四辊破碎机辊皮堆焊修复工艺——文献学习体会

文献概况与工业背景

本文由湘潭钢铁公司华光设备修复中心甘志喜于1997年发表于《焊接》第1997年第4期，介绍了四辊破碎机辊皮的堆焊修复与强化工艺。四辊破碎机是冶金企业中焦炭破碎的主要设备，辊皮作为易损件，正常使用寿命仅为3-4个月，主要失效形式为磨损和腐蚀。辊皮材质为30CrMo铸钢件，每年消耗约50个。通过堆焊修复和强化，可显著降低生产成本。

堆焊修复工艺详解

焊前准备工艺

文献详细描述了焊前准备的三个关键步骤：

预热工艺是堆焊修复成功的关键。30CrMo铸钢件属于中碳合金钢，淬硬倾向较大，如果不进行充分预热，堆焊过程中快速冷却会在熔合区形成高硬度的马氏体组织，导致冷裂纹的产生。50°C/h的升温速率和2h的保温时间，确保了辊皮整体温度均匀，有效降低了温度梯度和热应力。

堆焊工艺要点

对于辊皮的堆焊修复，需要考虑以下技术要点：

1. 焊材选择：辊皮材质为30CrMo铸钢，堆焊焊材应选择与之冶金相容性好、同时具有良好耐磨性的材料。常用的选择包括高铬铸铁焊条（如D507、D537）、高锰钢焊条（如ZGMn13）或合金堆焊焊丝。
2. 多层堆焊：辊皮的磨损深度较大时，需要多层堆焊。第一层采用与母材相容性好的过渡层焊材，后续层采用高硬度耐磨焊材。
3. 焊接顺序：辊皮为环形结构，焊接时应采用对称焊接或分段退焊方式，控制焊接变形。

失效模式分析

辊皮的失效模式主要包括：

• 磨粒磨损：焦炭颗粒在辊面滚动和滑动过程中，对辊皮表面造成机械切削和微切削，导致材料逐渐流失。
• 腐蚀磨损：焦炭中含有的硫、氯等腐蚀性元素在高温下与辊皮表面发生化学反应，形成腐蚀产物，加速材料流失。
• 疲劳裂纹：辊皮承受周期性冲击载荷，表面或近表面可能萌生疲劳裂纹，最终导致裂纹扩展和材料剥落。

与工程实践的结合

辊皮堆焊修复是冶金企业设备维修中的典型应用案例。在实际生产中，辊皮的修复质量直接影响破碎机的运行效率和能耗。修复后的辊皮应满足以下要求：

• 表面硬度：不低于HRC 50（根据工况可要求HRC 55-60）；
• 表面粗糙度：Ra ≤ 12.5μm，以保证破碎效果；
• 结合强度：堆焊层与母材的结合强度不低于母材的80%；
• 使用寿命：修复后使用寿命应达到原辊皮的60%以上。

经济性分析

从经济性角度来看，辊皮堆焊修复相比整体更换具有显著优势。以30CrMo铸钢辊皮为例，整体铸造成本约为数万元/件，而堆焊修复成本仅为整体更换的10%-20%。更重要的是，堆焊修复的周期短（通常1-3天），而整体更换需要数周的铸造和热处理周期。对于年消耗50个辊皮的企业而言，堆焊修复每年可节省数十万元成本。

关键疑问与思考

该文献虽然详细介绍了辊皮堆焊修复的工艺步骤，但仍有几个值得关注的技术问题。首先，文献未提及堆焊后的热处理工艺。对于30CrMo铸钢辊皮，堆焊后进行650-700°C的回火处理，可以有效消除堆焊残余应力，降低冷裂纹风险，同时细化堆焊层组织。其次，文献未涉及堆焊层的耐磨性测试方法。在实际验收中，应采用标准耐磨试验（如ASTM G65砂磨试验或干式磨耗试验）来验证堆焊层的耐磨性能。第三，辊皮的焊接变形控制是关键技术难点，环形结构的辊皮在焊接过程中容易产生椭圆变形，需要采用合理的焊接顺序和工装夹具来控制变形。

学习心得与启示

这篇文献让我深刻认识到，堆焊修复不仅仅是"焊接技术"，更是一个涉及材料选择、工艺设计、质量控制和经济性分析的系统工程。在冶金企业设备维修中，堆焊修复是延长设备寿命、降低维护成本的重要手段。然而，堆焊修复的成功与否，取决于对失效机理的准确分析、对工艺参数的精确控制和对修复质量的严格验证。在今后的技术工作中，我建议在辊皮修复前进行详细的失效分析（FA），明确失效模式和主导因素，然后有针对性地选择堆焊材料和工艺参数，这样才能真正实现修复效果的最大化。