【水泥人網(wǎng)】?摘要:本文通過(guò)對(duì)耐磨件堆焊制造及再制造中的幾個(gè)問(wèn)題的探討，詳細(xì)闡述了堆焊件與鑄造件的特點(diǎn)、耐磨堆焊再制造方法的優(yōu)劣勢(shì)分析和選擇原則、在線(xiàn)堆焊與離線(xiàn)堆焊再制造的材料選用、工藝控制、設(shè)備配置及施工案例，詳細(xì)分析了堆焊的風(fēng)險(xiǎn)及其控制，同時(shí)還介紹了新興的復(fù)合耐磨件制造的方法、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
耐磨件的制造不僅可通過(guò)鑄造工藝來(lái)制造，也可通過(guò)堆焊工藝來(lái)制造，而對(duì)磨損過(guò)的耐磨件采用堆焊工藝來(lái)再制造，可獲得比原鑄件更耐磨的性能，同時(shí)通過(guò)廢舊利用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是一個(gè)再制造過(guò)程，本文將就耐磨件堆焊制造及再制造中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。
1、堆焊和鑄造一樣都是耐磨件的制造方法
1.1、堆焊是微觀(guān)化的鑄造
耐磨件的制造是以鑄造為主（從噸位來(lái)說(shuō)），堆焊件占的比重比較小。鑄造比堆焊發(fā)展得早，所以從堆焊誕生開(kāi)始，就有了鑄造和焊接（堆焊）誰(shuí)代替誰(shuí)的問(wèn)題，其實(shí)從原理上講，二者應(yīng)該是一家，是不能相互替代的。我們認(rèn)為，堆焊過(guò)程實(shí)際就是一個(gè)微觀(guān)的鑄造過(guò)程，如果鑄造可以看作是焊件尺寸以米為單位的大尺寸熔池，那么堆焊就是以毫米為單位的很小的熔池。為什么在工件制造過(guò)程中會(huì)有微觀(guān)鑄造的概念呢？這是因?yàn)閷?duì)于鑄造而言，隨著鑄件尺寸的不斷增大，其制造難度和熱處理難度也越來(lái)越高，如果再要求耐磨件能夠由里到外具有均勻的耐磨性能，實(shí)現(xiàn)起來(lái)將非常困難。但是堆焊過(guò)程可以解決這一難題，它將鑄造過(guò)程微觀(guān)化、微細(xì)化，把一個(gè)大的鑄造分解成無(wú)數(shù)小的鑄造，這樣，每個(gè)微觀(guān)熔池都可以很容易達(dá)到最終工件要求的強(qiáng)度、硬度、韌性等微觀(guān)指標(biāo)。
所以，在耐磨件的堆焊過(guò)程中，鑄造和堆焊是相輔相成的，就比如鑄造是皮，耐磨層堆焊是毛，對(duì)耐磨件整體質(zhì)量而言，二者是"皮之不存，毛將焉附"的關(guān)系。如果要求一個(gè)工件整體具有很好的質(zhì)量，就要求其鑄造和堆焊的質(zhì)量都很高。
1.2 、耐磨件制造過(guò)程中鑄造和堆焊的選擇
對(duì)于一個(gè)耐磨件，如果其鑄件從成本、性能等方面能夠完全滿(mǎn)足使用要求，人們就不必考慮堆焊了。那么為什么要考慮堆焊呢？這是因?yàn)椋瑑H靠鑄造，耐磨件的壽命、質(zhì)量上無(wú)法達(dá)到所要求的指標(biāo)，這時(shí)就引進(jìn)了微觀(guān)鑄造，也就是用堆焊的方式來(lái)加強(qiáng)所要求部位的耐磨質(zhì)量或其他方面的質(zhì)量。
2 、耐磨堆焊再制造方法的選擇
堆焊方法有很多，如氣焊、手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊、明弧焊等。耐磨堆焊再制造就是用堆焊工藝將品質(zhì)合適的耐磨材料堆焊到基體表面，堆焊后細(xì)化的復(fù)合碳化物均勻分布在強(qiáng)化的基體內(nèi)，形成的奧氏體基體具有較好的抗拉強(qiáng)度，焊材與基材熔合性好，具有高應(yīng)力的磨耗性，外觀(guān)焊縫成型美觀(guān)，具備較好的抗沖擊性能，從而提升了耐磨件的使用壽命（比新品可提高1.5倍以上）。
近年來(lái)采用的堆焊再制造方法主要有兩種，一是使用直徑Φ3.2-5mm的藥芯焊絲在焊劑層下進(jìn)行自動(dòng)埋弧堆焊，另一種是使用Φ1.2-3.2mm自保護(hù)藥芯焊絲進(jìn)行明弧堆焊。
埋弧焊是傳統(tǒng)的高效率的堆焊方式，現(xiàn)在很多地方還在沿用，而自保護(hù)明弧焊最近兩年已經(jīng)發(fā)展起來(lái)了，實(shí)際上這兩種焊接方法各有利弊。在早期的磨輥、磨盤(pán)瓦等大物件的堆焊過(guò)程中，也都曾經(jīng)采用過(guò)埋弧焊。后來(lái)為什么都采用明弧自保護(hù)焊呢？這是因?yàn)榕c埋弧堆焊比較，明弧自保護(hù)焊有以下優(yōu)勢(shì)：
第一，從成本上說(shuō)，埋弧焊比較費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，一般要3-4人，有添加焊劑的、除焊劑的、有焊接操作的。并且焊前要對(duì)焊劑進(jìn)行烘干，焊接過(guò)程中要不斷添加焊劑，并需專(zhuān)人去除焊渣，使堆焊過(guò)程人力、物力投入很大，且環(huán)境惡劣。相反，明弧自保護(hù)焊只要一個(gè)人就夠了，不僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化，減小了焊工手工操作時(shí)因長(zhǎng)期焊接引起的疲勞及堆焊質(zhì)量下降，具有人工操作不可及的高效率，因此能夠適應(yīng)高質(zhì)量、高效率的堆焊再制造要求。
第二，從耐磨性能上說(shuō)，埋弧焊因?yàn)橛泻竸⒑冈挠绊?，一些?qiáng)迫冷卻措施、溫控措施都很難加上去，因此無(wú)法對(duì)工件進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻以保持正常焊層間溫度，致使工件可焊性受到限制。而明弧自保護(hù)焊就比較容易實(shí)現(xiàn)溫控，從而使工件能獲得更好的耐磨性能。
第三，從整體對(duì)部件的影響來(lái)說(shuō)，埋弧焊因溫控受限，鑄件的尺寸變形會(huì)比較大，而明弧自保護(hù)焊可以將變形控制到很小范圍內(nèi)，因此不易引起母材的變形開(kāi)裂。原來(lái)有一個(gè)概念，一個(gè)鑄件或輥體的堆焊最多不超過(guò)三次，這是建立在埋弧堆焊的基礎(chǔ)上的，作為明弧自保護(hù)焊來(lái)說(shuō)，應(yīng)該說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止三次。
那么這些方法該怎么選擇呢？我們認(rèn)為，應(yīng)從工件的最終性能要求來(lái)考慮，例如，煤磨、立磨的磨輥/盤(pán)這類(lèi)工件，它們要求高耐磨、低抗沖擊性，工藝選擇要從碳化物的數(shù)量和形態(tài)上來(lái)考慮；而輥壓機(jī)擠壓輥這類(lèi)產(chǎn)品則要求高抗沖擊、中低耐磨，工藝選擇要考慮碳當(dāng)量的概念，碳當(dāng)量決定耐磨件本身的強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性。簡(jiǎn)單的說(shuō)，輥壓機(jī)擠壓輥的堆焊要考慮預(yù)熱和保溫，要圍繞碳當(dāng)量做工藝，原則上要采用熱焊，需要在一定的條件下進(jìn)行焊接，焊接、保溫溫度都比較高。而立磨、煤磨的輥/盤(pán)要求有足夠的耐磨性能，要考慮碳化物的形態(tài)，只考慮控制小的變形和快的冷卻速度，采用冷焊就可以了。因此，埋弧焊更適合輥壓機(jī)的堆焊，明弧自保護(hù)焊更適合立磨、煤磨的輥/盤(pán)的堆焊。所以只有針對(duì)不同的工件和場(chǎng)合綜合考慮堆焊方式，才能兼顧不同的堆焊方法，得到所需要的性能。
3 、耐磨堆焊再制造方式
目前的耐磨堆焊再制造方式包括離線(xiàn)堆焊和在線(xiàn)堆焊，離線(xiàn)堆焊發(fā)展較早，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在線(xiàn)堆焊是我公司在國(guó)內(nèi)首先做起來(lái)的，并且獲得了國(guó)家專(zhuān)利和國(guó)家創(chuàng)新基金支持。
3.1、在線(xiàn)堆焊再制造
立磨磨輥和盤(pán)瓦在線(xiàn)再制造是將堆焊機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，在立磨磨輥/盤(pán)不拆除的情況下，使用藥芯焊絲進(jìn)行明弧堆焊再制造。因?yàn)椴挥貌鹦赌ポ伜鸵r板，用戶(hù)可在設(shè)備檢修和設(shè)備停機(jī)的較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行堆焊再制造，滿(mǎn)足即時(shí)檢修的需要，最大程度縮短停工時(shí)間。
最初的在線(xiàn)堆焊施工是2000年從電力系統(tǒng)的煤磨開(kāi)始的。因?yàn)殡姀S(chǎng)一臺(tái)機(jī)組至少有五到六臺(tái)煤磨機(jī)，而停機(jī)檢修時(shí)間只有10-15天，典型磨型如ZGM113系列磨煤機(jī)，一個(gè)機(jī)組六臺(tái)煤磨共有18只磨輥、6套盤(pán)，若要在檢修期間堆焊完，即使堆焊場(chǎng)地離工廠(chǎng)不是很遠(yuǎn)，加上拆裝和運(yùn)輸時(shí)間，以一臺(tái)設(shè)備堆焊一只輥?zhàn)佑?jì)算，共需要24臺(tái)設(shè)備、10-14天完成施工，而在線(xiàn)堆焊施工卻可以在10天內(nèi)順利達(dá)到同樣的效果。
從2000年至今，嘉克公司一直在進(jìn)行在線(xiàn)堆焊施工，到工程量最多的時(shí)候一共有9只隊(duì)伍在外進(jìn)行在線(xiàn)堆焊施工，每個(gè)施工隊(duì)伍堆焊量都在5-10噸，能一次性堆焊完成電廠(chǎng)一個(gè)機(jī)組的全部磨機(jī)。水泥廠(chǎng)因?yàn)榱⒛サ某叽绫容^大，像ATOX50、MLS3626等大的輥套和磨盤(pán)堆焊量也都很大。
大量的實(shí)踐證明了在線(xiàn)堆焊再制造是比較實(shí)用的，不僅能保證堆焊再制造后的質(zhì)量和使用壽命，保證磨輥和磨盤(pán)的原有工作尺寸，而且大大提高了生產(chǎn)效率和出粉產(chǎn)量，降低了更換磨盤(pán)和磨輥所帶來(lái)的人工成本增加、備件周期及不安全因素的影響。
有人認(rèn)為在線(xiàn)焊質(zhì)量可能有問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)上百個(gè)堆焊再制造的案例比較后認(rèn)為，在線(xiàn)焊如果在裝備上、工藝上真正達(dá)到要求，表面質(zhì)量和耐磨性能能和離線(xiàn)堆焊一樣經(jīng)得起足夠的耐磨時(shí)間。
3.2 離線(xiàn)堆焊再制造
在線(xiàn)堆焊的成功實(shí)施并不能完全取代離線(xiàn)堆焊，這兩種焊接方法同樣重要。企業(yè)如擁有備件，可把磨輥/盤(pán)瓦拆卸下來(lái)運(yùn)到嘉克公司堆焊生產(chǎn)基地進(jìn)行再制造。被堆焊再制造的磨輥/盤(pán)瓦不受尺寸限制，且各種形狀的磨輥/盤(pán)瓦均可堆焊再制造。
嘉克公司離線(xiàn)堆焊再制造的磨輥/盤(pán)瓦熔覆金屬與基體結(jié)合牢固，外觀(guān)焊縫成型美觀(guān)，耐磨性能好，使用壽命長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和技術(shù)工藝的完美組合。
4 耐磨堆焊再制造設(shè)備
4.1在線(xiàn)堆焊再制造設(shè)備
嘉克公司研制生產(chǎn)的ARC-NMP7-1磨輥/盤(pán)瓦在線(xiàn)明弧自動(dòng)堆焊機(jī)是磨盤(pán)瓦、磨輥機(jī)內(nèi)堆焊再制造的專(zhuān)用設(shè)備，它含五項(xiàng)專(zhuān)利，主要用于立磨磨輥/盤(pán)瓦的現(xiàn)場(chǎng)堆焊再制造，在磨盤(pán)瓦不拆除的情況下，使用Φ1.2-3.2mm自保護(hù)藥芯焊絲明弧堆焊，完成磨輥/盤(pán)瓦的堆焊再制造工作。整個(gè)過(guò)程安裝方便，操作簡(jiǎn)單，短時(shí)間即可完成施工。
本設(shè)備采用逆變電源及其對(duì)電弧的控制技術(shù)，使堆焊過(guò)程飛濺小，焊道成型好，焊接效率高，適合各種形狀的磨輥/盤(pán)瓦再制造，能適應(yīng)高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)要求。同時(shí)設(shè)備占地面積小，檢修方便，耗電省，幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)200多家火電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)下了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。
4.2、離線(xiàn)堆焊再制造設(shè)備
嘉克的離線(xiàn)再制造設(shè)備為含有三項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)的ARC-NMG7-1/2磨輥/盤(pán)瓦自動(dòng)明弧堆焊機(jī)，它采用逆變電源及其對(duì)電弧的控制技術(shù)，配備焊槍擺動(dòng)器和焊槍高度跟蹤系統(tǒng)，用PLC實(shí)現(xiàn)堆焊程序控制及對(duì)擺動(dòng)器和高度跟蹤的控制，使堆焊過(guò)程飛濺小，焊道成型好，且具備遮弧及煙塵凈化裝置，可有效地改善工作環(huán)境。
本設(shè)備自動(dòng)化程度高，可通過(guò)編程方式排列焊道，可實(shí)現(xiàn)焊距高度跟蹤。此外，通過(guò)加配焊槍擺動(dòng)裝置，可根據(jù)需要選用規(guī)格適合的焊絲，人為設(shè)定寬度，使表面平整美觀(guān)，因此適合各種形狀的磨輥/盤(pán)瓦堆焊再制造，尤其是形狀復(fù)雜的磨輥。焊槍擺動(dòng)器和高度跟蹤系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)局部缺陷的再制造。