浅谈辊压机辊子的堆焊修复方法

浅谈辊压机辊子的堆焊修复方法

Discussion on Repairing Method of Surfacing Welding of the Roller of Roller Press

于来义

1 前言

辊压机是应用于各种粉磨作业中的主机设备，具有能耗低、产量高、噪音小、结构简单便于检修等优点。其主要缺点是辊子辊面容易磨损，影响辊压机效率的发挥。因此，对磨损的辊子及时进行修复，延长辊面的使用寿命，是辊压机使用维护中的关键所在。辊子按辊面结构主要分为：堆焊辊子、合金铸造辊子和镶嵌硬质合金辊子三类，本文主要对堆焊型辊子在使用维护中的堆焊修复方法进行简单介绍。

2 辊压机辊面的磨损机理

辊压机挤压工作部分主要由两个速度相同、相对运动的辊子组成。物料由辊子上部喂料口卸下，进入辊子间的缝隙中，在辊子高压力的作用下，物料在两个辊子辊面之间相互挤压和摩擦，变成密实但充满裂纹的扁平料饼，使物料的易磨性得到明显改善。辊面的磨损类型属于典型的高应力磨料磨损。在磨料磨损过程中，物料颗粒在压力作用下会使辊面产生磨损和塑性变形，从而在辊面亚表层不同深处形成循环压应力和拉应力，当循环应力超过辊子材料的疲劳强度时，在表面层将引发裂纹。在循环载荷作用下，表层下组织的塑性变形继续发展，在表面一定深度的位置也将萌生裂纹，并逐步扩展。当裂纹扩展后，裂纹以上的材料断裂剥落，造成疲劳损坏。因此，辊子的磨损机理是辊面的高应力磨料磨损和辊面亚表层的疲劳磨损共同作用的结果。较浅的裂纹破坏层距辊面约10mm，较深的裂纹距辊面约20～30mm，局部甚至深达50～60mm，并且随着使用时间加长，裂纹沿辊子周向延绵不断向外发散扩展，造成辊子局部或成片剥落。除了正常磨损外，如果螺栓、铁块等金属异物进入料层也会造成辊面损坏。辊压机安装使用后，一般情况下连续运转半年以后，堆焊辊面的耐磨花纹磨损就比较严重，有的甚至有局部脱落的现象，因此必须及时进行辊面的堆焊修复（图1）。

3 堆焊修复材料和工艺的选择

辊子堆焊修复的焊接材料及焊接工艺的选择是十分重要的，应选择耐磨性很好、韧性和抗疲劳性较高的堆焊材料，采用正确的焊接工艺，合理匹配不同种类的焊丝，以保证良好的堆焊质量，达到延长使用寿命的目的。在以往的辊面修复中，水泥厂多采用高Cr铸铁性耐磨焊条。此类焊条焊后组织主要为铸铁性基体上分布大块碳化物，含C量在3%以上，堆焊层硬度在HRC60左右，具有良好的耐磨性能。但其结合性、抗裂性和抗疲劳性较差，在辊面上堆焊一层就会出现交错裂纹。辊体运行过程中，在应力的作用下，辊面很容易出现大面积剥落，造成频繁停机修复的状况。同时堆焊层的交错裂纹，易发展延伸至辊子的母体，使辊子本体出现大量缺陷，直接影响辊体寿命，长期使用，很可能造成整个辊子报废。

图1 辊面磨损情况

在辊压机制造和辊子堆焊修复过程中，中材（天津）重型机械有限公司和北京阳光威尔焊接技术有限公司经过对物料特性和辊压机辊面磨损机理的分析，通过大量的耐磨试验，对材料进行了深入研究及性能对比，研制生产出适合物料特性的SNM系列新型堆焊焊丝。堆焊层金属主要成分是C、Cr、Mo、W、V、Ni、Nb等，堆焊后组织为马氏体+残余奥氏体+针状贝氏体+少量碳化物，焊接工艺良好，抗裂性能优良，冷焊、多层焊效果良好。

在生产实践中，根据辊压机辊子磨损状况和焊接修复次数，辊子的堆焊修复分为在线修复和离线修复：

（1）现场在线修复

辊压机投入生产使用一段时间后，在辊面花纹磨损较多、没有严重脱落的情况下，为了缩短维修时间，减少对正常生产的影响，建议水泥厂进行短期在线修复，采用明弧自动焊接修复工艺。

首先利用碳弧气刨进行环周气刨，对辊面进行彻底清理，去除辊面残留硬层、裂纹、粉尘、铁锈等。然后检查辊面有无分层和裂纹，确定无分层和裂纹后，对辊面进行打磨清理，露出辊面金属光泽，再进行堆焊（图2、3）。堆焊先用307-0或AP307-0焊丝打底，这是一种高强度、中等硬度的堆焊材料，具有良好的抗疲劳性和结合性，同时又具有一定的抗磨性能，在辊体母材和耐磨层之间能起到很好的桥梁作用。用SNM22V-0焊丝作为过渡层硬层，用HC-0或HC-OmoV作为堆焊硬层，用CN-0作为表面花纹硬层。

图2 辊面气刨过程

堆焊过程中应注意控制焊接参数，检查焊接质量，测量辊体尺寸及圆度，焊到辊体要求尺寸为止，焊后应注意保温缓冷。

图3 在线堆焊过程

在线修复应根据辊面磨损情况制定合理的堆焊工艺，对于局部脱落的较大缺陷，要气刨到没有裂纹为止。同时根据堆焊量的大小设计不同种类焊丝和堆焊层数，使用正确的焊接规范，使各层之间形成良好的结合性和硬度梯度，这是形成优质耐磨层，保证辊子安全有效运行的重要前提。

（2）离线修复

对于运转时间比较长，经过几次现场在线堆焊修复后，辊子工作面磨损非常严重，辊面上出现较大裂纹、凹坑等严重缺陷，辊面疲劳破坏层较深的辊压机辊子，由于修复工作量较大，建议采用离线修复，经过离线彻底修复后可使辊子使用寿命延长。

离线修复在工厂进行，加工和检测等修复条件比现场条件好，可以对辊子进行全面彻底的检测和维修，更能保证修复质量。离线修复主要采用以下修复工艺（图4、5）：

图4 辊面短电弧切削过程

图5 埋弧堆焊过程

首先对辊子进行全面清理和检查，确定修复方案，利用短电弧切削机床或气刨将辊面残留的硬层和疲劳层彻底清除，直至辊面无裂纹存在。用车床加工辊子表面后，对辊面进行整体探伤，确保无裂纹后，将辊子预热到适合温度。采用埋弧焊接形式，用BUF-S焊丝作为打底层，打底层焊丝具有良好的韧性，可起到有效缓冲和阻止辊面疲劳层扩展的作用，提高基体的抗裂、抗疲劳能力，保护辊体不受到破坏。用FB-S焊丝作为过渡层，过渡层具有良好的结合性，很高的强度、硬度、形成良好的硬度梯度，并为耐磨层提供良好基面。用167NB-S焊丝作为耐磨硬层，在过渡层的基础上堆焊耐磨硬层，耐磨层有较高的焊态硬度和韧性，有优异的抗磨粒磨损和抗挤压磨损的综合性能。最后用CN-0焊丝明弧堆焊耐磨花纹层。

各层所用焊丝种类、性质不同，要求的焊接工艺也不同，但是各层的连接要紧密，堆焊层之间应逐渐过渡，硬度梯度合理且逐步增强。在焊接过程中要及时清除焊渣，清理焊道。打底层和过渡层不允许有裂纹，表面耐磨层和耐磨花纹层允许有龟裂，但每条裂纹长度不允许＞30～50mm。堆焊过程中应注意操作的连续性，要重点控制层间温度、搭接量、电流、电压等焊接参数及工件尺寸。焊后采取保温及热处理工艺并按检验规范对表面硬度、圆度等项技术指标进行检验，确保辊子修复质量。

4 结语

辊压机辊子的辊面状况直接影响辊压机使用效率，也是辊压机维护的重点，在辊面耐磨花纹还没有完全磨损时，应按在线修复工艺及时进行修复，修复后使用时间＞4 000h，但效果不如离线修复理想。在线修复几次以后，辊面疲劳层面积和深度会增大，修复频率增加，使用单位应根据具体情况进行离线修复。采用埋弧自动焊接工艺离线修复的辊面使用效果较好，辊子使用时间＞8 000h。我公司采用以上修复工艺进行堆焊修复的辊子，在祁连山水泥集团、金隅集团等水泥厂使用效果良好。

在使用辊压机过程中，如果耐磨花纹磨损失效，失去了最外面耐磨层的保护，辊子会磨损得更快，容易造成对辊子的致命破坏，建议使用单位及时对辊面进行维护。采用合理的堆焊修复工艺及时堆焊维护辊面，是保证辊压机正常使用和提高效率的关键。

[1]JC/T2104-2012，建材工业用耐磨件堆焊通用技术条件[S].■

TQ172.632.5

A

1001-6171（2017）01-0043-04

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2016-05-29；编辑：赵星环