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堆焊复合制造（立磨堆焊要点）堆焊复合制造（立磨堆焊要点） 这种耐磨件制造方法最大的风险就是耐磨层的剥落和工件的断裂。所指剥落一是耐磨层与母材铸钢间的剥离；二是耐磨层之间的剥离。一般耐磨层越厚剥落的可能性越高，要想降低剥落风险，在堆焊层厚度设计、焊丝的选择、施工工艺和施工操作上都需要严格控制。 一、堆焊失效与风险分析 堆焊失效形式包括疲劳、磨损、剥落和断裂，它包括的原因如下： 1、 磨辊运行周期过长引起辊身表面的冷作硬化并形成微裂纹后扩展； 2、 铸造缺陷：如裂纹、气孔、夹渣、缩孔等在运行和堆焊过程中会不断扩展，特别是在应力集中部位容易产生裂纹，发生局部掉块、脱落或者断裂现象； 3、 断裂失效与铸件在铸造过程中和热处理过程中产生的缺陷有直接关系，如残余的热应力； 4、 磨辊在运行过程中局部的接触不良会使磨辊在有配合间隙部位产生应力集中（从磨辊结构形状看，磨辊与轮毂的配合面是柱面配合。由于磨辊和轮毂的两对配合表面存在加工误差，磨辊与轮毂装配时就很难保证柱体同时接触，这种局部的不良接触会使磨辊在有配合间隙部位产生应力集中）； 5、 立磨生产过程中不但存在着粉碎大颗粒物料时的振动，而且在入磨热气体作用下，磨辊在开停磨时还受到温度变化的作用，使磨辊在热应力、热处理残余应力和粉磨力作用下，易在有铸造缺陷且磨辊与轮毂有配合间隙的部位发生断裂。断裂是从磨辊内侧向外侧扩展的； 6、 磨辊安装预紧力过大也是磨辊失效的原因之一； 7、 选择的堆焊材料及堆焊工艺不当引起堆焊过程中工件断裂。 二、避免和减少堆焊风险的必要措施 堆焊的磨辊存在使用年龄即寿命的问题。要想磨辊使用寿命长，需要两方面配合，一是使用者的正确使用，另一方面是堆焊质量的保证。 1、在使用方面 1）、安装过程中，尽可能通过试装配使辊套与轮毂在柱面上能同时接触，当出现接触不良时，应进行修刮保证良好接触。 2）、在开停磨时，要严格按照技术规范控制升降温时间和开磨门时间。 3）、在日常生产中，当出磨成品的水分≤0. 8%且不影响窑磨系统风量平衡的情祝下，尽最降低入磨气体温度。 4）、控制入磨物料配比和粒度，尽量避免立磨生产中的强烈振动。 5）、制订磨辊引入和退出机制，确定合理的更换周期和在线堆焊次数。 2、在堆焊过程中： 1）、焊前对母材进行超声波检测探伤和磨损量的检测，排除有缺陷的零件； 首先是堆焊前对工件的磨损状况进行检查，检查结果直接决定工件的可焊性，这就是焊前探伤、磨损量的检测，探伤是对磨辊本身的状况能够有个清楚的诊断。对堆焊前后的所有项目进行检验，如硬度检测、着色探伤、磁粉探伤、超声波探伤等。在焊前用着色剂将工件表面着色，以及使用超声波检测手段检查磨辊/衬板是否有裂纹、铸造缺陷、局部磨损等异常，做好原始记录。如有铸造缺陷或局部磨损现象，则先进行缺陷或局部磨损的修复。如果有些工件本身已经有比较大的缺陷，例如贯穿性的裂纹或者局部磨穿等，堆焊再制造的风险就比较大，就应该考虑是否值得修复。 母材本身的特性也会直接决定焊后耐磨件的使用特性和寿命，例如母材的韧性、母材本身是否存在裂纹、母材与堆焊材料的熔合性等等。 2）、根据母材成份选择合适的堆焊材料； 3）、制定科学合理的堆焊工艺和严格规范的操作规程； 4）、控制焊补高低不平时的引弧和灭弧:通过设备自有的高度跟踪来自动实现局部磨损严重部位的堆焊修复； 5）、堆焊质量检验及保证: l 耐磨件旧品的基体材质成分、表面硬度、结构尺寸、磨损型线、堆焊前探伤情况的记录； l 堆焊材料质量合格证明书； l 耐磨件堆焊工艺评定报告、堆焊工艺措施或作业指导书； l 耐磨件堆焊再制造后的外观检验和成品尺寸记录； l 堆焊层的硬度检验、无损检验等报告。 l 耐磨件出厂前，应根据需要在堆焊表面涂防锈漆。 l 堆焊好的耐磨件应存放在干燥、平整、坚实的场地，场地要有可靠的防雨措施。 l 出厂的堆焊件应附有合格证，合格证上必须注明以下事项：堆焊件的名称、工号、重量及数量； l 堆焊技术文件应及时编制和存档。 三、实施堆焊工艺流程 施工准备→清洗→秤重→染色探伤→磨耗测量→上机台→焊补第一道，检测牢固度→焊补第一面，检测牢固度→进行堆焊至原尺寸→下机台，整修，防锈处理→假安装，上漆再检验尺寸→秤重，包装。 四、具体实施步骤 1、施工准备 1）、制定耐磨堆焊工艺，堆焊工艺设计应包括的内容： 堆焊工艺参数包括焊材直径、焊道宽度、堆焊速度、堆焊量、焊接电流、电弧电压、层间温度、焊丝伸出长度和倾角、硬度、堆焊厚度偏差值、圆形磨损件焊后椭圆度、裂纹允许深度与长度、边缘堆焊留量以及工件温度等。 2）、堆焊工艺的要求 2.1 形成均匀的龟裂纹及防止堆焊层剥离。 2.2 采用低温冷焊方式，堆焊过程中要严格控制层间温度。 2.3 防止堆焊层的硬度不符合要求。 2.4 防止堆焊零件变形。 3)、耐磨堆焊工艺控制 合理的堆焊修复工艺是达到立磨磨辊/盘瓦堆焊修复效果的关键。根据磨辊/盘的不同磨损情况和实际工况要求，合理设计和选择耐磨堆焊工艺，以达到最佳的堆焊修复效果。 3.1做局部堆焊，采用单向堆焊方式将磨辊凹坑填补平整，补层应有适当的横向裂纹，以释放焊接应力； 3.2 以自动焊方法堆焊至规定尺寸； 3.3在整个堆焊过程中，焊缝层间温度应严格控制； 3.4堆焊注意事项:避免过度稀释；硬面层必须建立横向裂纹，以释放焊接内应力；焊层不宜进行火焰切割及机械加工；对于产生的焊瘤应及时用电弧气刨清理平整。 2、焊前对母材进行渗透探伤（或磁粉探伤）、超声波探伤等方式对基体进行检测，，排除有铸造缺陷的零件（当耐磨件旧品存在贯穿性裂纹、局部基体被磨穿、基体厚度过薄等可能导致其整体失效的缺陷时，不宜进行堆焊再制造。）。 3、磨辊修复前的表面处理 1）、为防止焊接过程中产生气孔，利于根层熔合，堆焊前需利用氧乙炔火焰烘烤磨辊表面以消除渗进龟裂纹中残存的生料粉及油污等杂物； 2）、用钢丝刷或角向磨光机除去磨辊表面的锈蚀层； 3）、处理磨辊上的磨坑 在磨辊严重磨损处或原堆焊层脱落严重处，采用碳弧气刨的处理，使其环向不圆度和不平度满足自动焊接要求。对个别较深磨坑，可用EDZCr- B -03 /EDZCr - B一16型高铬铸铁焊条手工电弧焊补平，施焊时宜多层、多道、分段退焊，运条速度要快，层间温度低于200℃，每焊完1道，用小锤敲击焊道金属，以免堆焊层脱落或剥离。 3、磨辊的装夹 磨辊修复时，先应将磨辊装夹在事先准备的夹具中，夹具安放在可旋转的转台上，调整磨辊的中心线，应与转台轴中心重合，以利于磨辊焊圆。 4、磨辊的堆焊 堆焊的特点在于它不是把两个分离的部件连接在一起，而仅仅是在焊件表面施焊一层熔敷金属，因此其工艺要求有3点： 1）防止堆焊层的裂纹及剥离 堆焊后的焊缝金属硬度大、塑性低，尤其当堆焊金属成分与基本金属成分相差比较大时，金属的线膨胀系数较大，从而引起相当大的内应力，使堆焊层金属在堆焊后的冷却过程中容易产生堆焊层裂纹及剥离（堆焊层金属从基体上剥落下来）。 防止的主要办法是设法减小堆焊时的焊接应力，具体方法是控制层间温度，焊后缓冷，必要时，用碳当量低、韧性高的焊材作为打底层，使堆焊层与母材隔离开来。 2）防止堆焊层的硬度不符合要求 堆焊层的硬度依靠堆焊层的合金成分来获得，而合金成分来自焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）而不是母材。所以堆焊时，希望熔深浅、熔合比小，因此不宜采用大电流。由于母材对焊缝金属的稀释，所以堆焊第一层时硬度往往偏低，其余各层硬度逐渐提高，一般在第三层后硬度基本不再变化。 3）防止堆焊件变形。 4）温度控制 焊接层间温度控制在60～100℃，可快速消除焊接后內应力，防止磨辊变形，降低焊接热应力，真正实现冷焊，降低堆焊失效的风险。 注意：表面堆焊的焊接过程是一个“冷”过程，绝对不能事先预热，而且在焊接过程中基体金属温度必须≤100 ℃。焊接后剩余应力的大小很大程度上取决于堆焊中产生的裂纹状况和对传入基体金属内的热量控制。堆焊过程中产生的分布均匀的裂纹，可以消除不同材质之间的收缩应力。但如果辊子内存在铸造剩余应力，那么堆焊时产生的裂纹就有可能延伸至基体的内部，这种辊子就不能采用表面堆焊处理。 另必须要认识到，基体和焊接材料之间的结合不是熔焊结合。硬化层它更像是一种覆盖层，结合层的强度仅够保持硬化层能覆盖在基体表面上。 5）焊接工艺参数 磨辊明弧堆焊典型焊接工艺参数如下:焊丝直径为 mm；电源极性为直流反接；电流为 A；电压为 V；下伸长度为 mm;焊接速度为 mm /m in；层间温度为室温 ℃；焊后处理为跟踪水雾冷却。 五、磨辊堆焊注意事项 磨辊堆焊时，应注意:(1)堆焊第1层的速度应略慢;焊接次序从磨损最严重处开始补焊，逐步堆焊到磨辊设计尺寸。(2)采用分层堆焊，焊完1层再焊下一层，后一焊层的焊道安排在前一焊层的2焊道之间，同一焊层的每一焊道压住前一焊道的40%左右。(3)应选择合适的焊接工艺参数，这样可减少飞溅，改善焊道成型使其美观，施焊时需注意调整焊接工艺参数。(4)对磨损严重部位宜采用耐磨性好的焊丝。(5)为降低层温，便于连续堆焊，提高焊缝表层硬度，明弧堆焊时，焊道用水雾跟踪冷却;若温度太高时，可采用表面少量喷水，以降低层温，提高焊缝硬度。(6)焊道表面出现分布均匀的致密龟裂纹为应力释放所致，微裂纹虽降低了焊缝的强度，但有利于避免磨辊在使用中出现堆焊层脱落和剥离现象；因此，允许存在致密龟裂纹，但堆焊层不得有贯穿性裂纹和密集气孔等缺陷。 六、全过程要进行严格的质量检验和对操作规程的管理 1、对堆焊过程采用自检、互检、专检的方式进行全流程控制。质量的控制原则是： --未经检验和检验不合格的原材料不得使用； --未经检验和检验不合格的产品不得转序； --未经最终检验并判定合格的产品不得出厂。 2、堆焊操作工人经过严格培训和考核后方能上岗，并且必须严格按照操作规程和工艺施焊。定期对焊接操作工人进行岗位知识培训和操作考核，从一点一滴做起，保证每个生产环节都能满足修复要求。 3、堆焊质量及尺寸要求 立磨磨辊、磨盘等高耐磨、中低冲击应力耐磨件的堆焊层可存在一定数量的横向裂纹，不应存在贯穿性裂纹和密集型气孔等缺陷，表面平均硬度不小于HRC55。 4、堆焊工艺评定应进行的检验项目包括焊道外观检查、无损探伤、硬度检验等。 5、耐磨件的堆焊层与基材应有良好的熔合性，且表面平整，无明显的焊瘤和飞溅。焊道应平整光滑。 6、对堆焊后检测的要求 堆焊后的耐磨件成品应逐件检查。检查项目包括堆焊层的尺寸、形状和裂纹，并进行基体渗透探伤和硬度检验。 检验方法 6.1 采用目测的方法和专用量具检测外观及尺寸。 6.2 无损探伤检验应按GB/T 9443-2007、GB/T 9444-2007、GB/T 7233.1-2010或GB/T 6402-2008的规定。 6.3 硬度检验 6.3.1 耐磨件硬度检验应按GB/T 230.1-2009规定。 6.3.2 耐磨件硬度检验时测点不应少于3处，每处测量3次，取其平均值。 6.3.3在实际耐磨件上堆焊10层以上时，按照5.4.2的要求检测到的洛氏硬度平均值，可比在试板上测得的硬度值低HRC3～HRC5。 6.3.4用手持式硬度仪在耐磨件上检验硬度时，允许按照30%测量值剔除检验到的低值。 七、拆换磨辊及磨盘衬块的最佳时机的依据： 将磨耗与耗电的情况形成记录，进而加以分析，如此将容易得到当最大磨耗达到什么标准时必须拆换。通过分析生料磨磨辊的磨损情况对电力消耗量的影响和关系，从中得出更有效益的生产管理方法，使我们的生产操作工艺、功能更加优化。 为了研究方便，我们把辊面磨损在0～39mm范围内的工作期称为磨损初期；磨辊的辊面磨损在40～79 mm范围内称为磨损中期；磨辊的辊面磨损在80～99mm范围内称为磨损后期；磨辊的辊面磨损在100mm以上称为过度磨损期。 结论 （1）在MPS立式辊磨研磨水泥原物料时，随着辊面磨损量的增加，生料磨的平均台时产量有所下降，同时单位电耗增加，研磨效率降低，特别是辊面磨损过大时(>80 mm)，应避免高电耗状态运行。 （2）根据磨辊辊面的磨损量，科学适时选择磨辊衬板更换时机，及时更换磨损的衬板，避免过度磨损而造成衬板报废，应更为合理经济。 （3）利用生料磨辊面的磨损规律，采用堆焊修复的方法，延长了磨辊辊面的磨损初期、中期、后期阶段，使生料磨分段按磨损规律优化生产操作，杜绝在辊面过度磨损期使用，达到节约电力的主要目标。 （4）该磨辊衬板的成功堆焊修复使用，为同类立式磨机的堆焊修复辊皮、辊胎，提供了极好的经验。 八、实施硬面再生焊补的方法 1、在线施工 此法是磨损后的磨辊或磨盘衬板无须拆下，而将堆焊设备在现场架设实施堆焊修复。 此法的优点是无须拆换，所以可以省下部分拆换费用。 此法的缺点是如果工作量太大，则停机的时间会加长，使得停产损失增加。在线施工因工作条件不理想，且对磨损后的母材无法做全面的检查，更加大了断裂(包括施工中及运转中)的可能性，风险很大，所以最好不要采用。一般用在不得已的情况下。 2、离线施工 此法是将磨损后的磨辊或磨盘衬板拆下来运输到堆焊企业工厂实施堆焊修复。 此法的缺点是磨辊或磨盘衬板必须拆下，增加了拆换费用。 此法优点有三: （1）无论多大的堆焊工作量，更换下来实施离线施工都不会影响停机时间，也不会造成任何多余的损失； （2）磨损后的磨辊或磨盘衬板拆下来后可以详细检查母材是否存在裂纹，以减少断裂的风险； （3）离线施工的品质可以得到保证，施工中根据原图尺寸，以全面的施工工艺及技术为基础，保证磨辊或磨盘衬板的真圆度和平衡性，避免在使用过程中因震动过大而导致磨机损坏的情况发生，同时也能节省电耗。
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