辊压机棍面耐磨层堆焊修复

贵州矿山机械设备制造维修给大家介绍辊压机棍面耐磨层堆焊修复

功能介绍 表面工程新技术，应用，热喷涂与冷喷涂设备、工艺、材料、应用；堆焊喷焊工艺应用；激光熔覆工艺应用，装备再制造等技术交流。

攀枝花市钢城集团瑞达水泥有限公司生产线采用目前较为先进的CLF180100-D-DS大型辊压机，该机有固定辊和活动辊两个碾压辊，采用液压系统提供的挤压力使固定辊与活动辊之间的压力达到几百吨甚至上千吨，使物料在封闭的空间内相互挤压，贵州矿山机械设备制造维修形成高压料层粉碎，达到产量高、噪音小、高效节能。被广泛应用在物料破碎、粉磨等生产中。辊压机物料破碎工作原理如图1所示。

辊压机两个碾压辊面的高强耐磨层的设计磨料量为400万吨。高强耐磨层是在300mm厚的45号钢的空芯辊套上堆焊20mm±2mm的高强度、高硬度、高耐磨度的堆焊层。

由于是新建厂，操作工的操作经验不足，因上级石灰石锤式破碎机的无磁性锤头脱落，生产线的磁性除铁器未检测到，破损的锤头直接进入到辊压机。而辊压机的工作原理为：挤压后未达到粉碎粒度要求的物料，又要经过斗式提升机送入压力稳流仓内，再次进入辊压机。造成了在短时间内无数次地通过辊压机碾压。待发现时，辊压机的两个辊面整个耐磨层70%被损坏，剥离面积大的部位伤及到了辊套（母材），属重大设备事故。按照要求需要返制造厂大修，这给生产企业造成了很大的资金浪费。为使辊压机能尽快修复，投入使用，经过查阅资料，请教该设备生产厂家的技术人员，贵州矿山机械设备制造维修决定采用在线堆焊进行修复。但一般的在线修复是针对原有的打底过渡层和缓冲层没有受到破坏，只对硬面层磨损而采取的堆焊修复措施，技术要求相对较低。而本次的在线大修是一个要清除全部耐磨层，直接在300mm厚的45连铸钢辊套上重新堆焊出打底过渡层、缓冲层和两层硬面层，一层花纹层，总厚度为20mm的3种不同金属焊道的大修堆焊技术，因此本次在线大修的技术难度非常大。

辊压机两个碾压辊面原堆焊材料为2Cr13，配用HJ260，采用埋弧自动焊进行堆焊，堆焊后组织为马氏体。马氏体本身具有脆性，再经过两次高温回火（打底层和盖面层各1次），造成碳化物聚集、长大，降低了基体强度，增加了脆性。硬化层和花纹层采用混合焊剂，堆焊时通过焊剂向熔敷金属过渡合金元素，提高了堆焊的强度和硬度，但也加大了材料的脆性，容易产生裂纹和剥落。基于以上原因，在辊压机生产厂家技术人员的技术指导下，我们决定不采用埋弧焊进行堆焊，而采用药芯自保护焊丝在线自动堆焊修复技术。通过合理的选材，采用正确的焊接工艺，成功解决了该项技术难题。

1 焊接性分析

CLF180100-D-DS辊压机采用45#连铸钢辊套，其厚度为300mm，辊子的直径为1800mm，辊面宽度为1000mm。对这种大直径、大厚度的空心辊堆焊时会产生很大的焊接应力，且焊接残余应力也很大。焊接应力很容易使辊面堆焊的高硬度耐磨材料剥落，或焊接残余应力在工作时与工作载荷叠加造成堆焊耐磨层剥落，使挤压辊损坏。因此必须从焊接材料选择及在焊接过程中采用严格的工艺措施，才能保证焊接质量。

2 焊接材料的选择

2.1打底过渡层焊接材料

由于辊面损坏严重，第1层，即打底过渡层，是在45#连铸钢的空芯辊套上堆焊出既能与45钢很好连接，又能与缓冲层很好过渡的堆焊层。通过辊压机生产厂家技术人员推荐和查阅资料，我们选用了德国克虏度Corodur 250K药芯自保护焊丝，这种焊丝的焊道金属为高锰铬合金奥氏体材质，具有防收缩、抗应力强及高冲击负载性能，与45钢有很好的熔合性，是理想的打底过渡层焊道金属选材。克虏度Corodur250K 焊丝的化学成分见表1。

2.2缓冲层焊接材料

第2层焊道堆焊层即缓冲层，由于辊压机工作时两个相对运动的辊面会受到50～300MPa的挤压力，缓冲层自身具有较强的抗挤压性能和极强的抗裂性，能有效的缓解辊面的挤压力，保护硬面层和花纹层。在打底层和硬面层之间起到一个“桥梁”的作用，它能与打底堆焊层良好的过渡联合，我们选用了Coroloy520w药芯自保护焊丝，其化学成分见表1。

Coroloy520w是耐高温镍基合金自保护药芯焊丝，堆焊层焊道与打底层的焊道金属和硬面层的焊道金属都有较好的焊接性能。在冲击压力负载和高温下，几乎不会产生变形，堆焊焊道具有耐热、耐磨损、抗氧化的特殊性能，硬度可达到45HRC，所以选择该焊丝作为缓冲层可有效的起到辊面耐磨层的整体抗压抗冲击的作用，更为下道焊道（硬面层）起一个过渡桥梁的作用。

2.3硬面层焊接材料

硬面层也是辊面耐磨堆焊层的最关键焊层，贵州矿山机械设备制造维修主要的耐磨工作都是由硬面层这一层耐磨“外衣”完成的。硬面层的焊道金属要具有较高的硬度，一般要求硬度为60HRC以上和较强的耐磨能力。原料辊压机主要承担原矿石的粉磨，在运行过程中温度不高，只要生产工艺控制好，不进入钢、铁、玻璃等较硬杂物，辊面的磨损主要来源于石灰石内硬度不高（石灰石的硬度为26HRC）的料层磨损，这对我们的选材提供了优越的条件。也就是说堆焊的焊缝金属硬度高，耐磨能力就跟着提高。只要避免了高温产生的热拉伸应力，而造成堆焊层剥离，选材的范围就宽广的多。考虑要与缓冲层有很好的熔合性，我们选择了Corodur 60药芯自保护焊丝，其化学成分见表1。

Corodur60是含碳、铬、铌合金的自保护药芯焊丝，焊道中含铬、铌碳化物，焊道金属不可机械加工，最高可焊3层焊道，堆焊焊道的硬度可达到55HRC，由喷雾水冷却，焊道的硬度可达到61～63HRC，所以选择该药芯焊丝作为硬面层和花纹层的堆焊，可有效提高辊压机辊面的硬度和耐磨度

4 在线堆焊修复

4.1辊压机辊面耐磨层修复工艺流程

4.2焊前准备

（1）因采用的是在线堆焊修复，为防止设备的误操作造成人员的安全事故和焊接时击穿损坏设备的电源系统造成设备损坏事故，先要彻底断开辊压机的所有电源。

（2）将辊压机上顶、前后两面的人孔门全部打开，采用空气等离子切割机将受损后剩余的耐磨层全部清除，直到露出辊套的基本金属为止。

（3）采用手持砂轮打磨机和角向磨光机将等离子切割后留下的棱角磨光，直到露出辊套的金属光泽，并认真测量辊套的圆度和平直度，清除辊套的金属粉尘、油污等。

（4）裂纹检测：用着色探伤法对打磨好的辊套进行裂纹检测，辊套上无明显的裂纹，可进入预热工序，否则进行挖补修复。

（5）自来水管、压缩空气、焊机、焊丝、预热所需的氧、乙炔气枪表、送丝机行走平台的建立等工作准备充分。

主动轮辊和从动轮辊两个辊子的上述准备工作全部做好达到施焊要求，预计需要3天的时间。

4.3 焊前预热

打底层和缓冲层的焊道金属为奥氏体材质和高温镍基合金材质，在堆焊过程中和焊后有可能产生裂纹。而45#连铸钢辊套的厚度达到300mm，解决打底过渡层和缓冲层中出现了裂纹和剥离现象是堆焊操作的重点。我们采用了焊前预热（预热温度100±5℃）和焊后缓冷措施（即焊缝焊接后还具有一定温度的时候用预热火焰将其加热至100±5℃），预热措施一直进行，达到焊接层缓冷的目的，同时也是第2层焊接层预热的目的。进入第2、3、4层焊接，有效的解决了堆焊过程中产生裂纹的难题。

4.5在线堆焊操作要点

辊压机自动堆焊如图4所示，焊接小车在棍面上作直线运动，自动焊枪向前施焊的过程中同时采用大幅度的左右摆动，形成35～40mm宽的焊道，其目的是在左右往复摆动过程中焊接熔池的边缘与中部温度梯度减小。整个熔池的流动性在电弧的搅拌作用下提高，化学成分均匀性得到改善，提高焊道金属、母材与其他堆焊焊道的熔合性能，防止剥离和裂纹的形成。

最后一道花纹层焊后的水雾冷却是本次在线大修确保堆焊耐磨层使用寿命的关键工作。由于采用焊前预热，焊后缓冷，确保层间温度的同时，也使整个多达5层的堆焊金属中产生焊接应力，为释放耐磨堆焊层中的焊接应力，提高花纹层的淬硬硬度，采用了在焊缝金属温度控制在300～350℃的时候对最后一道花纹层进行喷雾冷却措施。喷雾的效果要达到喷出来的水雾像水蒸气一样，在手背上试，能看见汗毛结成露珠即为合格水雾。喷雾时以焊道温度从300～350℃在5分钟内降至100℃不滴水为最佳。喷雾后焊道金属冷却到室温后，肉眼能看到花纹层形成细小不规则的裂纹，硬度达到60HRC以上为合格。

(水雾冷却主要是达到两个方面的目的：①由于整个堆焊层连续堆焊了5遍，而前4层的每一遍都采用了焊前预热和焊后缓冷的工艺措施。到了花纹层时，堆焊金属层中不同程度的形成了一定的焊接应力，给以后的使用留下了隐患。在焊道金属空冷至300℃时，喷水雾速冷，达到使花纹层形成细小的龟裂纹，将整个连续5遍堆焊金属焊道中的焊接应力释放出来，保证安全使用。②硬面层和花纹层采用的自保护焊丝，焊道金属自身的硬度为55HRC。通过喷水雾速冷，本身也是一个让硬面层和花纹层“淬硬”的工艺措施。通过喷水雾后使最表层的花纹层的硬度达到60～65HRC，使整个耐磨堆焊层达到最理想的硬度和耐磨度。)

为防止45钢辊套在切除剩余耐磨层时增碳，我们放弃了用碳弧气刨清除剩余耐磨堆焊层，而采用等离子弧对剩余的耐磨堆焊层进行切割，这样的好处在于切割质量高，减少了手持砂轮的磨屑量，防止了45号钢增碳而造成剥离事故的发生，提高了工作效率，减少了劳动量。

4.6 在线堆焊技术

4.6.1打底过渡层的堆焊

采用氧、乙炔气4套大号烤枪对待焊的辊子进行预热。因辊压机的辊子直径为1800mm，宽度为1000mm，采用全明弧自动堆焊，就需要采取遮光措施，在行走小车的两侧加装遮光板。预热区放在遮光板的外面焊接区的前端。一把烤枪的预热为弧长500mm，宽度为450mm的面积。预热温度为100±5℃，控制温升每小时不能超过30℃，预热温度达到100±5℃时，将辊子向前转动到自动堆焊小车下面开始施焊，待小车焊接完一整个辊面的一周，转动辊子，大约60°角为下一道堆焊层的起焊位置，这样使每一层起焊位置都错开60°～70°。将下一个加热好的预热圆弧面转到小车下，继续第2层施焊。

堆焊过程中要随时用接触式测量仪检测预热的温度，通过电焊面罩观察焊道的成形情况，高低、宽窄情况，电流、电压的匹配情况，焊丝伸长度是否合适，并做到随时调整，直到整个辊面焊完。

4.6.2缓冲层的堆焊

打底层堆焊完成后，应更换成缓冲层的药芯焊丝，按表3调整好堆焊工艺参数，继续堆焊缓冲层，操作人员可采取倒班作业的方式，一定要注意的是该层焊道需要布置在打底层焊道与焊道的中间。起焊的位置要向前错开60°～70°，预热参数与打底层相同。

当每一条焊道到头时，辊子转动的尺寸要严格加以控制，确保每一道焊道都要布置在打底层焊道的中间位置，而且焊道与焊道之间交合搭接要达到30%为宜。严格检测预热温度，确保焊道的预热温度。观察焊道的成形情况，随时调整好焊速、电流、电压和焊丝伸出长度，直到焊完。

4.6.3硬面层及花纹层的堆焊

硬面层分为两层焊完，花纹层是在两层硬面层上，焊道与焊道间留出一定间距，焊成“一”字形花纹，也是硬度和耐磨性能最高的一层，焊成“一”字形花纹的目的是像齿缝一样，提高物料破碎的效果。堆焊的方法为，当缓冲层堆焊完成后，更换成硬面层的药芯焊丝，预热温度不变，先焊硬面层的第一层焊道，焊道的宽度为4.5～5mm，厚度3～3.5mm，焊接速度75～85cm/min，值得注意的是硬面层两层焊道的焊接中，要利用十字臂架检测整个堆焊面的圆度，辊子两端的直径公差在两道硬面层焊完后要保证在2mm以内。预热的温度依然要严格的控制，第1层焊完后接着第2层的焊接。两层焊完，硬面层的焊道厚度约为7mm。上述的要求达到后，堆焊最后一道花纹层的焊道，花纹层的焊道厚度为3～3.5mm 宽度为4.5～5mm 焊道与焊道之间留出4～5mm的间距，形成“一”字形的焊道纹路。花纹层的堆焊关键是花纹层焊道焊好后，辊子往后转至遮光板后250～300mm的位置，焊道实际测量温度为300～350℃，要采用喷雾水枪向焊道喷水冷却，使焊道释出细小的裂纹，目的是释放出焊道中的应力，提高硬面层和花纹层的硬度。

两层硬面层及花纹层共3层，每层焊道的厚度3～3.5mm 共计焊道厚度为9～10.5mm，焊道宽度4.5～5mm。堆焊硬面层和花纹层特别要注意的是，焊接速度增快后的预热措施要跟上，确保预热温度稳定。喷雾水冷却的温度要控制在300～350℃的范围内，而且要与堆焊区隔开250～300mm的位置。防止降低焊接区的预热温度。整个耐磨层连续堆焊的时间约为80个小时一个辊，要严格做好交接班的记录和交底工作。堆焊后效果如图5所示。

4.7 堆焊修复过程注意事项

（1）焊前受损辊面剩余耐磨层的清除工作一定要认真、仔细。一是要确保剩余耐磨层全部清除干净；二是不能伤及辊套母材；三是打磨时要达到一定光洁度，露出辊套母材金属光泽；四是确保辊套两端的圆度，直径一致，辊套面平直。

（2）预热温度一定要严格把控，测温要选择多点检测，测温设备也要采用接触式温度仪（比红外线测温仪更准确些）。

（3）焊接工作一旦开始，不要间断，否则会造成能源的浪费，更重要是使堆焊的总体质量得不到保证。

（4）焊接和预热以及最后一遍花纹层的喷雾水冷却工作都是一个同时进行的交叉作业过程，堆焊又是采用的全明弧堆焊工艺，一定要做好遮光和隔挡措施，防止弧光伤人和喷雾水冷却时降低焊接区的预热温度，影响堆焊质量。

5 焊后质量检查

（1）辊面堆焊后，表面应无熔渣、弧坑、焊瘤、气孔以及贯通状裂纹等缺陷，否则为不合格。

（2）焊道平整光滑、细致、均匀，并平滑过渡到母材为合格。

（3）尺寸符合图纸原始尺寸的要求，利用基准十字臂支架找圆。不含花纹层厚度，辊直径的公差在2mm以内为合格。

（4）硬度检验时，应测量多点取其平均值，测点应不少于3处，每处测量3次，取平均值，平均硬度达到55～60HRC为合格。

（5）焊后在线运行平稳，设备时产不能低于原来的生产能力，在不发生“进铁”等事故的情况下，使用寿命不低于8000小时为合格。