞表層的疲勞磨損共同作用的結(jié)果。用碳弧氣刨在磨損比較嚴(yán)重的輥面上刨出幾道槽檢查裂紋情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)輥?zhàn)由钐幱泻芏鄬訝盍鸭y，較淺的距輥面約10mm,較深的距輥面約20~30mm，局部深達(dá)50~60mm，并且多數(shù)裂紋都沿輥?zhàn)又芟蜓泳d不斷。從刨掉的料塊來看，下表面呈植物年輪狀，一圈沿著一圈向外擴(kuò)展。由此也可看出，輥?zhàn)拥钠茐男问绞歉邞?yīng)力磨料磨損及疲勞磨損的綜合表現(xiàn)。
三、堆焊修復(fù)材料的選擇：
　　從輥?zhàn)拥钠茐男问絹矸治觯x擇的堆焊材料不僅耐磨性好，而且要具備較高的韌性和抗疲勞性。在以往的輥面修復(fù)中，水泥廠多采用高Cr鑄鐵型耐磨焊條，此類焊條焊后組織主要為鑄鐵型基體上分布大塊碳化物，含C量在3%以上，堆焊層硬度在HRC60左右，具有良好的耐磨性能，但其結(jié)合性、抗裂性和抗疲勞性差，在輥面上堆焊一層就會(huì)出現(xiàn)交錯(cuò)裂紋。在輥體運(yùn)行過程中，由于應(yīng)力的影響，很容易出現(xiàn)大面積剝落，這就是造成幾乎每月一修的原因。同時(shí)堆焊層的交錯(cuò)裂紋，易延伸至輥?zhàn)幽阁w，使輥面出現(xiàn)大量缺陷，直接影響輥體質(zhì)量，長期下去，很可能造成整個(gè)輥體報(bào)廢。
　　在輥壓機(jī)技術(shù)的引進(jìn)和國產(chǎn)化過程中，鄭州機(jī)械研究所與專業(yè)制造輥壓機(jī)的企業(yè)——洛陽礦山機(jī)器廠和唐山水泥機(jī)械廠合作，經(jīng)過分析輥壓機(jī)輥面的磨損機(jī)理、通過大量的耐磨實(shí)驗(yàn)，對材料進(jìn)行深入研究及性能對比，研制生產(chǎn)ZD1、ZD2、ZD3、ZD310系列埋弧堆焊無縫藥芯焊絲、CO2氣保護(hù)焊絲及ZD3、ZD310、TM65焊條，完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。ZD1的特點(diǎn)是韌性好，作為止裂層焊在最下面。ZD2強(qiáng)度高，可抵抗較高的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，起到很好的緩沖作用，可作為緩沖層使用。ZD3為輥面耐磨材料，堆焊層金屬主要成分是C、Cr、Mo、W、V、Ni、Nb等，堆焊后組織為馬氏體+殘余奧氏體+針狀貝氏體+少量碳化物，焊接工藝良好，抗裂性能優(yōu)良，冷焊、多層焊效果好。焊層硬度HRC355，可作為耐磨層焊在ZD2上面。ZD310屬于高合金堆焊材料，耐磨性能優(yōu)于ZD3。其焊層硬度為HRC55~59。主要作為輥面的耐磨花紋處理。TM65焊條適用于受劇烈磨粒磨損及中等沖擊磨損部件的修復(fù)，主要用于輥面的耐磨花紋及立磨磨盤、磨輥的修復(fù)。
四、輥壓機(jī)輥面的焊接工藝：
1、對于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比較長，輥面磨損非常嚴(yán)重，經(jīng)過幾次現(xiàn)場堆焊后，輥面上已有裂紋、凹坑等嚴(yán)重缺陷的輥壓機(jī)，由于修復(fù)工作量較大，建議拆下來用埋弧自動(dòng)焊大修，大修后的輥?zhàn)邮褂脡勖c新輥?zhàn)酉喈?dāng)。如果沒有備用輥?zhàn)樱部梢栽诂F(xiàn)場修復(fù)。為了不影響正常生產(chǎn)，建議在水泥淡季時(shí)修復(fù)，最好采用CO2氣保護(hù)焊接工藝，氣保護(hù)焊的工作效率是手工電弧焊的3~5倍，可以短期內(nèi)完成修復(fù)工作，相應(yīng)的修復(fù)工藝為（工藝1）：
　?、佟⑷コ伱鏆埩粲矊蛹傲鸭y。用碳弧氣刨對輥面進(jìn)行徹底清理，輥面待焊部位的殘留硬層、裂紋、粉塵、鐵銹等都要清理干凈，使之露出金屬光澤。
　?、凇⒂肸D1焊絲焊接過渡層，通過過渡層的焊接，使高低不平的輥面形成較平緩的外圓面，以便于緩沖層及耐磨層的焊接。
　?、邸⒂肸D2焊絲焊接緩沖層，這是一種高強(qiáng)度、中等硬度的堆焊材料，具有良好的抗疲勞性和結(jié)合性，同時(shí)又具有一定的抗磨性能，在輥體和耐磨層之間起到了很好的橋梁作用。良好的緩沖層材料選擇及焊接，是保證耐磨層安全有效運(yùn)行的重要前提。
　?、堋⒂肸D3焊絲焊輥面耐磨層，焊時(shí)注意測量輥體尺寸及圓度，焊到輥體要求尺寸為止。
　?、?、耐磨層焊完后，然后用ZD310焊絲連續(xù)焊橫紋。焊接順序如圖2所示：
有的水泥廠沒有 CO2氣保護(hù)焊機(jī)，也可用直流焊機(jī)，用手工電弧焊，用GM1、ZM、ZD3、ZD310焊條分別取代ZD1、ZD2、ZD3、ZD310焊絲。這種焊接方式效果不如焊絲，效率也低，在有氣保護(hù)焊機(jī)的情況下不宜采用。
2、有的水泥廠輥壓機(jī)輥面的耐磨花紋是菱形加硬質(zhì)點(diǎn)（如圖3）,運(yùn)轉(zhuǎn)一定的時(shí)間后，硬質(zhì)點(diǎn)及菱形花紋基本全部磨損掉，從輥面的切線方向觀察，輥面中間一般要凹下去10mm左右。對于這種只是耐磨花紋磨損，輥面也沒有凹坑等嚴(yán)重缺陷時(shí)，可以采用下面的修復(fù)工藝（工藝2）：
　?、佟⒂秒妱?dòng)鋼絲刷或毛刷清理輥?zhàn)幼钌厦娴囊欢屋伱?，最好用乙炔焰烘烤輥面，通過烘烤，既可以把輥面微裂紋里的粉塵吹出來，也可以起到預(yù)熱輥面的作用。
　?、?、先用TM55焊條沿著原來殘留的菱形耐磨花紋堆焊，然后用ZD310焊條在菱形耐磨花紋中間堆焊硬質(zhì)點(diǎn)。
　　③、焊完一段后，轉(zhuǎn)動(dòng)輥壓機(jī)，把待焊的另一段輥面轉(zhuǎn)到上面來，按上述方法繼續(xù)堆焊。依次類推，直至把整個(gè)輥面焊完。
　?、?、堆焊時(shí)注意測量堆焊的高度，要保證輥?zhàn)拥膱A度，以免輥面不圓而導(dǎo)致輥壓機(jī)的震動(dòng)。
如果有條件，也可以采用CO2氣保護(hù)焊接工藝，用ZD310焊絲取代TM55、ZD310焊條。由于CO2氣保護(hù)焊接工藝工作效率比較高，所以這種焊接工藝特別適用于停機(jī)時(shí)間比較短的情況。
3、如果輥面的耐磨花紋全部磨損掉，而且由于物料中的耐熱鋼等沒有除干凈而導(dǎo)致輥面出現(xiàn)凹坑等重要缺陷，可以采用下面的修復(fù)工藝（工藝3）：
　?、佟⒂秒妱?dòng)鋼絲刷或毛刷清理輥面凹坑里的粉塵，用ZD1焊絲打底焊。
　?、凇⒂肸D2焊絲補(bǔ)焊凹坑，留7—8mm左右的余量堆焊ZD3耐磨層，其余全部用ZD2焊絲補(bǔ)焊。
　?、?、用ZD3焊絲把凹坑補(bǔ)焊平。
　　④、按上述方法把輥面上所有凹坑補(bǔ)焊完后，再用ZD310焊絲或TM55、ZD310焊條按工藝2堆焊耐磨花紋。
五、使用效果:
　　按以上幾種修復(fù)工藝堆焊的輥壓機(jī)，根據(jù)不同的水泥廠使用情況來看，拆下來采用埋弧自動(dòng)焊大修的輥面使用效果最好，輥?zhàn)邮褂脡勖?000小時(shí)以上，有的已突破10000小時(shí)（如山東某水泥廠）。按照工藝1、工藝2在水泥廠現(xiàn)場修復(fù)的輥面使用效果次之，但使用壽命也能保證在半年以上，特別是按工藝2修復(fù)的輥面，既節(jié)省焊接材料，修復(fù)時(shí)間又短，使用效果也不錯(cuò)。如鄭州某水泥廠、江蘇某監(jiān)獄水泥廠分別使用ф1200×400及ф1200×450輥壓機(jī)粉磨水泥熟料。在輥面耐磨花紋還沒有完全磨損掉完時(shí)，按工藝2修復(fù)。一對輥面僅用焊條200公斤，48小時(shí)（兩臺焊機(jī)同時(shí)焊）完成修復(fù)任務(wù)。按照工藝3現(xiàn)場修復(fù)的輥面使用效果最不理想，如浙江某水泥廠，同樣是ф1200×400輥壓機(jī)，也是粉磨水泥熟料，堆焊修復(fù)時(shí)磨損相當(dāng)嚴(yán)重，按照工藝3現(xiàn)場修復(fù)。各種焊條用了近500公斤，修復(fù)工期用了140個(gè)小時(shí)。不僅浪費(fèi)焊接材料，工期也長，影響水泥廠的正常生產(chǎn)，使用效果反而不如工藝2的效果。所以建議水泥廠在使用輥壓機(jī)時(shí)，對輥面要維護(hù)好，不要等輥面磨損得實(shí)在不能使用了再堆焊。如果耐磨花紋磨損完了，失去了最外面耐磨層的保護(hù)，下面的過度層磨損得更快，這是對輥壓機(jī)致命的破壞。對輥壓機(jī)輥面的及時(shí)堆焊維護(hù)是保證輥壓機(jī)使用壽命的關(guān)鍵。輥面維護(hù)得好，可以大大減少停機(jī)堆焊次數(shù)，為正常生產(chǎn)提供了保證，充分發(fā)揮輥壓機(jī)在粉磨系統(tǒng)中的優(yōu)越性