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OA系列焊丝在高碳合金辊压机上的应用

2015/08/19 北京奥邦焊业有限公司 王斌

高碳合金辊压机由于其比一般堆焊辊耐磨性好,使用寿命长,而在各大水泥集团被广泛使用。然而高碳合金辊压机由于其材质比较特殊,磨损后运用传统的堆焊方法难于修复此类材质,为此很多堆焊公司修复此类辊损失惨重,有的焊接报废,有的焊接完后辊子没运行两天整体剥落。在此情况下,北京奥邦焊业有限公司研发出OA RPM-1和RPM-2焊丝及工艺成功运用于高碳合金辊压机上,并解决了此类难题。......

  0、前言

  高碳合金辊压机由于其比一般堆焊辊耐磨性好,使用寿命长,而在各大水泥集团被广泛使用。然而高碳合金辊压机由于其材质比较特殊,磨损后运用传统的堆焊方法难于修复此类材质,为此很多堆焊公司修复此类辊损失惨重,有的焊接报废,有的焊接完后辊子没运行两天整体剥落。在此情况下,北京奥邦焊业有限公司研发出OA RPM-1和RPM-2焊丝及工艺成功运用于高碳合金辊压机上,并解决了此类难题。

  1、辊压机辊面磨损机理

  从辊压机的工作状况可以看出,辊面的磨损类型属于典型的高应力磨料磨损和疲劳磨损。这是由于在磨料磨损过程中,辊面在受到物料挤压力和剪切力的作用下会产生弹性和塑性变形(如图1所示),在辊面的亚表层(大约10-20mm之间)形成循环切应力和拉应力。

  当循环应力超过辊子材料的疲劳强度时,在亚表层就会引发裂纹,在循环载荷作用下,亚表层的塑性变形继续发展,在离开亚表层一定深度的位置也将产生裂纹或脱层现象(如图2、3所示),并逐步扩展,从而在辊面出现横、纵裂纹并局部掉块,甚至出现大面积剥落现象。

  长期以来,科研工作者对辊压机的耐磨性问题进行了大量细致的研究,并开发了许多不同种类的材料和方法。目前在国内外辊压机制造中,从材料上看,辊体材料多为中碳合金辊,如35CrMo、40CrMo、42CrMo、35#钢、45#钢等锻件,也有采用高碳合金辊和铸件的,但总体来说,铸件不如锻件使用效果好。从制造方式上看,有整体铸造式、复合堆焊式、双金属复合材料离心铸造式、硬质合金柱钉镶嵌式等。整体铸造式属于早期技术,由于其容易整体断裂,现已不多用;双金属复合材料离心铸造由于在运行过程中辊套容易窜出或辊面硬度低,耐磨性差而难于推广;硬质合金柱钉镶嵌式则因其合金柱钉易断或造价过于昂贵而难于推广使用。从对耐磨性、对工况的适应性以及使用、维护的方便性等诸多因素考虑,目前认为复合堆焊方法效果最好。堆焊关键技术在于合理设计辊面的耐磨材质和花纹形式以及辊面的局部和整体现场修复工艺的制定。

  高碳合金辊是通过对辊套进行整体锻造,然后表层通过特殊工艺使其碳含量增高,耐磨性提高。

  2、堆焊修复材料的选择

  不同的辊面材质需要选择不同的堆焊工艺和堆焊材料。从辊子的破坏形式来分析,选择的堆焊材料应具有不同硬度梯度和韧性的材料,不仅耐磨性好,而且要具备较高的韧性和抗疲劳性。针对于辊体材料为中碳合金辊的复合堆焊辊压机,常规的堆焊修复方法已比较成熟。一般采用韧性和硬度梯度不同的四种复合材料进行堆焊,既打底层与母材的融合性良好;中间过渡层强度高,韧性好,不易产生裂纹;耐磨层不易剥落,耐磨性好;花纹耐磨不易掉块。

  然而,由于高碳合金辊压机辊面材质的特性,其在运行过程中表面很容易析出碳(如图4、5所示)。以往很多公司由于不了解其与中碳合金辊的区别,往往运用常规的方法对其进行堆焊,导致在焊接过程中,由于打底层韧性好,与母材成份、性能差别较大,导致结合力差,往往在焊接2-3层后,会出现整体环状分层现象。更有甚者,辊压机在运行1-2天内焊接层整体脱落,造成辊套报废的严重后果。因此采用常规的堆焊方法已经不适合修复高碳合金辊压机。

  公司针对高碳合金辊压机辊体材质的特性,于2010年已开发出OA RPM-1、OA RPM-2两种不同材料的药芯焊丝及焊接工艺。这两种的材料具有不同的硬度梯度和韧性,主要用于硬面和横纹。

  3、高碳合金辊压机堆焊修复工艺

  由于高碳合金辊压机辊体材质比较特殊。辊体中碳含量较高,如果表面剥落面较大或凹坑较多(如图6、图7所示),需要把凹坑和剥落面全部去除掉,然而刨除太多,在焊接过程中不能焊接打底层,硬面层焊接太厚很容易在焊接处整体剥落。公司采用新研制的焊丝和焊接工艺对辊面剥落处进行堆焊修复,取得了良好的效果。

  修复工艺通过以下步骤完成:

  3.1 将辊压机辊面凹坑或剥落处使用碳弧气刨机刨除干净,如果有裂纹也应刨除。碳弧气刨在刨除过程中不能使热量过度集中于一点,要分层、分段刨削,防止热量过于集中,出现辊子损伤及断裂现象。

  3.2 使用电动角磨机把待焊接部位的渣、油、锈和积碳清除干净,然后打磨至表面2mm以下。

  3.3 使用着色探伤剂对待堆焊部位进行探伤,看是否有裂纹和缺陷存在,如果有必须去除掉。

  3.4 使用RPM-1对辊体进行整体补焊。补焊过程中采用单道横向的焊接方式,焊接完第一道后要使辊子旋转400mm的位置,然后再焊接下一道,禁止在一个地方连续焊接,防止因辊体温度过热而出现渗碳和裂纹现象。

  注意在焊接过程中要及时使用压缩空气对焊道进行冷却,温度控制在90℃以下,每焊接完一层都要仔细检查焊接的结合性,然后使用角磨机对其表面进行严格打磨,去除渗碳并使表面露出金属光泽。

  4.5 焊接完RPM-1后再使用RPM-2焊接横纹。采用双层单道的焊接方式,焊道宽度:16-18mm,焊接厚度:5-6mm,焊道之间的间距为:6-8mm。辊体在线整体修复后的效果如图8所示。

  4、整体修复完成后的使用效果

  公司使用上述工艺对大同同煤建材和淄博崇正水泥有限公司的高碳合金辊压机进行修复,大同同煤建材的两套1700X1000的辊子于2012年12月修复完毕后上线使用,经过两年的运转,整体运行良好,表面无剥落现象,但横纹磨损剩余1-2mm(如图9所示)。淄博崇正水泥有限公司的一套1600X800的辊子于2012年6月修复完毕后,9月份上线使用,经过20个月使用后,停机检查辊面整体磨损良好,表面局部有两处凹坑,但并不影响使用(如图10所示),此辊已经达到8000小时的质保期。

  5、结论

  采用公司新研制的OA RPM-1和OA RPM-2药芯焊丝和工艺焊接高碳合金辊压机,在线焊工艺简单实用,不需要焊前预热,焊后热处理。使用OA系列药芯焊丝焊接高碳合金辊压机具有划时代的意义,首先它克服了传统方法修复辊压机的弊端,而且此类工艺简单实用,效果使用理想,解决了高碳合金辊辊面剥落难修的问题,为以后修复类似于这种材质的大型辊提供了经验,减少了修复风险,降低了维修成本,提高了使用寿命。

(责任编辑:陈宗勤)

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