OA系列焊絲在高碳合金輥壓機(jī)上的應(yīng)用

  0、前言

  高碳合金輥壓機(jī)由于其比一般堆焊輥耐磨性好，使用壽命長，而在各大水泥集團(tuán)被廣泛使用。然而高碳合金輥壓機(jī)由于其材質(zhì)比較特殊，磨損后運(yùn)用傳統(tǒng)的堆焊方法難于修復(fù)此類材質(zhì)，為此很多堆焊公司修復(fù)此類輥損失慘重，有的焊接報廢，有的焊接完后輥?zhàn)記]運(yùn)行兩天整體剝落。在此情況下，北京奧邦焊業(yè)有限公司研發(fā)出OA RPM-1和RPM-2焊絲及工藝成功運(yùn)用于高碳合金輥壓機(jī)上，并解決了此類難題。

  1、輥壓機(jī)輥面磨損機(jī)理

  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)力磨料磨損和疲勞磨損。這是由于在磨料磨損過程中，輥面在受到物料擠壓力和剪切力的作用下會產(chǎn)生彈性和塑性變形(如圖1所示)，在輥面的亞表層（大約10-20mm之間）形成循環(huán)切應(yīng)力和拉應(yīng)力。

  當(dāng)循環(huán)應(yīng)力超過輥?zhàn)硬牧系钠趶?qiáng)度時，在亞表層就會引發(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，在離開亞表層一定深度的位置也將產(chǎn)生裂紋或脫層現(xiàn)象（如圖2、3所示），并逐步擴(kuò)展，從而在輥面出現(xiàn)橫、縱裂紋并局部掉塊，甚至出現(xiàn)大面積剝落現(xiàn)象。

  長期以來，科研工作者對輥壓機(jī)的耐磨性問題進(jìn)行了大量細(xì)致的研究，并開發(fā)了許多不同種類的材料和方法。目前在國內(nèi)外輥壓機(jī)制造中，從材料上看，輥體材料多為中碳合金輥，如35CrMo、40CrMo、42CrMo、35#鋼、45#鋼等鍛件，也有采用高碳合金輥和鑄件的，但總體來說，鑄件不如鍛件使用效果好。從制造方式上看，有整體鑄造式、復(fù)合堆焊式、雙金屬復(fù)合材料離心鑄造式、硬質(zhì)合金柱釘鑲嵌式等。整體鑄造式屬于早期技術(shù)，由于其容易整體斷裂，現(xiàn)已不多用；雙金屬復(fù)合材料離心鑄造由于在運(yùn)行過程中輥套容易竄出或輥面硬度低，耐磨性差而難于推廣；硬質(zhì)合金柱釘鑲嵌式則因其合金柱釘易斷或造價過于昂貴而難于推廣使用。從對耐磨性、對工況的適應(yīng)性以及使用、維護(hù)的方便性等諸多因素考慮，目前認(rèn)為復(fù)合堆焊方法效果最好。堆焊關(guān)鍵技術(shù)在于合理設(shè)計(jì)輥面的耐磨材質(zhì)和花紋形式以及輥面的局部和整體現(xiàn)場修復(fù)工藝的制定。

  高碳合金輥是通過對輥套進(jìn)行整體鍛造，然后表層通過特殊工藝使其碳含量增高，耐磨性提高。

  2、堆焊修復(fù)材料的選擇

  不同的輥面材質(zhì)需要選擇不同的堆焊工藝和堆焊材料。從輥?zhàn)拥钠茐男问絹矸治?，選擇的堆焊材料應(yīng)具有不同硬度梯度和韌性的材料，不僅耐磨性好，而且要具備較高的韌性和抗疲勞性。針對于輥體材料為中碳合金輥的復(fù)合堆焊輥壓機(jī)，常規(guī)的堆焊修復(fù)方法已比較成熟。一般采用韌性和硬度梯度不同的四種復(fù)合材料進(jìn)行堆焊，既打底層與母材的融合性良好；中間過渡層強(qiáng)度高，韌性好，不易產(chǎn)生裂紋；耐磨層不易剝落，耐磨性好；花紋耐磨不易掉塊。

  然而，由于高碳合金輥壓機(jī)輥面材質(zhì)的特性，其在運(yùn)行過程中表面很容易析出碳（如圖4、5所示）。以往很多公司由于不了解其與中碳合金輥的區(qū)別，往往運(yùn)用常規(guī)的方法對其進(jìn)行堆焊，導(dǎo)致在焊接過程中，由于打底層韌性好，與母材成份、性能差別較大，導(dǎo)致結(jié)合力差，往往在焊接2-3層后，會出現(xiàn)整體環(huán)狀分層現(xiàn)象。更有甚者，輥壓機(jī)在運(yùn)行1-2天內(nèi)焊接層整體脫落，造成輥套報廢的嚴(yán)重后果。因此采用常規(guī)的堆焊方法已經(jīng)不適合修復(fù)高碳合金輥壓機(jī)。

  公司針對高碳合金輥壓機(jī)輥體材質(zhì)的特性，于2010年已開發(fā)出OA RPM-1、OA RPM-2兩種不同材料的藥芯焊絲及焊接工藝。這兩種的材料具有不同的硬度梯度和韌性，主要用于硬面和橫紋。

  3、高碳合金輥壓機(jī)堆焊修復(fù)工藝

  由于高碳合金輥壓機(jī)輥體材質(zhì)比較特殊。輥體中碳含量較高，如果表面剝落面較大或凹坑較多（如圖6、圖7所示），需要把凹坑和剝落面全部去除掉，然而刨除太多，在焊接過程中不能焊接打底層，硬面層焊接太厚很容易在焊接處整體剝落。公司采用新研制的焊絲和焊接工藝對輥面剝落處進(jìn)行堆焊修復(fù)，取得了良好的效果。

  修復(fù)工藝通過以下步驟完成：

  3.1 將輥壓機(jī)輥面凹坑或剝落處使用碳弧氣刨機(jī)刨除干凈，如果有裂紋也應(yīng)刨除。碳弧氣刨在刨除過程中不能使熱量過度集中于一點(diǎn)，要分層、分段刨削，防止熱量過于集中，出現(xiàn)輥?zhàn)訐p傷及斷裂現(xiàn)象。

  3.2 使用電動角磨機(jī)把待焊接部位的渣、油、銹和積碳清除干凈，然后打磨至表面2mm以下。

  3.3 使用著色探傷劑對待堆焊部位進(jìn)行探傷，看是否有裂紋和缺陷存在，如果有必須去除掉。

  3.4 使用RPM-1對輥體進(jìn)行整體補(bǔ)焊。補(bǔ)焊過程中采用單道橫向的焊接方式，焊接完第一道后要使輥?zhàn)有D(zhuǎn)400mm的位置，然后再焊接下一道，禁止在一個地方連續(xù)焊接，防止因輥體溫度過熱而出現(xiàn)滲碳和裂紋現(xiàn)象。

  注意在焊接過程中要及時使用壓縮空氣對焊道進(jìn)行冷卻，溫度控制在90℃以下，每焊接完一層都要仔細(xì)檢查焊接的結(jié)合性，然后使用角磨機(jī)對其表面進(jìn)行嚴(yán)格打磨，去除滲碳并使表面露出金屬光澤。

  4.5 焊接完RPM-1后再使用RPM-2焊接橫紋。采用雙層單道的焊接方式，焊道寬度：16-18mm，焊接厚度：5-6mm，焊道之間的間距為：6-8mm。輥體在線整體修復(fù)后的效果如圖8所示。

  4、整體修復(fù)完成后的使用效果

  公司使用上述工藝對大同同煤建材和淄博崇正水泥有限公司的高碳合金輥壓機(jī)進(jìn)行修復(fù)，大同同煤建材的兩套1700X1000的輥?zhàn)佑?012年12月修復(fù)完畢后上線使用，經(jīng)過兩年的運(yùn)轉(zhuǎn)，整體運(yùn)行良好，表面無剝落現(xiàn)象，但橫紋磨損剩余1-2mm（如圖9所示）。淄博崇正水泥有限公司的一套1600X800的輥?zhàn)佑?012年6月修復(fù)完畢后，9月份上線使用，經(jīng)過20個月使用后，停機(jī)檢查輥面整體磨損良好，表面局部有兩處凹坑，但并不影響使用（如圖10所示），此輥已經(jīng)達(dá)到8000小時的質(zhì)保期。

  5、結(jié)論

  采用公司新研制的OA RPM-1和OA RPM-2藥芯焊絲和工藝焊接高碳合金輥壓機(jī)，在線焊工藝簡單實(shí)用，不需要焊前預(yù)熱，焊后熱處理。使用OA系列藥芯焊絲焊接高碳合金輥壓機(jī)具有劃時代的意義，首先它克服了傳統(tǒng)方法修復(fù)輥壓機(jī)的弊端，而且此類工藝簡單實(shí)用，效果使用理想，解決了高碳合金輥輥面剝落難修的問題，為以后修復(fù)類似于這種材質(zhì)的大型輥提供了經(jīng)驗(yàn)，減少了修復(fù)風(fēng)險，降低了維修成本，提高了使用壽命。