硬面堆焊之探讨及其在水泥工业之应用

高铬铸铁是目前使用于磨辊及磨盘衬块最理想之材料，其原理是由于较高含量的碳及铬在高温下生成Cr7C3散布于铁基之中，而同时铁之组织也随之发生变化，大部分形成马氏体，因而变为一种相当耐磨之结构，在20世纪80年代此种材料被广泛应用于立磨上。开始被电厂、水泥厂应用于磨煤机上，由于立磨相较于球磨机具有相当多的优点，如占地空间少，噪音较小，节省能源，故逐渐取代了传统的球磨机，90年代水泥设备制造厂，开始用于生料磨及水泥磨上。立磨之维修较为困难，而其大部分的维修都是由于磨损而引起的，而此期间水泥生产大型化之进度更是一日千里，随着磨料之增加，磨损情况也更进一步的加骤。高铬铸铁是目前使用于磨辊及磨盘衬块最理想之材料，其原理是由于较高含量的碳及铬在高温下生成Cr7C3散布于铁基之中，而同时铁之组织也随之发生变化，大部分形成马氏体，因而变为一种相当耐磨之结构，在20世纪80年代此种材料被广泛应用于立磨上。开始被电厂、水泥厂应用于磨煤机上，由于立磨相较于球磨机具有相当多的优点，如占地空间少，噪音较小，节省能源，故逐渐取代了传统的球磨机，90年代水泥设备制造厂，开始用于生料磨及水泥磨上。立磨之维修较为困难，而其大部分的维修都是由于磨损而引起的，而此期间水泥生产大型化之进度更是一日千里，随着磨料之增加，磨损情况也更进一步的加骤。在此期间硬面堆焊之技术也有显著的进步，其原理与高铬铸铁完全相同，只是将高含碳量及含铬量之焊条或焊丝利用电焊之方法而生成Cr7C3，而由于工艺上之不同，利用电焊的方法可以有较高之含碳量（铸造时约为3%，电焊约为5%）及含铬量（铸造时为15-25%。电焊时为25%-30%），所以其硬度比铸造品高，且由于冷却时间很短仅需几秒钟（铸造需几小时）故所生成之Cr7C3之金相组织远优于铸造品，进而耐磨性会增加很多。当电焊进行时，由于空气中含有大量的氧，必须加以隔绝，否则必生成Cr2O3而非Cr7C3，因此为了隔绝空气中的氧，一般有以下三种方法：

一、埋伏焊：此法于施工时在焊物体上覆盖一层砂，可以隔绝空气中的氧。

二、气体保护焊：此法在焊枪口加上一个环套，而导入与焊丝不产生化学变化的气体（如CO2、N2、A等）以隔绝空气中的氧。

三、自保护明弧：此法于焊丝之药剂中加入可产生自保护气体之化学物，以隔绝空气中的氧。

上述三种方法之区别，埋伏焊和气体保护焊一般需将焊物体预热至200℃—300℃，否则焊道与母材之牢度不足，另此二法在焊道外层会形成壳状物，此壳状物必须敲掉，否则进行第二层焊接时无法牢固，影响品质甚巨，而自保护明弧焊一般采取冷焊（即无须预热）且不生成壳状物，工艺上较为简单，无须任何保护与敲壳动作，所以施工中较不易造成人为的失误，且因施工时温度较低，故产生Cr7C3之金相组织较理想，因而其使用寿命会较长。

硬面堆焊之优劣取决于下列三个条件：

一、焊丝（或焊条）

焊丝之品质是影响堆焊之最主要条件，就目前而言，使用欧洲生产之此类焊丝品质较佳，国产之焊丝在下料填充时较不均匀，焊丝接缝不密合（导致漏粉现象），再加上配方较为不理想，所以其产品远不如欧洲之产品，寄望于国内焊丝制造厂加紧研制与改良。

二、工艺技术

堆焊时的施工步骤与方法相当重要，如处置不当，将导致于运转时产生崩落，促使磨轮发生跳动，粉磨效率下降，严重时则损坏设备，使整条生产线停产，后果相当严重。

三、员工素质

由于磨机之磨辊和磨盘衬块其磨损面相当不规则，大多呈犁沟状，所以堆焊时员工之技术水平与敬业精神就相当重要，否则完工后，如真圆度不佳或表面高低落差过大时，均会影响运转效率，浪费能源，甚至损坏磨机主体，所以如何训练员工提高其技术水平与耐心，从而堆焊出高寿命高效率之产品，就值得业界之经营者深思之。

总之硬面堆焊是一门非常专业的行业，国内有很多的磨机使用单位成立了第三产业从事磨辊和磨盘衬块的焊补工作，笔者百思不得其解，因为良好的焊补不仅可以延长使用寿命，降低维修费用，另外可以降低电耗量节省能源，此点是大家所忽视的，根据笔者的经验良好的堆焊能源节省的金额甚至超过其焊补费用，所以将堆焊修补工作交付专业的厂家去完成才是正确的选择。

笔者于1989年在台湾成立上庆栗本钢铁工来股份有限公司的，采用最先进的自保护明弧焊法，专门从事磨辊及磨盘衬块的硬面之焊补，又于1993年开始研究制作碳化铬复合式耐磨钢板UP-PLATE，于1995年正式推出。很快就占有台湾的全部市场。1998年开始拓展海外市场，目前已外销50余国家，同年并将此UP-PLATE耐磨板引进国内，广泛的应用于严重的磨损部位（如下料溜槽、管道、选粉机之导向叶片、风机叶片、壳体等），另于2001年在昆山成立昆山惠丰耐磨工业有限公司，从事磨辊及磨盘衬块之堆焊修复施工。由于产品之优良、诚信之服务，截至目前已拥有广大的水泥厂用户，其中大都为大型水泥集团（如海螺集团、华新集团、三狮集团等）。此外为改进高铬铸铁制作的磨辊与磨盘衬块易断裂之缺点，同时开发硬面堆焊之新品磨辊及磨盘衬块铸造堆焊，其方法是以高拉力钢为铸造材质，并预留耐磨面以硬面焊丝堆焊之，此种新品具有相当多的优点，其中最重要的是不易断裂，可以重复修复使用，大幅的降低维修费用，增加了使用效率，此项业务目前已推广至海外市场（如日本UBE公司产品、Polysius公司产品、德国Loesche公司产品等）。

立磨磨辊及磨盘现场硬面堆焊浅谈

目前，国内大部分水泥企业为了节约成本及提高效率，逐渐接受磨机内磨辊及磨盘衬板旧品采用表面硬面堆焊修复技术。的确，表面硬面堆焊修复技术能给水泥企业带来具大的经济效益，无论从生产效率的提高上，还是能源的节省方面，硬面堆焊的成本相对于堆焊所体现的价值来讲是微不足道的。　从笔者所在公司在国内第一次引进表面硬面堆焊技术开始，到第一次大胆尝试堆焊各种型号生料磨磨辊及磨盘的成功，国内表面硬面堆焊市场逐渐呈现欣欣向荣的景象，同时全国各地硬面堆焊厂家也因此应运而生，硬面堆焊市场也出现了鱼目混珠的现象，有些堆焊厂家标榜其产品质量可以达到2倍~3倍，实乃因该厂家不够专业，这类堆焊厂家过度的吹嘘和技术的不成熟，造成了水泥企业望洋兴叹，不知道如何做正确性的选择。有的水泥企业索性就以摸石过河的方式选择堆焊厂家，仅以价格低、焊丝是进口的就做出了轻率的选择，结果，磨机磨辊或磨盘在水泥生产运行过程中出现耐磨层剥落、磨损过快，更有发生断裂的情况。虽然这种情况出现的概率不高，但是，它出现所产生的后果却是无法估量的，将会是得不偿失。笔者就曾亲身经历过这种事件：山东省某水泥厂生料磨型号为日本UBE公司UM50.4N，其磨机磨辊磨损严重了，因之前没有购置备品，于是，想到了现场硬面堆焊磨辊，选择了某堆焊厂家进行现场堆焊修复施工，停机——架设焊接设备——开始焊接，当堆焊了约5~7mm厚度时，磨辊发生断裂，现场堆焊人员已不敢再进行堆焊了，水泥厂磨机也无法正常运转。停产的损失具大，进口新品已经来不及了，于是，这家水泥企业找到了笔者公司，经过努力，某水泥厂借用了一套同型号的旧磨辊，并在笔者公司进行了紧急堆焊后运回了工厂安装，磨辊运行情况良好，无任何意外发生。　其实，表面硬面堆焊并非一项简单的工程，适合的堆焊材质、优质的焊丝、专业的技术、稳定的设备、严谨的施工人员，这五项缺一不可，哪一项不达标都有可能出意外。特别是现场硬面堆焊施工，虽然可以节省备品，且施工时间短，但出现意外情况的概率却很高。笔者在此对现场硬面堆焊施工的缺点作一列举。

•现场施工场地限制。现场施工因磨机内部狭小，特别是煤磨，设备架设不方便。

•设备架设复杂。堆焊磨辊时，因要针对每种型号磨辊制作和架设不同的传动装置及辅助设施，且架设与调整颇费周折与时日。

•时间限制。一般水泥厂检修停机时间短，约在10日以内；一支焊枪每小时熔焊量仅为7~8Kg；焊机架设调整与拆卸约需40小时；因磨辊与磨盘无法同时施焊，假设二件磨辊磨损量为1000Kg，磨盘磨损量为800Kg，则堆焊完磨辊与磨盘共需时间约为8日（正常情况下）。这些只是理想情况下的堆焊，而一般现场堆焊受很多条件的限制，堆焊进度则会大打折扣。

•品质无法保证。无论堆焊厂家多么优秀，现场硬面堆焊时焊接质量仍然无法达标。因时间与条件的限制，现场堆焊时，技术人员无法按正常的工艺来操作，对于产品的真圆度无法保证；且产品表面杂物无法完全清理干净，高低落差大时，基层熔接牢固度更差，会产生虚焊现象，直接影响到产品使用寿命。

•电耗增加。由于现场堆焊真圆度差，设备运行时会因失衡而产生振动，影响设备正常运转，严重时还会造成设备损坏，同时失衡也造成了电耗增加，大约会增加5%~8%左右，如此算下来，每年电费会增加几百万元。

•产品材料自身缺陷无法完全检测出来。国内大多数立磨磨辊均为高铬材质，因铸造工艺有瓶颈，铸造的产品自身应力存在，装配在磨机内部后，受安装设施的影响，应力更是有增无减，而现场堆焊施工时前所做的染色探伤却无法全面检测表面的裂纹，此时，若是强行施焊，焊接材料所产生的应力会导致磨辊产生断裂。

•现场施焊成本高。现场堆焊既要制作辅助设备，又要安排人员食宿行及补贴，如此算下来，现场堆焊的价格会比正常运往堆焊厂家工厂堆焊价格高约30~50%。

笔者上面所提到存在的问题只是一部分的缺点，在此无法一一说明。仅以此警示水泥企业的相关人员，现场实施堆焊工程因小而失大，须慎之又慎。

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