硬面堆焊之探討及其在水泥工業(yè)之應用

高鉻鑄鐵是目前使用于磨輥及磨盤襯塊最理想之材料，其原理是由于較高含量的碳及鉻在高溫下生成Cr7C3散布于鐵基之中，而同時鐵之組織也隨之發(fā)生變化，大部分形成馬氏體，因而變?yōu)橐环N相當耐磨之結構，在20世紀80年代此種材料被廣泛應用于立磨上。開始被電廠、水泥廠應用于磨煤機上，由于立磨相較于球磨機具有相當多的優(yōu)點，如占地空間少，噪音較小，節(jié)省能源，故逐漸取代了傳統(tǒng)的球磨機，90年代水泥設備制造廠，開始用于生料磨及水泥磨上。立磨之維修較為困難，而其大部分的維修都是由于磨損而引起的，而此期間水泥生產大型化之進度更是一日千里，隨著磨料之增加，磨損情況也更進一步的加驟。高鉻鑄鐵是目前使用于磨輥及磨盤襯塊最理想之材料，其原理是由于較高含量的碳及鉻在高溫下生成Cr7C3散布于鐵基之中，而同時鐵之組織也隨之發(fā)生變化，大部分形成馬氏體，因而變?yōu)橐环N相當耐磨之結構，在20世紀80年代此種材料被廣泛應用于立磨上。開始被電廠、水泥廠應用于磨煤機上，由于立磨相較于球磨機具有相當多的優(yōu)點，如占地空間少，噪音較小，節(jié)省能源，故逐漸取代了傳統(tǒng)的球磨機，90年代水泥設備制造廠，開始用于生料磨及水泥磨上。立磨之維修較為困難，而其大部分的維修都是由于磨損而引起的，而此期間水泥生產大型化之進度更是一日千里，隨著磨料之增加，磨損情況也更進一步的加驟。在此期間硬面堆焊之技術也有顯著的進步，其原理與高鉻鑄鐵完全相同，只是將高含碳量及含鉻量之焊條或焊絲利用電焊之方法而生成Cr7C3，而由于工藝上之不同，利用電焊的方法可以有較高之含碳量（鑄造時約為3%，電焊約為5%）及含鉻量（鑄造時為15-25%。電焊時為25%-30%），所以其硬度比鑄造品高，且由于冷卻時間很短僅需幾秒鐘（鑄造需幾小時）故所生成之Cr7C3之金相組織遠優(yōu)于鑄造品，進而耐磨性會增加很多。當電焊進行時，由于空氣中含有大量的氧，必須加以隔絕，否則必生成Cr2O3而非Cr7C3，因此為了隔絕空氣中的氧，一般有以下三種方法：

一、埋伏焊：此法于施工時在焊物體上覆蓋一層砂，可以隔絕空氣中的氧。

二、氣體保護焊：此法在焊槍口加上一個環(huán)套，而導入與焊絲不產生化學變化的氣體（如CO2、N2、A等）以隔絕空氣中的氧。

三、自保護明弧：此法于焊絲之藥劑中加入可產生自保護氣體之化學物，以隔絕空氣中的氧。

上述三種方法之區(qū)別，埋伏焊和氣體保護焊一般需將焊物體預熱至200℃—300℃，否則焊道與母材之牢度不足，另此二法在焊道外層會形成殼狀物，此殼狀物必須敲掉，否則進行第二層焊接時無法牢固，影響品質甚巨，而自保護明弧焊一般采取冷焊（即無須預熱）且不生成殼狀物，工藝上較為簡單，無須任何保護與敲殼動作，所以施工中較不易造成人為的失誤，且因施工時溫度較低，故產生Cr7C3之金相組織較理想，因而其使用壽命會較長。

硬面堆焊之優(yōu)劣取決于下列三個條件：

一、焊絲（或焊條）

焊絲之品質是影響堆焊之最主要條件，就目前而言，使用歐洲生產之此類焊絲品質較佳，國產之焊絲在下料填充時較不均勻，焊絲接縫不密合（導致漏粉現(xiàn)象），再加上配方較為不理想，所以其產品遠不如歐洲之產品，寄望于國內焊絲制造廠加緊研制與改良。

二、工藝技術

堆焊時的施工步驟與方法相當重要，如處置不當，將導致于運轉時產生崩落，促使磨輪發(fā)生跳動，粉磨效率下降，嚴重時則損壞設備，使整條生產線停產，后果相當嚴重。

三、員工素質

由于磨機之磨輥和磨盤襯塊其磨損面相當不規(guī)則，大多呈犁溝狀，所以堆焊時員工之技術水平與敬業(yè)精神就相當重要，否則完工后，如真圓度不佳或表面高低落差過大時，均會影響運轉效率，浪費能源，甚至損壞磨機主體，所以如何訓練員工提高其技術水平與耐心，從而堆焊出高壽命高效率之產品，就值得業(yè)界之經營者深思之。

總之硬面堆焊是一門非常專業(yè)的行業(yè)，國內有很多的磨機使用單位成立了第三產業(yè)從事磨輥和磨盤襯塊的焊補工作，筆者百思不得其解，因為良好的焊補不僅可以延長使用壽命，降低維修費用，另外可以降低電耗量節(jié)省能源，此點是大家所忽視的，根據(jù)筆者的經驗良好的堆焊能源節(jié)省的金額甚至超過其焊補費用，所以將堆焊修補工作交付專業(yè)的廠家去完成才是正確的選擇。

筆者于1989年在臺灣成立上慶栗本鋼鐵工來股份有限公司的，采用最先進的自保護明弧焊法，專門從事磨輥及磨盤襯塊的硬面之焊補，又于1993年開始研究制作碳化鉻復合式耐磨鋼板UP-PLATE，于1995年正式推出。很快就占有臺灣的全部市場。1998年開始拓展海外市場，目前已外銷50余國家，同年并將此UP-PLATE耐磨板引進國內，廣泛的應用于嚴重的磨損部位（如下料溜槽、管道、選粉機之導向葉片、風機葉片、殼體等），另于2001年在昆山成立昆山惠豐耐磨工業(yè)有限公司，從事磨輥及磨盤襯塊之堆焊修復施工。由于產品之優(yōu)良、誠信之服務，截至目前已擁有廣大的水泥廠用戶，其中大都為大型水泥集團（如海螺集團、華新集團、三獅集團等）。此外為改進高鉻鑄鐵制作的磨輥與磨盤襯塊易斷裂之缺點，同時開發(fā)硬面堆焊之新品磨輥及磨盤襯塊鑄造堆焊，其方法是以高拉力鋼為鑄造材質，并預留耐磨面以硬面焊絲堆焊之，此種新品具有相當多的優(yōu)點，其中最重要的是不易斷裂，可以重復修復使用，大幅的降低維修費用，增加了使用效率，此項業(yè)務目前已推廣至海外市場（如日本UBE公司產品、Polysius公司產品、德國Loesche公司產品等）。

立磨磨輥及磨盤現(xiàn)場硬面堆焊淺談

目前，國內大部分水泥企業(yè)為了節(jié)約成本及提高效率，逐漸接受磨機內磨輥及磨盤襯板舊品采用表面硬面堆焊修復技術。的確，表面硬面堆焊修復技術能給水泥企業(yè)帶來具大的經濟效益，無論從生產效率的提高上，還是能源的節(jié)省方面，硬面堆焊的成本相對于堆焊所體現(xiàn)的價值來講是微不足道的。　從筆者所在公司在國內第一次引進表面硬面堆焊技術開始，到第一次大膽嘗試堆焊各種型號生料磨磨輥及磨盤的成功，國內表面硬面堆焊市場逐漸呈現(xiàn)欣欣向榮的景象，同時全國各地硬面堆焊廠家也因此應運而生，硬面堆焊市場也出現(xiàn)了魚目混珠的現(xiàn)象，有些堆焊廠家標榜其產品質量可以達到2倍~3倍，實乃因該廠家不夠專業(yè)，這類堆焊廠家過度的吹噓和技術的不成熟，造成了水泥企業(yè)望洋興嘆，不知道如何做正確性的選擇。有的水泥企業(yè)索性就以摸石過河的方式選擇堆焊廠家，僅以價格低、焊絲是進口的就做出了輕率的選擇，結果，磨機磨輥或磨盤在水泥生產運行過程中出現(xiàn)耐磨層剝落、磨損過快，更有發(fā)生斷裂的情況。雖然這種情況出現(xiàn)的概率不高，但是，它出現(xiàn)所產生的后果卻是無法估量的，將會是得不償失。筆者就曾親身經歷過這種事件：山東省某水泥廠生料磨型號為日本UBE公司UM50.4N，其磨機磨輥磨損嚴重了，因之前沒有購置備品，于是，想到了現(xiàn)場硬面堆焊磨輥，選擇了某堆焊廠家進行現(xiàn)場堆焊修復施工，停機——架設焊接設備——開始焊接，當堆焊了約5~7mm厚度時，磨輥發(fā)生斷裂，現(xiàn)場堆焊人員已不敢再進行堆焊了，水泥廠磨機也無法正常運轉。停產的損失具大，進口新品已經來不及了，于是，這家水泥企業(yè)找到了筆者公司，經過努力，某水泥廠借用了一套同型號的舊磨輥，并在筆者公司進行了緊急堆焊后運回了工廠安裝，磨輥運行情況良好，無任何意外發(fā)生。　其實，表面硬面堆焊并非一項簡單的工程，適合的堆焊材質、優(yōu)質的焊絲、專業(yè)的技術、穩(wěn)定的設備、嚴謹?shù)氖┕と藛T，這五項缺一不可，哪一項不達標都有可能出意外。特別是現(xiàn)場硬面堆焊施工，雖然可以節(jié)省備品，且施工時間短，但出現(xiàn)意外情況的概率卻很高。筆者在此對現(xiàn)場硬面堆焊施工的缺點作一列舉。

•現(xiàn)場施工場地限制。現(xiàn)場施工因磨機內部狹小，特別是煤磨，設備架設不方便。

•設備架設復雜。堆焊磨輥時，因要針對每種型號磨輥制作和架設不同的傳動裝置及輔助設施，且架設與調整頗費周折與時日。

•時間限制。一般水泥廠檢修停機時間短，約在10日以內；一支焊槍每小時熔焊量僅為7~8Kg；焊機架設調整與拆卸約需40小時；因磨輥與磨盤無法同時施焊，假設二件磨輥磨損量為1000Kg，磨盤磨損量為800Kg，則堆焊完磨輥與磨盤共需時間約為8日（正常情況下）。這些只是理想情況下的堆焊，而一般現(xiàn)場堆焊受很多條件的限制，堆焊進度則會大打折扣。

•品質無法保證。無論堆焊廠家多么優(yōu)秀，現(xiàn)場硬面堆焊時焊接質量仍然無法達標。因時間與條件的限制，現(xiàn)場堆焊時，技術人員無法按正常的工藝來操作，對于產品的真圓度無法保證；且產品表面雜物無法完全清理干凈，高低落差大時，基層熔接牢固度更差，會產生虛焊現(xiàn)象，直接影響到產品使用壽命。

•電耗增加。由于現(xiàn)場堆焊真圓度差，設備運行時會因失衡而產生振動，影響設備正常運轉，嚴重時還會造成設備損壞，同時失衡也造成了電耗增加，大約會增加5%~8%左右，如此算下來，每年電費會增加幾百萬元。

•產品材料自身缺陷無法完全檢測出來。國內大多數(shù)立磨磨輥均為高鉻材質，因鑄造工藝有瓶頸，鑄造的產品自身應力存在，裝配在磨機內部后，受安裝設施的影響，應力更是有增無減，而現(xiàn)場堆焊施工時前所做的染色探傷卻無法全面檢測表面的裂紋，此時，若是強行施焊，焊接材料所產生的應力會導致磨輥產生斷裂。

•現(xiàn)場施焊成本高。現(xiàn)場堆焊既要制作輔助設備，又要安排人員食宿行及補貼，如此算下來，現(xiàn)場堆焊的價格會比正常運往堆焊廠家工廠堆焊價格高約30~50%。

筆者上面所提到存在的問題只是一部分的缺點，在此無法一一說明。僅以此警示水泥企業(yè)的相關人員，現(xiàn)場實施堆焊工程因小而失大，須慎之又慎。

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