辊压机挤压辊埋弧堆焊装置——文献学习体会

文献概况与技术背景

王银军、黄全新等作者在《铸造技术》2019年第40卷第2期发表的这篇论文，介绍了一种辊压机挤压辊埋弧堆焊装置的结构、使用方法及其在矿山、冶金行业中的应用效果。辊压机是水泥、矿山、冶金等行业中广泛使用的粉磨设备，其挤压辊在长期运行中承受巨大的挤压载荷和物料冲刷，表面磨损严重，定期需要进行堆焊修复或更换。传统的堆焊修复方式存在效率低、质量不稳定等问题，而本文提出的专用埋弧堆焊装置，实现了加热、堆焊、保温、连续清除焊渣等多种工艺功能的一体化，显著提高了堆焊修复的效率和可靠性。

装置结构与功能分析

本文介绍的埋弧堆焊装置具有以下核心功能模块：

加热系统

辊压机挤压辊通常为大尺寸锻件或铸钢件，材质多为高铬铸铁或高锰钢，焊前预热温度一般在200-400°C之间。加热系统需保证辊体表面的温度均匀性，避免局部过热或温度不均导致的残余应力集中。电加热方式通过电阻加热圈环绕辊体，感应加热方式则通过感应线圈产生涡流加热。两种加热方式各有优劣：电加热温度均匀性好，但升温速度慢；感应加热升温速度快，但温度均匀性相对较差。

堆焊系统

埋弧堆焊（SAW）是本文装置的核心功能。埋弧焊具有以下优势：焊接质量稳定、生产效率高、焊接变形小、劳动条件好。对于辊压机挤压辊的堆焊修复，埋弧焊是理想的选择。堆焊系统的关键参数包括：

• 焊接电流：根据堆焊层厚度和焊丝直径确定，一般在500-800A范围内。
• 焊接电压：与电流匹配，一般在25-35V范围内。
• 焊接速度：根据堆焊层厚度和熔敷率确定，一般在100-200 mm/min范围内。
• 焊丝直径：常用φ3.2mm或φ4.0mm药芯焊丝。
• 焊剂：常用SJ101或SJ301等低氢型焊剂。

保温系统

辊压机挤压辊堆焊后的冷却速率对堆焊层组织和性能有重要影响。冷却速率过快会导致马氏体组织过多，硬度高但韧性差，易产生冷裂纹；冷却速率过慢则可能导致晶粒粗化，力学性能下降。保温系统通过控制冷却速率，使堆焊层获得理想的组织和性能。保温方式可采用保温层覆盖或加热保温，保温温度一般控制在100-200°C，保温时间根据辊体壁厚确定，一般为2-4小时。

清渣系统

连续清除焊渣是保证堆焊连续性的关键。在多道次堆焊中，前道次焊渣如未彻底清除，会影响后道次的熔合质量，甚至导致未熔合、夹渣等缺陷。清渣系统采用机械或气动方式，在堆焊过程中连续清除焊渣，保证了堆焊的连续性和效率。

工程应用效果与工艺优势

本文指出，该装置已成功应用于矿山、冶金行业的辊压机挤压辊的表面连续埋弧堆焊。与传统的手工堆焊或半自动堆焊相比，该装置具有以下优势：

1. 效率高：连续堆焊作业，无需人工换焊条或频繁停弧，生产效率提高3-5倍。
2. 质量稳定：埋弧焊的焊接参数稳定，堆焊层组织均匀，性能一致性好。
3. 变形小：加热、堆焊、保温一体化控制，有效减少了焊接变形。
4. 成本低：减少了人工投入和设备停机时间，综合成本显著降低。
5. 环境友好：埋弧焊的烟尘少，劳动条件好，符合绿色制造要求。

工艺参数优化与质量控制

对于辊压机挤压辊的埋弧堆焊，工艺参数的优化是保证堆焊质量的关键。我总结了以下工艺优化要点：

1. 焊前预热：根据辊体材质确定预热温度。高铬铸铁预热温度250-350°C，高锰钢预热温度200-300°C。预热方式采用电加热或感应加热，温度均匀性要求±20°C以内。
2. 层间温度：控制在200-300°C，避免过高导致晶粒粗化，过低导致冷裂纹。
3. 堆焊层厚度：根据辊体磨损量确定堆焊层厚度，一般控制在3-8mm范围内。过厚会导致残余应力增大，过薄则修复效果不佳。
4. 焊后热处理：堆焊完成后进行去应力退火，温度550-650°C，保温2-4小时，以消除残余应力，改善组织性能。
5. 无损检测：堆焊层应进行超声检测（UT）或磁粉检测（MT），检查内部和表面缺陷。对于高要求的应用，可进行渗透检测（PT）补充检查。

关键疑问与后续思考

本文主要介绍了装置的结构和使用方法，但对以下方面涉及较少：

第一，文中未给出堆焊层的具体力学性能数据，如硬度、冲击韧性、耐磨性等。建议补充堆焊层的性能测试结果，以全面评价堆焊质量。第二，文中未涉及堆焊层的寿命评估，即在辊压机挤压辊服役条件下的预期使用寿命。对于辊压机挤压辊的维修决策而言，堆焊层的寿命预测是决定是否进行堆焊修复的关键依据。第三，文中未涉及不同材质辊体（如高铬铸铁、高锰钢、合金钢等）的堆焊工艺差异。不同材质的热膨胀系数、导热系数和焊接性不同，堆焊工艺参数需相应调整。

学习心得与总结

本文介绍的辊压机挤压辊埋弧堆焊装置，是焊接工程与专用设备设计相结合的典型范例。该装置通过加热、堆焊、保温、清渣等功能的一体化设计，实现了辊压机挤压辊堆焊修复的高效化和标准化。对于从事辊压机挤压辊维修的技术人员而言，该装置提供了从设备选型、工艺参数设定到质量控制的完整解决方案，具有很高的工程参考价值。在实际应用中，应根据辊体的具体材质、磨损程度和服役条件，灵活调整工艺参数，通过PDCA循环持续优化堆焊工艺，确保堆焊修复的质量与可靠性。同时，应建立完善的堆焊层性能数据库，为工艺参数优化提供数据支撑，推动辊压机挤压辊维修技术的持续进步。