自主创新结硕果 扬帆开启新征程——写在郑州机械研究所特焊室创立二十年之际

碧 山

自主创新结硕果 扬帆开启新征程
——写在郑州机械研究所特焊室创立二十年之际

碧 山

在黄河以南、嵩山以东的黄淮平原上，古老而又现代的郑州正在向世人展示着她的博大、开放、创新与和谐。整个城市沐浴在新一轮的改革春风里，行驶在发展的快车道上。就在这座繁华的城市里，有一个集体，以耐磨堆焊为主业，以二十年的持续创新成果为基石，正与这座城市一道向着更高的目标奋勇前行。

这个集体，就是为水泥行业辊压机挤压辊和立磨磨辊磨盘提供制造与堆焊修复服务的供应商，倍受水泥企业信赖的声名显赫的郑州机械研究所特种焊接材料研究室。

这个集体，可以用一幅对联来概括她的实力，那就是：“焊条焊丝实心药芯样样出类拔萃，焊接堆焊冷焊热焊处处工艺精湛”。这不仅是这个集体文化的提炼，也是这个集体令人仰望的技术水准。

这个集体，不仅拥有国际一流的焊接材料研发装备，还拥有热爱焊接技术有胆有识有战略眼光的高端人才；他们不但站在技术的最前沿自主创新硕果累累，还深入到现场为用户解决影响挤压辊和立磨磨辊磨盘寿命的实际问题，表现出深厚扎实的焊接技术功底和一丝不苟的服务精神。

装备一流的研发基地

郑州机械研究所从事焊接材料及工艺研究已有50多年的历史，而其为水泥行业服务的特种焊接材料研究室（以下简称特焊室）成立于1994年，经过二十年的持续创新和发展，其科研和生产场地由原来的200 m2发展到10 000 m2，包括2 500 m2焊接材料生产研发基地和7 500 m2重型堆焊修复基地，已拥有12个辊压机修复工位和20个立磨磨辊磨盘修复工位，最大起吊能力达75吨。

走进郑州机械研究所耐磨堆焊材料实验室，映入眼帘的是美国热电ARL3460型直读光谱分析仪、蔡司研究级正立数字金相显微镜、美国尼通手持式合金分析仪、ICP电感耦合等离子体发射光谱仪、氮氢氧分析仪、差热分析仪、热综合分析仪、洛氏数显硬度计、显微硬度计、干砂和湿砂磨损试验机、磨粒磨损试验机、动载磨料磨损试验机等。据郑州机械研究所特焊室黄智泉主任介绍，这些装备是专门用于对材料耐磨机理进行研究的，并进行相关对比试验。

在产业基地，我们不仅看到了现代化的焊丝生产线和重型堆焊修复车间，新型钎焊材料国家重点实验室、河南省焊接工程技术研究中心、河南省焊条焊丝质量监测站均设在该所。

郑州机械研究所耐磨堆焊研究生产基地

专业的磨损试验室和质量检测室

高端人才及其战略眼光

这些机构的运转，离不开高素质的科研人才。持续创新和发展的二十年，特焊室已经由最初的五人团队发展壮大为百人团队，其中研究员5人，高级工程师10人，年轻的技术骨干均拥有博士或硕士学位，很多骨干已经成为耐磨焊材和堆焊工艺研发、应用的专家，具有十分丰富的技术服务经验。

让笔者最为钦佩的，应该是这个集体的战略眼光。

二十年前，预分解窑水泥生产线的建设投资高、周期长、达标达产慢，生产线投产之时，就是企业亏损之日。在预分解窑水泥生产技术中，不仅烧成系统是关键，粉磨技术的先进也是生产线是否先进的标志之一。在当时，立式辊磨和辊压机已经是世界水泥工业先进粉磨技术装备的代表，而在国内水泥生产线上配置的却屈指可数。屈指可数的原因之一就是抗磨技术的落后。以辊压机为例，20世纪80年代辊压机成套设备引进国门，由于国内没有堆焊修复辊压机挤压辊的焊接材料，辊面堆焊修复全部依赖进口焊接材料，对辊压机设备在国内的推广运用及国产化影响很大。

特焊室团队对当时的现状认识十分清晰。他们犀利而高远的战略眼光捕捉到了我国水泥工业未来的发展和需求，尤其是当时国家建材局十分重视的预分解窑水泥生产技术国产化项目，水泥工业要“由大变强，靠新出强”，必然需要先进的粉磨装备来支撑，必然离不开先进的抗磨损技术。这是他们决策的基础，是他们发展的机遇，机不可失失不再来。

现在有人才，未来有市场，如何抓住机遇？不是心动，而是行动！行动还缺什么？1994年，特焊室成立了，是以原焊接材料课题组为基础成立的。当时面临的严峻问题是：运行了几十年的研究体制和专用于科研的仪器设备，无法满足产业化发展的需要。为了解决这一发展瓶颈，在资金十分紧张的情况下，所里果断决定贷款购置焊条焊丝生产设备，批量稳定生产特种焊接材料。从此特焊室便正式走上了自主创新、产业化发展的道路。

焊材的自主创新

郑州机械研究所是我国最早从事药芯焊丝研究的单位，在我国高强钢研究、药芯焊丝技术标准制定以及我国焊接材料发展史上留下了浓墨重彩的一笔。特焊室在焊材上的自主创新，更是锦上添花，尤其是围绕粉磨装备抗磨需求展开的研发项目，结下了累累硕果。

特焊室在辊压机挤压辊辊面耐磨堆焊修复焊丝国产化的研究任务中，开发研制的ZD系列埋弧药芯焊丝率先成功应用于洛阳矿山机器厂开发的国产辊压机挤压辊辊面上，一举打破了国外耐磨堆焊材料一统天下的局面。为配合水泥厂家的现场修复，特焊室配套开发了ZD3焊条，首次实现了辊压机辊面的现场维修。

使用初期，由于对辊压机使用的工况条件还不是很了解，每个水泥厂的物料差别又很大，挤压辊在使用中也出现过不少问题，比如有些厂辊面不耐磨，有些厂辊面硬层出现掉块剥落等。科研人员根据反馈回来的信息不断地进行总结，调整配方和堆焊工艺，经过无数次的对比试验，终于逐一克服了这些难题，研制的焊丝不但可以完全取代进口焊丝，使挤压辊的修复成本大大降低，而且辊面耐磨寿命也达到8 000 h以上，是国外堆焊寿命的两倍，为辊压机在国内水泥企业的推广应用提供了高性价比的技术支撑。

由于现场修复的条件比较简陋，各方面工艺配套设施也不具备，特焊室率先提出了离线再生性大修的方案。离线修复可对辊面的疲劳层进行彻底清理，可更有效地延长辊体寿命，使堆焊修复后的辊体寿命不低于新辊的寿命。对于没有备件可更换的厂家，特焊室又开发出直径为1.6 mm的ZD系列半自动气保护药芯焊丝，这种焊丝在现场使用非常方便，工艺简单，焊接设备便宜通用，焊接效率是焊条的3～5倍，一经推向市场就备受用户的好评。

特焊室对技术进步的追求是无止尽的，针对现场修复时间紧、工期短，而现场手工作业效率低等问题，特焊室研制开发了便携式气刨设备，实现了现场的自动化清理工序，为全面实现现场自动化修复提供了有力的技术支持。在焊丝生产线上，笔者看到用于现场自动化修复的2.8 mm的ZD-O系列自保护药芯焊丝正在批量生产，很快就能在水泥企业的现场抢修上发挥其效能。

立磨磨辊堆焊焊丝的研制最初是以埋弧药芯焊丝为切入口，因其焊接效率低、操作复杂，其推广应用受到一定制约。为了解决这一难题，特焊室申请并攻克了河南省重大攻关项目——立式磨磨辊堆焊药芯焊丝研制及产业化应用，成功研制出ZD-O系列明弧立磨堆焊药芯焊丝系列产品。在中信重工的LGM5024原料立磨复合磨辊堆焊项目中，中信重工共收集了8种国内外焊丝，进行盲样比对，该所ZD-O系列磨辊堆焊材料综合性能优良，最终在8种对比材料中脱颖而出，被中信重工选用。目前，该系列产品已在很多水泥集团推广，在修复不同型号的立磨旧辊和提供新辊制作中表现出优异的性能。该系列产品推动了特焊室产业链的进一步扩大。

大型立磨磨辊的离线修复

水泥工业粉磨设备工作状况十分复杂，不同破碎物料的性质差别很大，各种不同的磨损形式共同作用于同一部件。实践证明，那种期望研制可以适用于各种工况的焊材的想法是不现实的，必须具体问题具体分析，根据不同磨损机理对症选择使用不同的耐磨堆焊材料，这就是焊接材料的针对性，这也是特焊室在焊材上的创新基本点。

以辊压机辊面堆焊材料为例，从辊压机的工作特点及辊面失效机理来看，一台运转效率高的辊压机，其挤压辊辊面的硬度、耐磨性、抗剥落性、辊体抗裂性以及抗疲劳性等都需要是优异的。要具备以上优异性能，特焊室的专家们设计了四种辊面堆焊材料，分别为打底层、过渡层、耐磨层和花纹层。打底层的作用保证堆焊层与辊体结合良好，防止整个堆焊层剥落，同时要求抗裂性好，能够有效阻止辊面的焊接裂纹和疲劳裂纹向辊体延伸、发展，保护辊体不受破坏；过渡层的作用是既要保证与打底层和耐磨层具有非常良好的结合性，同时又要对耐磨层有很好的支撑作用，这就要求过渡层材料的硬度要高于打底层；耐磨层要求堆焊金属具有较高的焊态硬度和良好的抗裂性，具有优异的抗磨粒磨损和抗挤压磨损的综合性能，要求其硬度要高于过渡层；花纹层是直接工作面，要求比耐磨层有更加优异的耐磨粒磨损性能和抗挤压磨损性能，材料的硬度最高。辊面堆焊完成以后，堆焊层的硬度从内到外呈梯度分布，逐渐升高，这样既能保证辊面耐磨性好，又能保证具有优良的抗裂性和抗疲劳性能，能够承受强大的冲击力。

针对磨粒磨损、冲击磨损、疲劳磨损、金属间磨损、汽蚀磨损等不同的磨损形式以及复合磨损形式，特焊室的专家们在耐磨堆焊材料研究应用方面，持续发展，形成了完整的研究应用链条。从最初单纯的耐磨堆焊材料研究扩展到：耐磨堆焊材料研究→磨损机理的研究→部件磨损机理分析→堆焊实践→耐磨堆焊材料性能提升，耐磨堆焊材料研究也扩展到手工焊条、气保护、自保护、埋弧药芯焊丝的研究，覆盖了建材行业常见的各种磨损形式。专家们通过仔细分析不同部件的破坏形式和磨损机理，可以为客户推荐提供个性化的富有针对性的耐磨堆焊材料。

经过多年的发展，特焊室大胆创新，已经开发出七十多种耐磨堆焊焊丝和焊条，产品广泛用于水泥、冶金、矿山和水电行业中易磨损部件的堆焊修复。在业绩陈列室，笔者看到了特焊室的累累科研硕果：河南省科技成果一等奖一项、二等奖一项，机械工业联合会科技成果一等奖一项、三等奖一项，郑州市科技成果特等奖一项、二等奖一项，机械科学研究院科技成果一等奖四项。目前特焊室已经拥有了气保护、自保护、埋弧、明弧等各种形式的耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝规格涵盖Φ1.6、Φ2.8、Φ3.2、Φ4.0等规格，焊丝包装与国际接轨，实现了盘装和桶装。这些具有自主知识产权的焊丝和焊条在与工况相适应的的焊接工艺下，表现出非凡的抗磨性能。

好焊丝离不开好的焊接工艺

在焊接领域有句话说得好：三分材料七分工艺。也就是说，材料再好，如果没有适宜的焊接工艺配合，也达不到好的效果。

以辊压机堆焊为例，要提高辊压机挤压辊堆焊修复的使用寿命，只有优质的焊接材料还不行，还必须有相应配套的先进的堆焊工艺。需要充分了解母材及堆焊材料属性，分析其微观组织状态、相变点范围，并测试相关物理性能；在此基础上进行合理化焊接工艺的制定，才能得到理想的耐磨堆焊层。

目前国内辊压机挤压辊维修主要采用两种方式：在线修复和离线修复。两种方式的堆焊工艺差别很大。离线修复，可以根据母材及堆焊材料的相变特性，确定预热温度及保温时间，严格控制焊接层间温度，应该说，离线修复可以使辊子焕然一新，甚至比新辊子还耐磨。而现场修复就完全不一样，现场没有热处理条件，同时，现场加热及保温措施也不具备，按离线的工艺实施是不现实的。那么，如何保证在线修复的质量呢？为适应现场冷焊工艺的要求，必定要适当牺牲材料的耐磨性，提高其冷焊结合性，通过花纹层材料的排列密度达到要求的使用寿命。同时对于以磨损为主要破坏形式或以剥落为主要破坏形式的工况，需要在材料及工艺上尤其区别对待。对一些比较特殊的用户，比如物料中使用的混合材易磨性差，混合材中钢渣和水渣配比较大，导致辊面磨损很大，特焊室都可以根据这些情况制定不同的堆焊工艺甚至研发专用焊丝来提高辊子的使用寿命。

挤压辊制造车间

特焊室并不满足于辊压机挤压辊耐磨堆焊事业的成就。近十年来，特焊室在立磨磨辊和磨盘的堆焊工艺上不断创新，尤其是针对被磨物料性能差异开展研制工作获得的成果，在实际应用中表现出良好的效果，深受用户欢迎。山西ZY公司水泥工艺线配套一条年产60万吨的矿渣微粉生产线，矿渣微粉与熟料分别粉磨。矿渣立磨投入运行不到一个月，磨盘堆焊层就出现质量问题：磨盘衬板连接处出现掉块，破损边缘处用手就能掰下碎块。敲击磨盘其它完好部位，能从声音听出空心的回音。磨辊使用不到两个月，大头处出现严重磨损。在线修复后使用一个月，磨辊又出现了严重的掉块、剥落现象。该公司对堆焊修复几乎失去信心，决定对这台立磨的磨辊辊套及衬板进行更换，采用免堆焊的离心铸造的新型复合材料[1]。尽管供应商承诺磨辊及衬板正常使用≥7 000 h，实践却证明这是一次失败的尝试。该公司慕名来到郑州，邀请特焊室的专家们为其解决困扰他们的难题。特焊室根据现场矿渣的性能和粉磨工况，将自己研制的焊丝和堆焊工艺相结合，使该公司矿渣立磨磨辊磨盘获得了令其满意的使用寿命。

一丝不苟的服务精神

特焊室除了有优质的焊接材料和先进的堆焊工艺，还有一支优秀的专业售后服务团队。坚持长久合作、互惠互利、合作共赢的理念，服务团队经常去企业现场跟厂里技术人员和粉磨岗位员工进行交流，了解产品使用情况，在使用过程中出现的那些问题，能现场解决的就马上解决，现场解决不了就立即反馈到特焊室，大家再研究解决方案。这样，特焊室的专家们始终掌握着第一手资料，遇到问题也能及时科学合理地解决。正是因为特焊室所有员工一丝不苟的精神，赢得了用户的信任，铸就了特焊室今天在水泥工业中耐磨堆焊技术这个金字招牌和成就。

与亚东水泥集团的合作是一个典型的例子。亚东水泥集团的辊压机是原装进口德国洪堡公司的，挤压辊尺寸达到Φ1 700×1 800。由于对国内的焊丝一直不很信任，其辊面修复原一直采用进口焊丝来修复。特焊室的技术人员多次跟他们交流建议试用自主研制的焊丝来补焊，亚东水泥集团一直对国产材料疑虑重重。但特焊室的技术人员并没有放弃，经常到亚东厂里现场交流，了解使用情况和遇到的难题。功夫不负有心人，亚东终于答应试用特焊室的焊丝。试用过后耐磨效果非常好，超过进口焊丝的效果，价格又比进口的低。现在亚东集团的辊子修复全部使用郑州机械研究所研制生产的焊接材料。

Φ1 700×1 800辊压机的再生性修复

扬帆开启新征程

现代化水泥生产线的高效运转离不开优质耐磨材料及技术服务的支撑。郑州机械研究所特焊室想用户所想，急用户所急，用自己的智慧和技术，勇敢地肩负起了国产耐磨堆焊材料的研发和应用的历史重任，通过二十年的艰苦奋斗，在为水泥工业粉磨装备高效运转保驾护航中取得了辉煌成就。

在二十年的持续创新、拼搏和奋进中，面对我国水泥工业的快速发展，特焊室根据自身在挤压辊磨盘磨辊堆焊修复中的优势，调整发展战略，引进高素质的人才加大科研力量，增加科研费用投入，不断优化焊丝产品质量，购买先进的药芯焊丝生产设备，使产能大大提高；购买先进的、全自动化的堆焊修复设备，严格执行堆焊工艺，使堆焊挤压辊使用寿命大大延长，最长能够达到3万小时以上。目前特焊室是国内唯一一家集耐磨堆焊焊材研发、生产、销售、技术服务和堆焊修复为一体的专业的挤压辊磨盘磨辊修复和制造厂家，每年用自主研制的焊丝和堆焊工艺来修复和制造的辊压机挤压辊有1 000多台，立磨磨辊磨盘在200台套以上 。

在过去的二十年里，郑州机械研究所特焊室勇于实践研发体制创新、技术创新和服务创新，在创新中不断获得可持续发展的无限动力，在创新中使他们的焊条焊丝实心药芯样样出类拔萃，在创新中使他们的焊接堆焊冷焊热焊处处工艺精湛，在创新中使他们成为名符其实的耐磨堆焊专家。

自破为鹰，他破为食。如果说二十年前拉开自主创新、产业化发展帷幕那一刻，是特焊室自破的起点，今天，她已经成长为一只翱翔蓝天的雄鹰。站在新的十年的开端，沐浴着新一轮的改革春风，这只雄鹰将在持续创新中，开启新的征程。

[1] 李春.4 000 t/d熟料水泥生产线耐磨材料使用现状分析[J]. 新世纪水泥导报, 2014(2):52-55.

2014-12-10）

TG455

B

1008-0473(2015)01-0001-06

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.001