水泥工业中的耐磨堆焊再制造技术

　　由于水泥机械设备及其部件长期工作在高温、粉尘以及含有水分并发生化学反应的环境中，工作时在不同载荷的作用下会受到冲击、震动、摩擦、磨蚀等，因此，在加工处理水泥生产用的物料时自然会产生磨损、裂纹（缝），进而损坏失效，最后也可能导致设备或部件报废。而更换新的设备或部件将导致生产成本的上升，因此焊接修复技术被水泥企业普遍采用。目前，集现代工艺技术为一体的明弧低温自保护自动堆焊已成功应用于水泥工业中立式辊磨的磨辊、辊磨机的挤压辊、破碎机的锤头等磨损部件的修复中。诚如焊接修复的特点一样，堆焊修复后的磨损件不仅能够恢复磨损部件的机械性能，而且修复后的磨损部件的机械性能还会大大超过原有新品的性能，既能保证部件的工作效率，又能延长其使用寿命，还能取得极好的经济效益。

　　1.合理选择堆焊焊材
　　堆焊用金属材料也称堆焊合金，分为铁基、镍基、钴基、碳化钨等等。而被广泛使用的是铁基类，它分为合金钢与合金铸铁两种；其中，合金钢包括低碳低合金钢、中碳低合金钢、高碳低合金钢、高铬马氏体合金钢、高锰奥氏体合金钢等；合金铸铁则包括马氏体与高铬合金铸铁等。

　　在堆焊修复时，合理选择堆焊焊材是保证堆焊修复高质量低成本的前提。第一，要分析确定耐磨损部件的使用环境（温度、湿度、介质等）和工作条件（正压、负压、流速、流量、载荷、震动、冲击等）；第二，要清楚磨料的磨耗性系数、磨料的加工性能及磨料与金属材料硬度值的对应关系。第三，被堆焊材质即母材与焊材，要表现出良好的可堆焊性。母材也包括前次修复或复合材料被磨损部位使用的堆焊合金钢。第四，被堆焊件应是无铸造缺陷、无加工缺陷的部件。第五，根据磨料特性及工况条件确定磨损类型。第六，选择便于进行机械化自动化连续操作方式的焊接合金材料。第七，工艺应简便实用，节能环保，焊材性价比要高。最后，要确保焊材与使用堆焊设备的良好匹配性。

　　堆焊焊材的金属类型很多，其化学成分、金相组织及其性能会有很大差别，而且磨损部件的形状、工作条件也各不相同，因此，要综合以上这些因素合理选择堆焊焊材，才能达到较好的堆焊效果。

　　2.堆焊工艺和设备
　　明弧低温自保护自动堆焊是一种利用明弧堆焊方法在磨损件表面堆敷一层具有特殊性能的合金材料的工艺技术。它的特点是采用能产生自保护气体的药芯焊丝，在其与堆焊件产生电弧并形成高温时，把金属熔化在焊件表面而形成合金；同时，固体药芯受热后转变为保护气体，对堆焊焊道进行保护。此外，它还具有冷焊工艺所具有的优点，焊件无需进行预热和焊后的热处理；由于其快速冷却，能产生较细碳化物晶体的效果，从而提高了部件的耐磨性。明弧是相对埋弧而言，相比之下，在耐磨性、耐剥落性、耐冲击性等堆焊效果上，前者胜于后者。在施焊方式上，明弧焊熔填率快，施焊容易，施焊质量及其成本也好于埋弧焊。

　　（1）制定焊接工艺应考虑的事项
　　①达到或超过堆焊修复磨损件的技术；
　　②符合适用工作环境和条件；
　　③与基体结合的力学性能；
　　④堆焊层厚度的认定和控制；
　　⑤对基体的影响；
　　⑥适宜的焊材和设备。

　　（2）工艺流程清理堆焊件（清灰、油、锈）→堆焊件探伤（着色、超声波检测）→制定堆焊工艺（选择焊材）→安装调整焊接设备及工装→施焊→过程检验→继续施焊→检验探伤→清理→出厂（离线）或使用（在线）。

　　（3）工艺过程描述
　　首先将磨损件进行清理，去除灰尘、油污和锈迹，若需去除原有的堆焊层，使用电弧气刨或短电弧切削的方法进行去除，清理后的磨损件要有金属本色的光泽。然后采用锤击，或用着色剂将磨损件表面着色，或用超声波等检测方法对磨损件进行检查，并测量估算剥落局部磨损的面积深度。磨损件表面不得有气孔、裂纹、夹渣、包砂等铸造缺陷。将选用的堆焊药芯焊丝盘装在送丝机机壳内，检查水冷焊枪、水冷喷雾喷枪、导电嘴儿等自动明弧堆焊修复系统的设备，将磨损件在工装机具（如卡盘、滚轮架）的设备上固定。接通电源后开始施焊，引弧、堆焊、收弧的整个过程按照操作方法和相应的工艺参数进行。施焊过程中要随时检查磨损件的质量，堆焊后将检查合格的磨损件由工作台上取下，并对堆焊层进行清理，打磨掉飞溅、焊瘤等堆焊缺陷，检测磨损件硬度，计重后为合格产品。

　　（4）堆焊设备
　　明弧低温自保护自动堆焊使用的堆焊设备应具有以下特点：
　　①适用于各种磨辊（磨盘）的堆焊。加配焊枪摆动装置，可根据需要人为设定焊道宽度15~100mm ；可以选用直径为1.2mm 、1.6mm 、2.4mm、3.2mm 的药芯焊丝，焊件表面平整美观，更适合形状复杂的磨辊。

　　②被焊磨辊（磨盘）的尺寸不受限制，各种尺寸的磨辊（磨盘）均可修复。

　　③局部缺陷智能补焊。
　　磨损后的磨辊往往局部磨损非常严重，这就需要对局部进行修补。为了保证磨辊修复质量，配置焊枪摆动器和高度跟踪系统来实现对局部缺陷的修复。

　　采用高度跟踪系统使磨辊（磨盘）堆焊过程自动进行。随着磨辊（磨盘）堆焊层的不断提高，焊枪和工件的距离越来越近，如不及时调整将影响焊接的质量，严重时会导致焊枪接触工件短路。由于磨盘瓦的磨损面是一个凹面，每焊上几圈后就需要人工调整焊枪高度，而配上高度跟踪系统后，整个磨辊（磨盘）的堆焊过程就不用人工来调整了。

　　④操作架横臂应可以收缩，拆卸工件要方便。

　　⑤既可以轴向堆焊，又可以环向堆焊。

　　⑥摆动器有3个自由度，操作架有3个自由度，变位机有2个自由度，可实现任意位置焊接。

　　⑦机头上装有非接触式自动调高系统，焊矩与工件距离可自动调节。

　　⑧送丝机带校直机构（进口送丝机）。

　　⑨摆动器采用滚轴丝杠、步进电机、单片计算机控制，变频驱动，负载能力强、寿命长、调节方便，摆动宽度可达0~100mm 。

　　⑩采用循环水冷焊枪，更适合大电流焊接。
　　可使用直径1.2~3.2mm 的各种国产或进口焊丝，实用性更强。
　　焊后分解装置对磨盘瓦进行整体焊接和分解，同时可做为备用电源实现手工修复和辊皮表面处理。
　　采用逆变电源。堆焊设备配备最新一代电力器件作为变频器元件研制的逆变电源，该电源除具备平特性、下降性外，其输出的焊接电流平稳，飞溅极小，且高效节能。

　　3.规避堆焊风险
　　堆焊风险主要来自以下方面：
　　（1）设计缺陷。在高应力部位存在沟槽、机械缺口，圆角半径过小。
　　（2）铸造缺陷。铸件存在气孔、针孔、缩孔、砂眼和裂纹。
　　（3）由堆焊产生的热量而形成的残余热应力。
　　（4）设备安装时用力超限，产生附加应力。
　　（5）磨损件局部形成凹坑，填补方法不当，导致焊接不牢，等等。

　　技术人员应对堆焊风险进行分析，并制定相应的解决措施，操作时要严格按工艺操作方法和工艺参数进行堆焊，按质量检验方法在施焊前后对焊件进行检验。