輥壓機棍面耐磨層堆焊修復

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功能介紹 表面工程新技術，應用，熱噴涂與冷噴涂設備、工藝、材料、應用；堆焊噴焊工藝應用；激光熔覆工藝應用，裝備再制造等技術交流。

攀枝花市鋼城集團瑞達水泥有限公司生產線采用目前較為先進的CLF180100-D-DS大型輥壓機，該機有固定輥和活動輥兩個碾壓輥，采用液壓系統提供的擠壓力使固定輥與活動輥之間的壓力達到幾百噸甚至上千噸，使物料在封閉的空間內相互擠壓，貴州礦山機械設備制造維修形成高壓料層粉碎，達到產量高、噪音小、高效節能。被廣泛應用在物料破碎、粉磨等生產中。輥壓機物料破碎工作原理如圖1所示。

輥壓機兩個碾壓輥面的高強耐磨層的設計磨料量為400萬噸。高強耐磨層是在300mm厚的45號鋼的空芯輥套上堆焊20mm±2mm的高強度、高硬度、高耐磨度的堆焊層。

由于是新建廠，操作工的操作經驗不足，因上級石灰石錘式破碎機的無磁性錘頭脫落，生產線的磁性除鐵器未檢測到，破損的錘頭直接進入到輥壓機。而輥壓機的工作原理為：擠壓后未達到粉碎粒度要求的物料，又要經過斗式提升機送入壓力穩流倉內，再次進入輥壓機。造成了在短時間內無數次地通過輥壓機碾壓。待發現時，輥壓機的兩個輥面整個耐磨層70%被損壞，剝離面積大的部位傷及到了輥套（母材），屬重大設備事故。按照要求需要返制造廠大修，這給生產企業造成了很大的資金浪費。為使輥壓機能盡快修復，投入使用，經過查閱資料，請教該設備生產廠家的技術人員，貴州礦山機械設備制造維修決定采用在線堆焊進行修復。但一般的在線修復是針對原有的打底過渡層和緩沖層沒有受到破壞，只對硬面層磨損而采取的堆焊修復措施，技術要求相對較低。而本次的在線大修是一個要清除全部耐磨層，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，因此本次在線大修的技術難度非常大。

輥壓機兩個碾壓輥面原堆焊材料為2Cr13，配用HJ260，采用埋弧自動焊進行堆焊，堆焊后組織為馬氏體。馬氏體本身具有脆性，再經過兩次高溫回火（打底層和蓋面層各1次），造成碳化物聚集、長大，降低了基體強度，增加了脆性。硬化層和花紋層采用混合焊劑，堆焊時通過焊劑向熔敷金屬過渡合金元素，提高了堆焊的強度和硬度，但也加大了材料的脆性，容易產生裂紋和剝落?；谝陨显?，在輥壓機生產廠家技術人員的技術指導下，我們決定不采用埋弧焊進行堆焊，而采用藥芯自保護焊絲在線自動堆焊修復技術。通過合理的選材，采用正確的焊接工藝，成功解決了該項技術難題。

1 焊接性分析

CLF180100-D-DS輥壓機采用45#連鑄鋼輥套，其厚度為300mm，輥子的直徑為1800mm，輥面寬度為1000mm。對這種大直徑、大厚度的空心輥堆焊時會產生很大的焊接應力，且焊接殘余應力也很大。焊接應力很容易使輥面堆焊的高硬度耐磨材料剝落，或焊接殘余應力在工作時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程中采用嚴格的工藝措施，才能保證焊接質量。

2 焊接材料的選擇

2.1打底過渡層焊接材料

由于輥面損壞嚴重，第1層，即打底過渡層，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渡的堆焊層。通過輥壓機生產廠家技術人員推薦和查閱資料，我們選用了德國克虜度Corodur 250K藥芯自保護焊絲，這種焊絲的焊道金屬為高錳鉻合金奧氏體材質，具有防收縮、抗應力強及高沖擊負載性能，與45鋼有很好的熔合性，是理想的打底過渡層焊道金屬選材?？颂敹菴orodur250K 焊絲的化學成分見表1。

2.2緩沖層焊接材料

第2層焊道堆焊層即緩沖層，由于輥壓機工作時兩個相對運動的輥面會受到50～300MPa的擠壓力，緩沖層自身具有較強的抗擠壓性能和極強的抗裂性，能有效的緩解輥面的擠壓力，保護硬面層和花紋層。在打底層和硬面層之間起到一個“橋梁”的作用，它能與打底堆焊層良好的過渡聯合，我們選用了Coroloy520w藥芯自保護焊絲，其化學成分見表1。

Coroloy520w是耐高溫鎳基合金自保護藥芯焊絲，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。在沖擊壓力負載和高溫下，幾乎不會產生變形，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）起一個過渡橋梁的作用。

2.3硬面層焊接材料

硬面層也是輥面耐磨堆焊層的最關鍵焊層，貴州礦山機械設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以上和較強的耐磨能力。原料輥壓機主要承擔原礦石的粉磨，在運行過程中溫度不高，只要生產工藝控制好，不進入鋼、鐵、玻璃等較硬雜物，輥面的磨損主要來源于石灰石內硬度不高（石灰石的硬度為26HRC）的料層磨損，這對我們的選材提供了優越的條件。也就是說堆焊的焊縫金屬硬度高，耐磨能力就跟著提高。只要避免了高溫產生的熱拉伸應力，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藥芯自保護焊絲，其化學成分見表1。

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

4 在線堆焊修復

4.1輥壓機輥面耐磨層修復工藝流程

4.2焊前準備

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

（2）將輥壓機上頂、前后兩面的人孔門全部打開，采用空氣等離子切割機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和角向磨光機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，并認真測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：用著色探傷法對打磨好的輥套進行裂紋檢測，輥套上無明顯的裂紋，可進入預熱工序，否則進行挖補修復。

（5）自來水管、壓縮空氣、焊機、焊絲、預熱所需的氧、乙炔氣槍表、送絲機行走平臺的建立等工作準備充分。

主動輪輥和從動輪輥兩個輥子的上述準備工作全部做好達到施焊要求，預計需要3天的時間。

4.3 焊前預熱

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

4.5在線堆焊操作要點

輥壓機自動堆焊如圖4所示，焊接小車在棍面上作直線運動，自動焊槍向前施焊的過程中同時采用大幅度的左右擺動，形成35～40mm寬的焊道，其目的是在左右往復擺動過程中焊接熔池的邊緣與中部溫度梯度減小。整個熔池的流動性在電弧的攪拌作用下提高，化學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鍵工作。由于采用焊前預熱，焊后緩冷，確保層間溫度的同時，也使整個多達5層的堆焊金屬中產生焊接應力，為釋放耐磨堆焊層中的焊接應力，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℃的時候對最后一道花紋層進行噴霧冷卻措施。噴霧的效果要達到噴出來的水霧像水蒸氣一樣，在手背上試，能看見汗毛結成露珠即為合格水霧。噴霧時以焊道溫度從300～350℃在5分鐘內降至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小不規則的裂紋，硬度達到60HRC以上為合格。

(水霧冷卻主要是達到兩個方面的目的：①由于整個堆焊層連續堆焊了5遍，而前4層的每一遍都采用了焊前預熱和焊后緩冷的工藝措施。到了花紋層時，堆焊金屬層中不同程度的形成了一定的焊接應力，給以后的使用留下了隱患。在焊道金屬空冷至300℃時，噴水霧速冷，達到使花紋層形成細小的龜裂紋，將整個連續5遍堆焊金屬焊道中的焊接應力釋放出來，保證安全使用。②硬面層和花紋層采用的自保護焊絲，焊道金屬自身的硬度為55HRC。通過噴水霧速冷，本身也是一個讓硬面層和花紋層“淬硬”的工藝措施。通過噴水霧后使最表層的花紋層的硬度達到60～65HRC，使整個耐磨堆焊層達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，而采用等離子弧對剩余的耐磨堆焊層進行切割，這樣的好處在于切割質量高，減少了手持砂輪的磨屑量，防止了45號鋼增碳而造成剝離事故的發生，提高了工作效率，減少了勞動量。

4.6 在線堆焊技術

4.6.1打底過渡層的堆焊

采用氧、乙炔氣4套大號烤槍對待焊的輥子進行預熱。因輥壓機的輥子直徑為1800mm，寬度為1000mm，采用全明弧自動堆焊，就需要采取遮光措施，在行走小車的兩側加裝遮光板。預熱區放在遮光板的外面焊接區的前端。一把烤槍的預熱為弧長500mm，寬度為450mm的面積。預熱溫度為100±5℃，控制溫升每小時不能超過30℃，預熱溫度達到100±5℃時，將輥子向前轉動到自動堆焊小車下面開始施焊，待小車焊接完一整個輥面的一周，轉動輥子，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開60°～70°。將下一個加熱好的預熱圓弧面轉到小車下，繼續第2層施焊。

堆焊過程中要隨時用接觸式測量儀檢測預熱的溫度，通過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，焊絲伸長度是否合適，并做到隨時調整，直到整個輥面焊完。

4.6.2緩沖層的堆焊

打底層堆焊完成后，應更換成緩沖層的藥芯焊絲，按表3調整好堆焊工藝參數，繼續堆焊緩沖層，操作人員可采取倒班作業的方式，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開60°～70°，預熱參數與打底層相同。

當每一條焊道到頭時，輥子轉動的尺寸要嚴格加以控制，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到30%為宜。嚴格檢測預熱溫度，確保焊道的預熱溫度。觀察焊道的成形情況，隨時調整好焊速、電流、電壓和焊絲伸出長度，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，當緩沖層堆焊完成后，更換成硬面層的藥芯焊絲，預熱溫度不變，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整個堆焊面的圓度，輥子兩端的直徑公差在兩道硬面層焊完后要保證在2mm以內。預熱的溫度依然要嚴格的控制，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層的堆焊關鍵是花紋層焊道焊好后，輥子往后轉至遮光板后250～300mm的位置，焊道實際測量溫度為300～350℃，要采用噴霧水槍向焊道噴水冷卻，使焊道釋出細小的裂紋，目的是釋放出焊道中的應力，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熱措施要跟上，確保預熱溫度穩定。噴霧水冷卻的溫度要控制在300～350℃的范圍內，而且要與堆焊區隔開250～300mm的位置。防止降低焊接區的預熱溫度。整個耐磨層連續堆焊的時間約為80個小時一個輥，要嚴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 堆焊修復過程注意事項

（1）焊前受損輥面剩余耐磨層的清除工作一定要認真、仔細。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；三是打磨時要達到一定光潔度，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）預熱溫度一定要嚴格把控，測溫要選擇多點檢測，測溫設備也要采用接觸式溫度儀（比紅外線測溫儀更準確些）。

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

（4）焊接和預熱以及最后一遍花紋層的噴霧水冷卻工作都是一個同時進行的交叉作業過程，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降低焊接區的預熱溫度，影響堆焊質量。

5 焊后質量檢查

（1）輥面堆焊后，表面應無熔渣、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、細致、均勻，并平滑過渡到母材為合格。

（3）尺寸符合圖紙原始尺寸的要求，利用基準十字臂支架找圓。不含花紋層厚度，輥直徑的公差在2mm以內為合格。

（4）硬度檢驗時，應測量多點取其平均值，測點應不少于3處，每處測量3次，取平均值，平均硬度達到55～60HRC為合格。

（5）焊后在線運行平穩，設備時產不能低于原來的生產能力，在不發生“進鐵”等事故的情況下，使用壽命不低于8000小時為合格。