高铬铁基硬质合金焊丝修复磨煤辊的应用实践

陈勇，刘鹏

（1.新疆德勤互力工业技术有限公司；2.新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂）

1 前言

据统计新疆地区约有76台（套）煤电发电机组，每台（套）煤电发电机组配3～5台煤磨机，每台煤磨机装3套磨煤辊和1套磨盘，对磨煤辊的修复再制造技术有稳定的市场需求。针对磨煤辊修复新疆采用的是传统的高碳铁基硬质合金焊丝，磨煤机磨煤辊及磨盘焊后使用寿命分别达到6000小时和8000小时，磨煤辊磨损量≤40mm，磨盘磨损量≤40mm。与目前国内磨煤辊及磨盘焊后使用寿命分别达到10000小时和13000小时的技术指标存在较大差距。

针对疆内磨煤辊技术现状及潜在的市场需要，新疆德勤互力公司与北科大产学研基地北京奥邦开展合作，通过反复试验及研究分析，探索应用高铬铁基硬质合金焊丝对磨煤辊进行焊接的工艺方法。实践应用表明，通过优化焊接工艺使修复后的磨煤机磨煤辊及磨盘焊后使用寿命达到国内先进水平，为开发疆内磨煤辊的修复市场提供了技术保障。

2 两种焊丝试验对比与分析

使用高碳铁基硬质合金和高铬铁基硬质合金焊丝分别对磨煤辊进行焊接后取样分析。通过腹膜金相检验共晶碳化物和二次碳化物的分布情况、碳化物的面积含量；使用洛氏硬度计测量焊层硬度；在相同压力和转速条件下使用磨粒磨损实验机测试两块试样的磨损量。对比分析比较不同焊丝焊接后试样的耐磨性。

2.1 化学成分对比

高碳铁基硬质合金和高铬铁基硬质合金焊丝化学成分的对比见表1。

表1 化学成分对比 %

2.2 金相组织对比

金相组织的对比分析见图1，图2。

图1 高碳铁基硬质合金金相图

图2 高铬铁基硬质合金金相组织

使用一批焊接材料进行堆焊时，应在首件耐磨件上进行腹膜金相检验，金相测点两点以上。自动堆焊耐磨件的金相组织类型应为莱氏体基体上分布着各向同性的共晶碳化物和二次碳化物，碳化物的面积含量应达到60%以上。

由图1和图2可看出，高铬铁基合金碳化物分布更均匀，晶粒更细小。分析原因是由于铌元素的加入，起到了细化晶粒、提高冲击韧性的作用。

2.3 焊后硬度对比

使用高碳铁基硬质合金和高铬铁基硬质合金焊丝堆焊2块试样块，用平磨机磨平焊层表面，使用洛氏硬度计测量焊层硬度。测量结果如表2。使用高铬铁基硬质合金焊丝焊后平均硬度约HRC62，高碳铁基硬质合金焊丝焊后平均硬度约HRC56。

表2 焊后硬度对比 （HRC）

2.4 焊后耐磨实验的对比

使用磨粒磨损实验机检测对比两种焊接试样在6个转速条件下的磨损量，如表3所示。在相同的磨损情况下，高碳铁基硬质合金焊丝堆焊层的磨损量是高铬铁基硬质合金的磨损量的1.6倍以上。

试验检测表明，高铬铁基合金碳化物分布更均匀，晶粒更细小。使用高铬铁基硬质合金焊丝焊后平均硬度高于高碳铁基硬质合金焊丝焊后平均硬度。在相同的磨损条件下，高碳铁基硬质合金焊丝堆焊层的磨损量是高铬铁基硬质合金的磨损量的1.6倍以上。

表3 焊接磨损后失量比较 △m/g

3 高铬铁基硬质合金焊丝修复应用

优化焊接工艺，采用高铬铁基硬质合金焊丝修复磨煤机,在伊犁新天煤化工磨辊的修复过程中进行了应用。高铬耐磨辊堆焊选用直径2.8mmYF102高铬铸铁型药芯焊丝。要求每一部件堆焊层的硬度测点不少于三处，每处测量三次取平均值。焊接修复后自动堆焊耐磨件的硬度值达到洛氏硬度HRC61以上。

3.1 焊前的准备工作

3.1.1 外观染色探伤检查

用角向磨光机安装铁刷将磨煤辊及衬板表面打磨，直到露出金属光泽，进行染色探伤，检查磨煤辊及衬板是否存在开裂，避免由于辊子及衬板内部裂纹引起的焊接缺陷。

3.1.2 磨煤辊的准备工作

用行车将磨煤辊调至ZHB-30型自动焊接变位机上，调整磨煤辊位置与自动焊接变位机转台轴中心重合，在内部焊接挡板并用螺栓堆磨煤辊进行可靠固定。翻转台架使磨煤辊磨损最低点朝上，用角向磨光机将磨煤辊打磨见金属光泽。

3.2 堆焊工艺及措施

堆焊工艺参数：采用自动明弧堆焊，堆焊电流370～400A，堆焊电压28～32V，焊丝伸出长度30mm，焊接速度1000～1300mm/min，进丝速度3000～3500 mm/min，跳高距离 3～6mm，横移距离10mm，横移速度1000 mm/min。堆焊时根据焊接角度和堆焊轨迹半径，在范围内进行调整。

为了减少堆焊时的飞溅，使焊道成型美观，施焊前应试验焊接参数。磨辊及磨辊衬瓦局部磨损严重的地方要用镍基铸铁焊条补焊找正。补焊时宜多层、多道分段堆焊，运条速度要快，道间温度低于200℃，每焊完一道，用小铁锤敲击焊道金属，有助于防止补焊金属的剥离。堆焊时从磨损最严重的地方开始补焊，要先将磨损严重部位逐步堆焊到与其他部位尺寸基本一致。堆焊修复的焊道布置原则是同一层间焊道要求后续焊道压住前一焊道约1/3，不同层间要求后一焊层的焊道安排在前一焊层的两焊道中间。

要求每道焊道表面出现分布均匀的致密龟裂纹，堆焊层不得有贯穿性裂纹和密集气孔等缺陷。为了降低道间温度，便于连续堆焊，焊道采用水雾冷却或采用强制风冷，同时在磨辊内部添加适量的水，严格控制磨辊温度＜100℃，降低道间温度，防止磨辊炸裂，提高焊缝硬度。焊接到接近尺寸时用样板进行检验，根据检验情况重新布置焊接层次和焊接道数，使堆焊修复的外形尺寸尽可能接近设计尺寸。

3.3 修复后的检查和检验

焊后磨煤辊表面无贯穿性裂纹和密集气孔等缺陷，外形尺寸用样板检验，样板尺采用数控线切割机一次切割成型，用红丹粉均匀涂抹在磨煤辊表面，用样板尺研磨，样板尺与堆焊面的接触在70%以上，用便携式里氏硬度计检测每一部件堆焊层的硬度测点不少于三处，每处测量三次取平均值。检测结果表明，自动堆焊耐磨件的硬度值达到洛氏硬度HRC61以上。

4 结束语

使用高铬铁基硬质合金焊丝和优化焊接工艺后，伊犁新天煤化工磨辊修复实践显示,磨煤辊及磨盘焊后表面无贯穿性裂纹和密集气孔等缺陷，样板尺与堆焊面的接触在70%以上，焊后磨煤辊表面硬度HRC61以上，使用寿命分别达到10000小时和13000小时，达到了国内先进水平。使用高铬铁基硬质合金焊丝焊接修复工艺可以在新疆市场推广应用。