淺談?shì)亯簷C(jī)輥?zhàn)拥亩押感迯?fù)方法

Discussion on Repairing Method of Surfacing Welding of the Roller of Roller Press

于來(lái)義

1 前言

輥壓機(jī)是應(yīng)用于各種粉磨作業(yè)中的主機(jī)設(shè)備，具有能耗低、產(chǎn)量高、噪音小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于檢修等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是輥?zhàn)虞伱嫒菀啄p，影響輥壓機(jī)效率的發(fā)揮。因此，對(duì)磨損的輥?zhàn)蛹皶r(shí)進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)輥面的使用壽命，是輥壓機(jī)使用維護(hù)中的關(guān)鍵所在。輥?zhàn)影摧伱娼Y(jié)構(gòu)主要分為：堆焊輥?zhàn)?、合金鑄造輥?zhàn)雍丸偳队操|(zhì)合金輥?zhàn)尤?，本文主要?duì)堆焊型輥?zhàn)釉谑褂镁S護(hù)中的堆焊修復(fù)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2 輥壓機(jī)輥面的磨損機(jī)理

輥壓機(jī)擠壓工作部分主要由兩個(gè)速度相同、相對(duì)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?zhàn)娱g的縫隙中，在輥?zhàn)痈邏毫Φ淖饔孟?，物料在兩個(gè)輥?zhàn)虞伱嬷g相互擠壓和摩擦，變成密實(shí)但充滿裂紋的扁平料餅，使物料的易磨性得到明顯改善。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(guò)程中，物料顆粒在壓力作用下會(huì)使輥面產(chǎn)生磨損和塑性變形，從而在輥面亞表層不同深處形成循環(huán)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力超過(guò)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，表層下組織的塑性變形繼續(xù)發(fā)展，在表面一定深度的位置也將萌生裂紋，并逐步擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展后，裂紋以上的材料斷裂剝落，造成疲勞損壞。因此，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。較淺的裂紋破壞層距輥面約10mm，較深的裂紋距輥面約20～30mm，局部甚至深達(dá)50～60mm，并且隨著使用時(shí)間加長(zhǎng)，裂紋沿輥?zhàn)又芟蜓泳d不斷向外發(fā)散擴(kuò)展，造成輥?zhàn)泳植炕虺善瑒兟?。除了正常磨損外，如果螺栓、鐵塊等金屬異物進(jìn)入料層也會(huì)造成輥面損壞。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，堆焊輥面的耐磨花紋磨損就比較嚴(yán)重，有的甚至有局部脫落的現(xiàn)象，因此必須及時(shí)進(jìn)行輥面的堆焊修復(fù)（圖1）。

3 堆焊修復(fù)材料和工藝的選擇

輥?zhàn)佣押感迯?fù)的焊接材料及焊接工藝的選擇是十分重要的，應(yīng)選擇耐磨性很好、韌性和抗疲勞性較高的堆焊材料，采用正確的焊接工藝，合理匹配不同種類的焊絲，以保證良好的堆焊質(zhì)量，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。在以往的輥面修復(fù)中，水泥廠多采用高Cr鑄鐵性耐磨焊條。此類焊條焊后組織主要為鑄鐵性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、抗裂性和抗疲勞性較差，在輥面上堆焊一層就會(huì)出現(xiàn)交錯(cuò)裂紋。輥體運(yùn)行過(guò)程中，在應(yīng)力的作用下，輥面很容易出現(xiàn)大面積剝落，造成頻繁停機(jī)修復(fù)的狀況。同時(shí)堆焊層的交錯(cuò)裂紋，易發(fā)展延伸至輥?zhàn)拥哪阁w，使輥?zhàn)颖倔w出現(xiàn)大量缺陷，直接影響輥體壽命，長(zhǎng)期使用，很可能造成整個(gè)輥?zhàn)訄?bào)廢。

圖1 輥面磨損情況

在輥壓機(jī)制造和輥?zhàn)佣押感迯?fù)過(guò)程中，中材（天津）重型機(jī)械有限公司和北京陽(yáng)光威爾焊接技術(shù)有限公司經(jīng)過(guò)對(duì)物料特性和輥壓機(jī)輥面磨損機(jī)理的分析，通過(guò)大量的耐磨試驗(yàn)，對(duì)材料進(jìn)行了深入研究及性能對(duì)比，研制生產(chǎn)出適合物料特性的SNM系列新型堆焊焊絲。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、多層焊效果良好。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，根據(jù)輥壓機(jī)輥?zhàn)幽p狀況和焊接修復(fù)次數(shù)，輥?zhàn)拥亩押感迯?fù)分為在線修復(fù)和離線修復(fù)：

（1）現(xiàn)場(chǎng)在線修復(fù)

輥壓機(jī)投入生產(chǎn)使用一段時(shí)間后，在輥面花紋磨損較多、沒(méi)有嚴(yán)重脫落的情況下，為了縮短維修時(shí)間，減少對(duì)正常生產(chǎn)的影響，建議水泥廠進(jìn)行短期在線修復(fù)，采用明弧自動(dòng)焊接修復(fù)工藝。

首先利用碳弧氣刨進(jìn)行環(huán)周氣刨，對(duì)輥面進(jìn)行徹底清理，去除輥面殘留硬層、裂紋、粉塵、鐵銹等。然后檢查輥面有無(wú)分層和裂紋，確定無(wú)分層和裂紋后，對(duì)輥面進(jìn)行打磨清理，露出輥面金屬光澤，再進(jìn)行堆焊（圖2、3）。堆焊先用307-0或AP307-0焊絲打底，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，在輥體母材和耐磨層之間能起到很好的橋梁作用。用SNM22V-0焊絲作為過(guò)渡層硬層，用HC-0或HC-OmoV作為堆焊硬層，用CN-0作為表面花紋硬層。

圖2 輥面氣刨過(guò)程

堆焊過(guò)程中應(yīng)注意控制焊接參數(shù)，檢查焊接質(zhì)量，測(cè)量輥體尺寸及圓度，焊到輥體要求尺寸為止，焊后應(yīng)注意保溫緩冷。

圖3 在線堆焊過(guò)程

在線修復(fù)應(yīng)根據(jù)輥面磨損情況制定合理的堆焊工藝，對(duì)于局部脫落的較大缺陷，要?dú)馀俚經(jīng)]有裂紋為止。同時(shí)根據(jù)堆焊量的大小設(shè)計(jì)不同種類焊絲和堆焊層數(shù)，使用正確的焊接規(guī)范，使各層之間形成良好的結(jié)合性和硬度梯度，這是形成優(yōu)質(zhì)耐磨層，保證輥?zhàn)影踩行н\(yùn)行的重要前提。

（2）離線修復(fù)

對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)幾次現(xiàn)場(chǎng)在線堆焊修復(fù)后，輥?zhàn)庸ぷ髅婺p非常嚴(yán)重，輥面上出現(xiàn)較大裂紋、凹坑等嚴(yán)重缺陷，輥面疲勞破壞層較深的輥壓機(jī)輥?zhàn)樱捎谛迯?fù)工作量較大，建議采用離線修復(fù)，經(jīng)過(guò)離線徹底修復(fù)后可使輥?zhàn)邮褂脡勖娱L(zhǎng)。

離線修復(fù)在工廠進(jìn)行，加工和檢測(cè)等修復(fù)條件比現(xiàn)場(chǎng)條件好，可以對(duì)輥?zhàn)舆M(jìn)行全面徹底的檢測(cè)和維修，更能保證修復(fù)質(zhì)量。離線修復(fù)主要采用以下修復(fù)工藝（圖4、5）：

圖4 輥面短電弧切削過(guò)程

圖5 埋弧堆焊過(guò)程

首先對(duì)輥?zhàn)舆M(jìn)行全面清理和檢查，確定修復(fù)方案，利用短電弧切削機(jī)床或氣刨將輥面殘留的硬層和疲勞層徹底清除，直至輥面無(wú)裂紋存在。用車床加工輥?zhàn)颖砻婧?，?duì)輥面進(jìn)行整體探傷，確保無(wú)裂紋后，將輥?zhàn)宇A(yù)熱到適合溫度。采用埋弧焊接形式，用BUF-S焊絲作為打底層，打底層焊絲具有良好的韌性，可起到有效緩沖和阻止輥面疲勞層擴(kuò)展的作用，提高基體的抗裂、抗疲勞能力，保護(hù)輥體不受到破壞。用FB-S焊絲作為過(guò)渡層，過(guò)渡層具有良好的結(jié)合性，很高的強(qiáng)度、硬度、形成良好的硬度梯度，并為耐磨層提供良好基面。用167NB-S焊絲作為耐磨硬層，在過(guò)渡層的基礎(chǔ)上堆焊耐磨硬層，耐磨層有較高的焊態(tài)硬度和韌性，有優(yōu)異的抗磨粒磨損和抗擠壓磨損的綜合性能。最后用CN-0焊絲明弧堆焊耐磨花紋層。

各層所用焊絲種類、性質(zhì)不同，要求的焊接工藝也不同，但是各層的連接要緊密，堆焊層之間應(yīng)逐漸過(guò)渡，硬度梯度合理且逐步增強(qiáng)。在焊接過(guò)程中要及時(shí)清除焊渣，清理焊道。打底層和過(guò)渡層不允許有裂紋，表面耐磨層和耐磨花紋層允許有龜裂，但每條裂紋長(zhǎng)度不允許＞30～50mm。堆焊過(guò)程中應(yīng)注意操作的連續(xù)性，要重點(diǎn)控制層間溫度、搭接量、電流、電壓等焊接參數(shù)及工件尺寸。焊后采取保溫及熱處理工藝并按檢驗(yàn)規(guī)范對(duì)表面硬度、圓度等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，確保輥?zhàn)有迯?fù)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

輥壓機(jī)輥?zhàn)拥妮伱鏍顩r直接影響輥壓機(jī)使用效率，也是輥壓機(jī)維護(hù)的重點(diǎn)，在輥面耐磨花紋還沒(méi)有完全磨損時(shí)，應(yīng)按在線修復(fù)工藝及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后使用時(shí)間＞4 000h，但效果不如離線修復(fù)理想。在線修復(fù)幾次以后，輥面疲勞層面積和深度會(huì)增大，修復(fù)頻率增加，使用單位應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行離線修復(fù)。采用埋弧自動(dòng)焊接工藝離線修復(fù)的輥面使用效果較好，輥?zhàn)邮褂脮r(shí)間＞8 000h。我公司采用以上修復(fù)工藝進(jìn)行堆焊修復(fù)的輥?zhàn)?，在祁連山水泥集團(tuán)、金隅集團(tuán)等水泥廠使用效果良好。

在使用輥壓機(jī)過(guò)程中，如果耐磨花紋磨損失效，失去了最外面耐磨層的保護(hù)，輥?zhàn)訒?huì)磨損得更快，容易造成對(duì)輥?zhàn)拥闹旅茐?，建議使用單位及時(shí)對(duì)輥面進(jìn)行維護(hù)。采用合理的堆焊修復(fù)工藝及時(shí)堆焊維護(hù)輥面，是保證輥壓機(jī)正常使用和提高效率的關(guān)鍵。

[1]JC/T2104-2012，建材工業(yè)用耐磨件堆焊通用技術(shù)條件[S].■

TQ172.632.5

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1001-6171（2017）01-0043-04

中材（天津）重型機(jī)械有限公司，天津300400；

2016-05-29；編輯：趙星環(huán)