輥壓機(jī)輥面的堆焊修復(fù)方法

一、前言
  水泥工業(yè)每天需要粉磨大量的礦物質(zhì)原料及水泥熟料。如何提高粉磨效率、降低粉磨能耗,是許多水泥工作者孜孜一求的目標(biāo)。輥壓機(jī)自80年代中期問世以來(lái),使這一問題得到緩解。輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、半終粉磨系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種粉磨作業(yè)。輥壓機(jī)在粉磨系統(tǒng)中有以下優(yōu)點(diǎn):1、降低電耗,提高磨機(jī)產(chǎn)量;2、提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量;3、噪音小。但也有其缺點(diǎn),輥壓機(jī)最大的缺點(diǎn)是輥面磨損嚴(yán)重。輥壓機(jī)安裝使用后,一般情況下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)半年以后,輥面的耐磨花紋磨損就所剩無(wú)幾。輥面磨損問題始終困擾著輥壓機(jī)優(yōu)越性的發(fā)揮,怎樣提高輥面的耐磨性,增加輥面的使用壽命,一些科研院所、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了大量研究工作。目前已研制出多種藥芯焊絲、焊條,廣泛應(yīng)用于輥壓機(jī)輥面的堆焊修復(fù)。
二、輥壓機(jī)輥面的磨損機(jī)理
  輥壓機(jī)是由兩個(gè)速度相同,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的輥?zhàn)咏M成,物料由輥?zhàn)由喜课沽峡谛断?,進(jìn)入輥間的逢隙中,在高壓研磨力的作用下(輥間壓力在50~300MPa之間),物料受到擠壓,受壓物料變成了密實(shí)但充滿裂紋的扁平料餅,使物料的易磨性得到明顯改善。如圖1所示:
物料在兩個(gè)輥面之間相互擠壓和摩擦。從輥壓機(jī)的工作狀況可以看出,輥面的磨損類型屬于典型的高應(yīng)力磨料磨損。在磨料磨損過(guò)程中,物料顆粒在壓力作用下會(huì)使輥面產(chǎn)生彈性和塑性變形,從而在輥面亞表層不同深處會(huì)形成循環(huán)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力,當(dāng)循環(huán)應(yīng)力超過(guò)輥?zhàn)硬牧系钠趶?qiáng)度時(shí),在表面層將引發(fā)裂紋。在循環(huán)載荷作用下,亞表層的塑性變形繼續(xù)發(fā)展,在離開表面一定深度的位置也將萌生裂紋,并逐步擴(kuò)展。表面層裂紋的擴(kuò)展方向是與外加應(yīng)力成45°角,經(jīng)過(guò)兩三個(gè)晶粒后,即轉(zhuǎn)向與應(yīng)力垂直的方向。而亞表層處萌生的裂紋擴(kuò)展方向是平行與表面,或與表面成10°~20°的角。當(dāng)裂紋擴(kuò)展后,使裂紋以上的材料斷裂剝落,這種現(xiàn)象就是疲勞磨損。綜上所述,輥?zhàn)拥哪p機(jī)理是輥面的高應(yīng)力磨料磨損和輥面亞表層的疲勞磨損共同作用的結(jié)果。用碳弧氣刨在磨損比較嚴(yán)重的輥面上刨出幾道槽檢查裂紋情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)輥?zhàn)由钐幱泻芏鄬訝盍鸭y,較淺的距輥面約10mm,較深的距輥面約20~30mm,局部深達(dá)50~60mm,并且多數(shù)裂紋都沿輥?zhàn)又芟蜓泳d不斷。從刨掉的料塊來(lái)看,下表面呈植物年輪狀,一圈沿著一圈向外擴(kuò)展。由此也可看出,輥?zhàn)拥钠茐男问绞歉邞?yīng)力磨料磨損及疲勞磨損的綜合表現(xiàn)。
三、堆焊修復(fù)材料的選擇:
  從輥?zhàn)拥钠茐男问絹?lái)分析,選擇的堆焊材料不僅耐磨性好,而且要具備較高的韌性和抗疲勞性。在以往的輥面修復(fù)中,水泥廠多采用高Cr鑄鐵型耐磨焊條,此類焊條焊后組織主要為鑄鐵型基體上分布大塊碳化物,含C量在3%以上,堆焊層硬度在HRC60左右,具有良好的耐磨性能,但其結(jié)合性、抗裂性和抗疲勞性差,在輥面上堆焊一層就會(huì)出現(xiàn)交錯(cuò)裂紋。在輥體運(yùn)行過(guò)程中,由于應(yīng)力的影響,很容易出現(xiàn)大面積剝落,這就是造成幾乎每月一修的原因。同時(shí)堆焊層的交錯(cuò)裂紋,易延伸至輥?zhàn)幽阁w,使輥面出現(xiàn)大量缺陷,直接影響輥體質(zhì)量,長(zhǎng)期下去,很可能造成整個(gè)輥體報(bào)廢。
  在輥壓機(jī)技術(shù)的引進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中,鄭州機(jī)械研究所與專業(yè)制造輥壓機(jī)的企業(yè)——洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠和唐山水泥機(jī)械廠合作,經(jīng)過(guò)分析輥壓機(jī)輥面的磨損機(jī)理、通過(guò)大量的耐磨實(shí)驗(yàn),對(duì)材料進(jìn)行深入研究及性能對(duì)比,研制生產(chǎn)ZD1、ZD2、ZD3、ZD310系列埋弧堆焊無(wú)縫藥芯焊絲、CO2氣保護(hù)焊絲及ZD3、ZD310、TM65焊條,完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。ZD1的特點(diǎn)是韌性好,作為止裂層焊在最下面。ZD2強(qiáng)度高,可抵抗較高的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,起到很好的緩沖作用,可作為緩沖層使用。ZD3為輥面耐磨材料,堆焊層金屬主要成分是C、Cr、Mo、W、V、Ni、Nb等,堆焊后組織為馬氏體+殘余奧氏體+針狀貝氏體+少量碳化物,焊接工藝良好,抗裂性能優(yōu)良,冷焊、多層焊效果好。焊層硬度HRC355,可作為耐磨層焊在ZD2上面。ZD310屬于高合金堆焊材料,耐磨性能優(yōu)于ZD3。其焊層硬度為HRC55~59。主要作為輥面的耐磨花紋處理。TM65焊條適用于受劇烈磨粒磨損及中等沖擊磨損部件的修復(fù),主要用于輥面的耐磨花紋及立磨磨盤、磨輥的修復(fù)。
四、輥壓機(jī)輥面的焊接工藝:
1、對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比較長(zhǎng),輥面磨損非常嚴(yán)重,經(jīng)過(guò)幾次現(xiàn)場(chǎng)堆焊后,輥面上已有裂紋、凹坑等嚴(yán)重缺陷的輥壓機(jī),由于修復(fù)工作量較大,建議拆下來(lái)用埋弧自動(dòng)焊大修,大修后的輥?zhàn)邮褂脡勖c新輥?zhàn)酉喈?dāng)。如果沒有備用輥?zhàn)?,也可以在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。為了不影響正常生產(chǎn),建議在水泥淡季時(shí)修復(fù),最好采用CO2氣保護(hù)焊接工藝,氣保護(hù)焊的工作效率是手工電弧焊的3~5倍,可以短期內(nèi)完成修復(fù)工作,相應(yīng)的修復(fù)工藝為(工藝1):
 ?、佟⑷コ伱鏆埩粲矊蛹傲鸭y。用碳弧氣刨對(duì)輥面進(jìn)行徹底清理,輥面待焊部位的殘留硬層、裂紋、粉塵、鐵銹等都要清理干凈,使之露出金屬光澤。
 ?、?、用ZD1焊絲焊接過(guò)渡層,通過(guò)過(guò)渡層的焊接,使高低不平的輥面形成較平緩的外圓面,以便于緩沖層及耐磨層的焊接。
  ③、用ZD2焊絲焊接緩沖層,這是一種高強(qiáng)度、中等硬度的堆焊材料,具有良好的抗疲勞性和結(jié)合性,同時(shí)又具有一定的抗磨性能,在輥體和耐磨層之間起到了很好的橋梁作用。良好的緩沖層材料選擇及焊接,是保證耐磨層安全有效運(yùn)行的重要前提。
 ?、?、用ZD3焊絲焊輥面耐磨層,焊時(shí)注意測(cè)量輥體尺寸及圓度,焊到輥體要求尺寸為止。
  ⑤、耐磨層焊完后,然后用ZD310焊絲連續(xù)焊橫紋。焊接順序如圖2所示:
有的水泥廠沒有 CO2氣保護(hù)焊機(jī),也可用直流焊機(jī),用手工電弧焊,用GM1、ZM、ZD3、ZD310焊條分別取代ZD1、ZD2、ZD3、ZD310焊絲。這種焊接方式效果不如焊絲,效率也低,在有氣保護(hù)焊機(jī)的情況下不宜采用。
2、有的水泥廠輥壓機(jī)輥面的耐磨花紋是菱形加硬質(zhì)點(diǎn)(如圖3),運(yùn)轉(zhuǎn)一定的時(shí)間后,硬質(zhì)點(diǎn)及菱形花紋基本全部磨損掉,從輥面的切線方向觀察,輥面中間一般要凹下去10mm左右。對(duì)于這種只是耐磨花紋磨損,輥面也沒有凹坑等嚴(yán)重缺陷時(shí),可以采用下面的修復(fù)工藝(工藝2):
 ?、佟⒂秒妱?dòng)鋼絲刷或毛刷清理輥?zhàn)幼钌厦娴囊欢屋伱?,最好用乙炔焰烘烤輥面,通過(guò)烘烤,既可以把輥面微裂紋里的粉塵吹出來(lái),也可以起到預(yù)熱輥面的作用。
 ?、凇⑾扔肨M55焊條沿著原來(lái)殘留的菱形耐磨花紋堆焊,然后用ZD310焊條在菱形耐磨花紋中間堆焊硬質(zhì)點(diǎn)。
 ?、邸⒑竿暌欢魏?,轉(zhuǎn)動(dòng)輥壓機(jī),把待焊的另一段輥面轉(zhuǎn)到上面來(lái),按上述方法繼續(xù)堆焊。依次類推,直至把整個(gè)輥面焊完。
 ?、堋⒍押笗r(shí)注意測(cè)量堆焊的高度,要保證輥?zhàn)拥膱A度,以免輥面不圓而導(dǎo)致輥壓機(jī)的震動(dòng)。
如果有條件,也可以采用CO2氣保護(hù)焊接工藝,用ZD310焊絲取代TM55、ZD310焊條。由于CO2氣保護(hù)焊接工藝工作效率比較高,所以這種焊接工藝特別適用于停機(jī)時(shí)間比較短的情況。
3、如果輥面的耐磨花紋全部磨損掉,而且由于物料中的耐熱鋼等沒有除干凈而導(dǎo)致輥面出現(xiàn)凹坑等重要缺陷,可以采用下面的修復(fù)工藝(工藝3):
  ①、用電動(dòng)鋼絲刷或毛刷清理輥面凹坑里的粉塵,用ZD1焊絲打底焊。
 ?、?、用ZD2焊絲補(bǔ)焊凹坑,留7—8mm左右的余量堆焊ZD3耐磨層,其余全部用ZD2焊絲補(bǔ)焊。
  ③、用ZD3焊絲把凹坑補(bǔ)焊平。
  ④、按上述方法把輥面上所有凹坑補(bǔ)焊完后,再用ZD310焊絲或TM55、ZD310焊條按工藝2堆焊耐磨花紋。
五、使用效果:
  按以上幾種修復(fù)工藝堆焊的輥壓機(jī),根據(jù)不同的水泥廠使用情況來(lái)看,拆下來(lái)采用埋弧自動(dòng)焊大修的輥面使用效果最好,輥?zhàn)邮褂脡勖?000小時(shí)以上,有的已突破10000小時(shí)(如山東某水泥廠)。按照工藝1、工藝2在水泥廠現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的輥面使用效果次之,但使用壽命也能保證在半年以上,特別是按工藝2修復(fù)的輥面,既節(jié)省焊接材料,修復(fù)時(shí)間又短,使用效果也不錯(cuò)。如鄭州某水泥廠、江蘇某監(jiān)獄水泥廠分別使用ф1200×400及ф1200×450輥壓機(jī)粉磨水泥熟料。在輥面耐磨花紋還沒有完全磨損掉完時(shí),按工藝2修復(fù)。一對(duì)輥面僅用焊條200公斤,48小時(shí)(兩臺(tái)焊機(jī)同時(shí)焊)完成修復(fù)任務(wù)。按照工藝3現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的輥面使用效果最不理想,如浙江某水泥廠,同樣是ф1200×400輥壓機(jī),也是粉磨水泥熟料,堆焊修復(fù)時(shí)磨損相當(dāng)嚴(yán)重,按照工藝3現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。各種焊條用了近500公斤,修復(fù)工期用了140個(gè)小時(shí)。不僅浪費(fèi)焊接材料,工期也長(zhǎng),影響水泥廠的正常生產(chǎn),使用效果反而不如工藝2的效果。所以建議水泥廠在使用輥壓機(jī)時(shí),對(duì)輥面要維護(hù)好,不要等輥面磨損得實(shí)在不能使用了再堆焊。如果耐磨花紋磨損完了,失去了最外面耐磨層的保護(hù),下面的過(guò)度層磨損得更快,這是對(duì)輥壓機(jī)致命的破壞。對(duì)輥壓機(jī)輥面的及時(shí)堆焊維護(hù)是保證輥壓機(jī)使用壽命的關(guān)鍵。輥面維護(hù)得好,可以大大減少停機(jī)堆焊次數(shù),為正常生產(chǎn)提供了保證,充分發(fā)揮輥壓機(jī)在粉磨系統(tǒng)中的優(yōu)越性

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