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堆焊復合制造（立磨堆焊要點）堆焊復合制造（立磨堆焊要點） 這種耐磨件制造方法最大的風險就是耐磨層的剝落和工件的斷裂。所指剝落一是耐磨層與母材鑄鋼間的剝離；二是耐磨層之間的剝離。一般耐磨層越厚剝落的可能性越高，要想降低剝落風險，在堆焊層厚度設計、焊絲的選擇、施工工藝和施工操作上都需要嚴格控制。 一、堆焊失效與風險分析 堆焊失效形式包括疲勞、磨損、剝落和斷裂，它包括的原因如下： 1、 磨輥運行周期過長引起輥身表面的冷作硬化并形成微裂紋后擴展； 2、 鑄造缺陷：如裂紋、氣孔、夾渣、縮孔等在運行和堆焊過程中會不斷擴展，特別是在應力集中部位容易產生裂紋，發生局部掉塊、脫落或者斷裂現象； 3、 斷裂失效與鑄件在鑄造過程中和熱處理過程中產生的缺陷有直接關系，如殘余的熱應力； 4、 磨輥在運行過程中局部的接觸不良會使磨輥在有配合間隙部位產生應力集中（從磨輥結構形狀看，磨輥與輪轂的配合面是柱面配合。由于磨輥和輪轂的兩對配合表面存在加工誤差，磨輥與輪轂裝配時就很難保證柱體同時接觸，這種局部的不良接觸會使磨輥在有配合間隙部位產生應力集中）； 5、 立磨生產過程中不但存在著粉碎大顆粒物料時的振動，而且在入磨熱氣體作用下，磨輥在開停磨時還受到溫度變化的作用，使磨輥在熱應力、熱處理殘余應力和粉磨力作用下，易在有鑄造缺陷且磨輥與輪轂有配合間隙的部位發生斷裂。斷裂是從磨輥內側向外側擴展的； 6、 磨輥安裝預緊力過大也是磨輥失效的原因之一； 7、 選擇的堆焊材料及堆焊工藝不當引起堆焊過程中工件斷裂。 二、避免和減少堆焊風險的必要措施 堆焊的磨輥存在使用年齡即壽命的問題。要想磨輥使用壽命長，需要兩方面配合，一是使用者的正確使用，另一方面是堆焊質量的保證。 1、在使用方面 1）、安裝過程中，盡可能通過試裝配使輥套與輪轂在柱面上能同時接觸，當出現接觸不良時，應進行修刮保證良好接觸。 2）、在開停磨時，要嚴格按照技術規范控制升降溫時間和開磨門時間。 3）、在日常生產中，當出磨成品的水分≤0. 8%且不影響窯磨系統風量平衡的情祝下，盡最降低入磨氣體溫度。 4）、控制入磨物料配比和粒度，盡量避免立磨生產中的強烈振動。 5）、制訂磨輥引入和退出機制，確定合理的更換周期和在線堆焊次數。 2、在堆焊過程中： 1）、焊前對母材進行超聲波檢測探傷和磨損量的檢測，排除有缺陷的零件； 首先是堆焊前對工件的磨損狀況進行檢查，檢查結果直接決定工件的可焊性，這就是焊前探傷、磨損量的檢測，探傷是對磨輥本身的狀況能夠有個清楚的診斷。對堆焊前后的所有項目進行檢驗，如硬度檢測、著色探傷、磁粉探傷、超聲波探傷等。在焊前用著色劑將工件表面著色，以及使用超聲波檢測手段檢查磨輥/襯板是否有裂紋、鑄造缺陷、局部磨損等異常，做好原始記錄。如有鑄造缺陷或局部磨損現象，則先進行缺陷或局部磨損的修復。如果有些工件本身已經有比較大的缺陷，例如貫穿性的裂紋或者局部磨穿等，堆焊再制造的風險就比較大，就應該考慮是否值得修復。 母材本身的特性也會直接決定焊后耐磨件的使用特性和壽命，例如母材的韌性、母材本身是否存在裂紋、母材與堆焊材料的熔合性等等。 2）、根據母材成份選擇合適的堆焊材料； 3）、制定科學合理的堆焊工藝和嚴格規范的操作規程； 4）、控制焊補高低不平時的引弧和滅弧:通過設備自有的高度跟蹤來自動實現局部磨損嚴重部位的堆焊修復； 5）、堆焊質量檢驗及保證: l 耐磨件舊品的基體材質成分、表面硬度、結構尺寸、磨損型線、堆焊前探傷情況的記錄； l 堆焊材料質量合格證明書； l 耐磨件堆焊工藝評定報告、堆焊工藝措施或作業指導書； l 耐磨件堆焊再制造后的外觀檢驗和成品尺寸記錄； l 堆焊層的硬度檢驗、無損檢驗等報告。 l 耐磨件出廠前，應根據需要在堆焊表面涂防銹漆。 l 堆焊好的耐磨件應存放在干燥、平整、堅實的場地，場地要有可靠的防雨措施。 l 出廠的堆焊件應附有合格證，合格證上必須注明以下事項：堆焊件的名稱、工號、重量及數量； l 堆焊技術文件應及時編制和存檔。 三、實施堆焊工藝流程 施工準備→清洗→秤重→染色探傷→磨耗測量→上機臺→焊補第一道，檢測牢固度→焊補第一面，檢測牢固度→進行堆焊至原尺寸→下機臺，整修，防銹處理→假安裝，上漆再檢驗尺寸→秤重，包裝。 四、具體實施步驟 1、施工準備 1）、制定耐磨堆焊工藝，堆焊工藝設計應包括的內容： 堆焊工藝參數包括焊材直徑、焊道寬度、堆焊速度、堆焊量、焊接電流、電弧電壓、層間溫度、焊絲伸出長度和傾角、硬度、堆焊厚度偏差值、圓形磨損件焊后橢圓度、裂紋允許深度與長度、邊緣堆焊留量以及工件溫度等。 2）、堆焊工藝的要求 2.1 形成均勻的龜裂紋及防止堆焊層剝離。 2.2 采用低溫冷焊方式，堆焊過程中要嚴格控制層間溫度。 2.3 防止堆焊層的硬度不符合要求。 2.4 防止堆焊零件變形。 3)、耐磨堆焊工藝控制 合理的堆焊修復工藝是達到立磨磨輥/盤瓦堆焊修復效果的關鍵。根據磨輥/盤的不同磨損情況和實際工況要求，合理設計和選擇耐磨堆焊工藝，以達到最佳的堆焊修復效果。 3.1做局部堆焊，采用單向堆焊方式將磨輥凹坑填補平整，補層應有適當的橫向裂紋，以釋放焊接應力； 3.2 以自動焊方法堆焊至規定尺寸； 3.3在整個堆焊過程中，焊縫層間溫度應嚴格控制； 3.4堆焊注意事項:避免過度稀釋；硬面層必須建立橫向裂紋，以釋放焊接內應力；焊層不宜進行火焰切割及機械加工；對于產生的焊瘤應及時用電弧氣刨清理平整。 2、焊前對母材進行滲透探傷（或磁粉探傷）、超聲波探傷等方式對基體進行檢測，，排除有鑄造缺陷的零件（當耐磨件舊品存在貫穿性裂紋、局部基體被磨穿、基體厚度過薄等可能導致其整體失效的缺陷時，不宜進行堆焊再制造。）。 3、磨輥修復前的表面處理 1）、為防止焊接過程中產生氣孔，利于根層熔合，堆焊前需利用氧乙炔火焰烘烤磨輥表面以消除滲進龜裂紋中殘存的生料粉及油污等雜物； 2）、用鋼絲刷或角向磨光機除去磨輥表面的銹蝕層； 3）、處理磨輥上的磨坑 在磨輥嚴重磨損處或原堆焊層脫落嚴重處，采用碳弧氣刨的處理，使其環向不圓度和不平度滿足自動焊接要求。對個別較深磨坑，可用EDZCr- B -03 /EDZCr - B一16型高鉻鑄鐵焊條手工電弧焊補平，施焊時宜多層、多道、分段退焊，運條速度要快，層間溫度低于200℃，每焊完1道，用小錘敲擊焊道金屬，以免堆焊層脫落或剝離。 3、磨輥的裝夾 磨輥修復時，先應將磨輥裝夾在事先準備的夾具中，夾具安放在可旋轉的轉臺上，調整磨輥的中心線，應與轉臺軸中心重合，以利于磨輥焊圓。 4、磨輥的堆焊 堆焊的特點在于它不是把兩個分離的部件連接在一起，而僅僅是在焊件表面施焊一層熔敷金屬，因此其工藝要求有3點： 1）防止堆焊層的裂紋及剝離 堆焊后的焊縫金屬硬度大、塑性低，尤其當堆焊金屬成分與基本金屬成分相差比較大時，金屬的線膨脹系數較大，從而引起相當大的內應力，使堆焊層金屬在堆焊后的冷卻過程中容易產生堆焊層裂紋及剝離（堆焊層金屬從基體上剝落下來）。 防止的主要辦法是設法減小堆焊時的焊接應力，具體方法是控制層間溫度，焊后緩冷，必要時，用碳當量低、韌性高的焊材作為打底層，使堆焊層與母材隔離開來。 2）防止堆焊層的硬度不符合要求 堆焊層的硬度依靠堆焊層的合金成分來獲得，而合金成分來自焊接材料（焊條、焊絲、焊劑）而不是母材。所以堆焊時，希望熔深淺、熔合比小，因此不宜采用大電流。由于母材對焊縫金屬的稀釋，所以堆焊第一層時硬度往往偏低，其余各層硬度逐漸提高，一般在第三層后硬度基本不再變化。 3）防止堆焊件變形。 4）溫度控制 焊接層間溫度控制在60～100℃，可快速消除焊接后內應力，防止磨輥變形，降低焊接熱應力，真正實現冷焊，降低堆焊失效的風險。 注意：表面堆焊的焊接過程是一個“冷”過程，絕對不能事先預熱，而且在焊接過程中基體金屬溫度必須≤100 ℃。焊接后剩余應力的大小很大程度上取決于堆焊中產生的裂紋狀況和對傳入基體金屬內的熱量控制。堆焊過程中產生的分布均勻的裂紋，可以消除不同材質之間的收縮應力。但如果輥子內存在鑄造剩余應力，那么堆焊時產生的裂紋就有可能延伸至基體的內部，這種輥子就不能采用表面堆焊處理。 另必須要認識到，基體和焊接材料之間的結合不是熔焊結合。硬化層它更像是一種覆蓋層，結合層的強度僅夠保持硬化層能覆蓋在基體表面上。 5）焊接工藝參數 磨輥明弧堆焊典型焊接工藝參數如下:焊絲直徑為 mm；電源極性為直流反接；電流為 A；電壓為 V；下伸長度為 mm;焊接速度為 mm /m in；層間溫度為室溫 ℃；焊后處理為跟蹤水霧冷卻。 五、磨輥堆焊注意事項 磨輥堆焊時，應注意:(1)堆焊第1層的速度應略慢;焊接次序從磨損最嚴重處開始補焊，逐步堆焊到磨輥設計尺寸。(2)采用分層堆焊，焊完1層再焊下一層，后一焊層的焊道安排在前一焊層的2焊道之間，同一焊層的每一焊道壓住前一焊道的40%左右。(3)應選擇合適的焊接工藝參數，這樣可減少飛濺，改善焊道成型使其美觀，施焊時需注意調整焊接工藝參數。(4)對磨損嚴重部位宜采用耐磨性好的焊絲。(5)為降低層溫，便于連續堆焊，提高焊縫表層硬度，明弧堆焊時，焊道用水霧跟蹤冷卻;若溫度太高時，可采用表面少量噴水，以降低層溫，提高焊縫硬度。(6)焊道表面出現分布均勻的致密龜裂紋為應力釋放所致，微裂紋雖降低了焊縫的強度，但有利于避免磨輥在使用中出現堆焊層脫落和剝離現象；因此，允許存在致密龜裂紋，但堆焊層不得有貫穿性裂紋和密集氣孔等缺陷。 六、全過程要進行嚴格的質量檢驗和對操作規程的管理 1、對堆焊過程采用自檢、互檢、專檢的方式進行全流程控制。質量的控制原則是： --未經檢驗和檢驗不合格的原材料不得使用； --未經檢驗和檢驗不合格的產品不得轉序； --未經最終檢驗并判定合格的產品不得出廠。 2、堆焊操作工人經過嚴格培訓和考核后方能上崗，并且必須嚴格按照操作規程和工藝施焊。定期對焊接操作工人進行崗位知識培訓和操作考核，從一點一滴做起，保證每個生產環節都能滿足修復要求。 3、堆焊質量及尺寸要求 立磨磨輥、磨盤等高耐磨、中低沖擊應力耐磨件的堆焊層可存在一定數量的橫向裂紋，不應存在貫穿性裂紋和密集型氣孔等缺陷，表面平均硬度不小于HRC55。 4、堆焊工藝評定應進行的檢驗項目包括焊道外觀檢查、無損探傷、硬度檢驗等。 5、耐磨件的堆焊層與基材應有良好的熔合性，且表面平整，無明顯的焊瘤和飛濺。焊道應平整光滑。 6、對堆焊后檢測的要求 堆焊后的耐磨件成品應逐件檢查。檢查項目包括堆焊層的尺寸、形狀和裂紋，并進行基體滲透探傷和硬度檢驗。 檢驗方法 6.1 采用目測的方法和專用量具檢測外觀及尺寸。 6.2 無損探傷檢驗應按GB/T 9443-2007、GB/T 9444-2007、GB/T 7233.1-2010或GB/T 6402-2008的規定。 6.3 硬度檢驗 6.3.1 耐磨件硬度檢驗應按GB/T 230.1-2009規定。 6.3.2 耐磨件硬度檢驗時測點不應少于3處，每處測量3次，取其平均值。 6.3.3在實際耐磨件上堆焊10層以上時，按照5.4.2的要求檢測到的洛氏硬度平均值，可比在試板上測得的硬度值低HRC3～HRC5。 6.3.4用手持式硬度儀在耐磨件上檢驗硬度時，允許按照30%測量值剔除檢驗到的低值。 七、拆換磨輥及磨盤襯塊的最佳時機的依據： 將磨耗與耗電的情況形成記錄，進而加以分析，如此將容易得到當最大磨耗達到什么標準時必須拆換。通過分析生料磨磨輥的磨損情況對電力消耗量的影響和關系，從中得出更有效益的生產管理方法，使我們的生產操作工藝、功能更加優化。 為了研究方便，我們把輥面磨損在0～39mm范圍內的工作期稱為磨損初期；磨輥的輥面磨損在40～79 mm范圍內稱為磨損中期；磨輥的輥面磨損在80～99mm范圍內稱為磨損后期；磨輥的輥面磨損在100mm以上稱為過度磨損期。 結論 （1）在MPS立式輥磨研磨水泥原物料時，隨著輥面磨損量的增加，生料磨的平均臺時產量有所下降，同時單位電耗增加，研磨效率降低，特別是輥面磨損過大時(>80 mm)，應避免高電耗狀態運行。 （2）根據磨輥輥面的磨損量，科學適時選擇磨輥襯板更換時機，及時更換磨損的襯板，避免過度磨損而造成襯板報廢，應更為合理經濟。 （3）利用生料磨輥面的磨損規律，采用堆焊修復的方法，延長了磨輥輥面的磨損初期、中期、后期階段，使生料磨分段按磨損規律優化生產操作，杜絕在輥面過度磨損期使用，達到節約電力的主要目標。 （4）該磨輥襯板的成功堆焊修復使用，為同類立式磨機的堆焊修復輥皮、輥胎，提供了極好的經驗。 八、實施硬面再生焊補的方法 1、在線施工 此法是磨損后的磨輥或磨盤襯板無須拆下，而將堆焊設備在現場架設實施堆焊修復。 此法的優點是無須拆換，所以可以省下部分拆換費用。 此法的缺點是如果工作量太大，則停機的時間會加長，使得停產損失增加。在線施工因工作條件不理想，且對磨損后的母材無法做全面的檢查，更加大了斷裂(包括施工中及運轉中)的可能性，風險很大，所以最好不要采用。一般用在不得已的情況下。 2、離線施工 此法是將磨損后的磨輥或磨盤襯板拆下來運輸到堆焊企業工廠實施堆焊修復。 此法的缺點是磨輥或磨盤襯板必須拆下，增加了拆換費用。 此法優點有三: （1）無論多大的堆焊工作量，更換下來實施離線施工都不會影響停機時間，也不會造成任何多余的損失； （2）磨損后的磨輥或磨盤襯板拆下來后可以詳細檢查母材是否存在裂紋，以減少斷裂的風險； （3）離線施工的品質可以得到保證，施工中根據原圖尺寸，以全面的施工工藝及技術為基礎，保證磨輥或磨盤襯板的真圓度和平衡性，避免在使用過程中因震動過大而導致磨機損壞的情況發生，同時也能節省電耗。
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