对辊破碎机耐磨堆焊焊条研制文献学习体会

文献概况与研究背景

应鹏展同志1998年在《焊接技术》第27卷第1期发表的《对辊破碎机耐磨堆焊焊条的研制》一文，来自中国矿业大学（江苏徐州）的科研成果。该文献针对选煤机械中对辊破碎机辊齿的耐磨强化问题，研制了一种新型耐磨堆焊焊条，并通过金相显微分析和X射线物相分析验证了堆焊层的组织与性能。文献报道堆焊层硬度达到HRC64至65，耐磨性能为35CrMoTi钢的8.6倍，使用寿命提高7倍以上。

对辊破碎机是选煤厂和矿山中的关键设备，其辊齿长期承受物料的冲击、挤压和磨蚀作用，失效速度快，更换频繁。采用耐磨堆焊技术强化辊齿，是延长设备使用寿命、降低生产成本的有效手段。

焊条研制的关键技术要点

合金系的选择与优化

文献中提到，通过反复调整焊条药皮成分，找到了适合对辊破碎机辊齿堆焊的合金系。这一过程体现了焊条研制的核心思路——根据使用工况确定合金成分，通过药皮设计实现所需的冶金反应。

对辊破碎机辊齿的工况特点是：高冲击载荷、高磨蚀作用、以及可能的腐蚀介质（如煤泥水）。因此，堆焊层材料需要具备高硬度（耐磨）、高韧性（抗冲击）和一定的耐蚀性。文献报道的堆焊层组织为"马氏体+碳化物+残余奥氏体"，这一组织特征表明合金系中含有较高的碳和合金元素（如铬、钨、钼等），有利于形成高硬度的马氏体和大量弥散分布的碳化物。

这种"马氏体+碳化物+残余奥氏体"的组织组合，实现了硬度与韧性的良好平衡，是耐磨堆焊层的理想组织形态。残余奥氏体的存在虽然降低了硬度，但显著提高了韧性，有助于抵抗冲击载荷。

药皮成分的设计

焊条药皮在堆焊焊条中起着至关重要的作用：它提供合金元素、造渣剂、造气剂、稳弧剂等功能。对于耐磨堆焊焊条，药皮设计的关键在于：

第一，合金元素的添加。通过药皮中添加铬铁、钨铁、钼铁等合金剂，提高堆焊层的合金含量，促进硬质相的形成。文献中虽未详细列出药皮成分，但根据堆焊层组织推断，合金系应含有较高的Cr（15至25%）、C（3至5%），可能还含有W、Mo等元素。

第二，造渣剂的选择。碱性药皮（如CaCO3、CaF2、MnO等）有利于脱硫、去氧，改善堆焊层的纯净度。对于高合金耐磨焊条，碱性药皮是首选。

第三，稳弧剂的设计。高合金焊条的稳弧性通常较差，需要在药皮中添加钾、钠等碱金属化合物（如K2CO3、Na2SiO3等）改善引弧和稳弧性能。

焊接工艺参数

对辊破碎机辊齿的堆焊通常采用手工电弧焊（SMAW）或埋弧焊（SAW）。手工电弧焊适用于现场修复和小批量生产，埋弧焊适用于批量生产。典型工艺参数如下：

性能验证与工程应用

文献通过金相显微分析和X射线物相分析验证了堆焊层的组织与性能。金相分析显示堆焊层组织为马氏体基体上弥散分布着大量碳化物，并含有一定量的残余奥氏体。X射线物相分析确认了主要物相为Fe3C、Cr7C3等碳化物以及α-Fe马氏体。

耐磨试验采用标准方法（如砂纸磨耗法或销盘摩擦法）进行，结果表明新研制焊条的耐磨性为35CrMoTi钢的8.6倍。工业试验在对辊破碎机上进行了验证，使用寿命提高7倍以上。这些数据充分证明了该焊条的工程实用价值。

从FMEA（失效模式与影响分析）的角度来看，对辊破碎机辊齿堆焊层的主要失效模式包括：磨损失效（主要失效模式）、冲击剥落、以及堆焊层与基体的界面剥离。针对这些失效模式，焊条设计和工艺控制应采取以下措施：提高堆焊层硬度以增强耐磨性；通过残余奥氏体和碳化物的合理分布提高抗冲击性；通过预热和缓冷控制减少界面裂纹。

学习心得与启示

应鹏展同志的这篇文献虽然聚焦于一种焊条的研制，但其技术内容和研究方法对耐磨堆焊领域具有广泛的参考价值。焊条研制是一个系统工程，涉及合金设计、药皮配方、工艺优化、性能验证等多个环节，需要材料科学、焊接冶金、机械工程等多学科知识的综合运用。

从技术发展趋势来看，耐磨堆焊焊条的研制方向正在向高合金化、复合化、功能化方向发展。例如，在合金系中引入稀土元素（如Ce、La、Nd等）可以改善碳化物的形态和分布，提高耐磨性；采用复合药皮（如双层药皮、多层药皮）可以实现不同的冶金功能；开发低稀释率焊条（如药芯焊丝）可以提高堆焊层性能。

对于从事焊接材料和表面工程的技术人员而言，深入理解合金设计与堆焊层组织的对应关系，掌握药皮设计的原理和方法，是开发新型耐磨焊条的关键。这篇文献虽然年代较早，但其体现的科学严谨性和工程实用性，值得当代技术人员学习和借鉴。在实际工程应用中，应根据具体工况条件，合理选择或研制耐磨堆焊材料，以达到最佳的技术经济效果。