卓金管件有限公司对辊破碎机耐磨堆焊焊条研制文献学习体会
文献概况与研究价值
本文出自《焊接技术》1998年第27期第1期，作者应鹏展来自中国矿业大学（江苏徐州），针对对辊破碎机辊齿的耐磨堆焊焊条进行了系统研制。对辊破碎机是选煤、选矿和建材行业的核心破碎设备，其辊齿长期承受高应力冲击和强磨粒磨损，失效寿命短、更换频繁，严重影响生产效率和经济效益。文献通过反复调整焊条药皮成分，成功研制出一种新型耐磨堆焊焊条，堆焊层硬度达到HRC64-65，耐磨性能为35CrMoTi钢的8.6倍，使用寿命提高7倍以上，具有重要的工程应用价值。
焊条研制技术路线
材料设计原则
对辊破碎机辊齿的工作条件极为恶劣：
- 载荷类型：高应力冲击载荷，冲击能量可达50-100J。
- 磨损类型：以磨粒磨损为主，伴随一定的粘着磨损和疲劳磨损。
- 介质特性：破碎物料（煤、矿石、石灰石等）硬度HV200-800，磨蚀性强。
- 工况温度：常温至150℃，无特殊高温要求。
基于上述工况分析，焊条材料设计遵循以下原则：
- 高硬度：堆焊层硬度应达到HRC60以上，以抵抗磨粒磨损。
- 高韧性：堆焊层应具有一定的韧性，以承受冲击载荷而不发生脆性断裂。
- 高耐磨性：堆焊层组织中应含有大量硬质相（碳化物），提高耐磨性能。
- 低稀释率：焊条药皮应具有良好的熔敷效率，降低基材对堆焊层的稀释作用。
药皮成分优化
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机齿堆焊的合金系"。这一表述揭示了焊条研制的核心工作——药皮配方的反复试验优化。典型的耐磨堆焊焊条药皮成分包括：
| 成分 | 质量分数（%） | 功能 |
|---|---|---|
| 铁合金（Cr、Mn、V、W） | 15-30 | 提供合金元素，形成硬质相 |
| 钛铁矿/金红石 | 10-20 | 稳定电弧，改善工艺性能 |
| 大理石 | 5-10 | 造渣剂，改善焊缝成形 |
| 萤石 | 3-8 | 脱硫、脱氧，细化晶粒 |
| 粘结剂（水玻璃） | 适量 | 固定药皮 |
合金系选择
根据金相分析和X射线物相分析结果，研制的焊条堆焊层组织为"马氏体+碳化物+残余奥氏体"三相组织：
- 马氏体基体：提供高硬度（HRC60-65）和一定的强度。
- 碳化物：主要为M₇C₃型（Cr、Mn、V的碳化物），硬度HV1500-2000，是耐磨的主要贡献者。
- 残余奥氏体：提供一定的韧性，降低冷裂纹敏感性，改善冲击性能。
工艺性能与焊接参数
焊接工艺参数
| 参数 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| 焊接电流 | 100-160A | 直流反接（DCEP） |
| 电弧电压 | 22-28V | 稳定电弧 |
| 焊接速度 | 150-250mm/min | 控制熔深和稀释率 |
| 堆焊层数 | 2-3层 | 第一层为过渡层 |
| 层间温度 | ≤200℃ | 防止冷裂纹 |
| 预热温度 | 100-150℃ | 降低冷却速度 |
稀释率控制
对辊破碎机辊齿基材通常为35CrMoTi钢或42CrMo钢，硬度HRC25-30。若稀释率过高（>30%），堆焊层硬度将显著下降。文献中通过优化药皮成分和焊接参数，将稀释率控制在15-20%以内，确保堆焊层硬度稳定在HRC64-65。
性能测试与工业验证
实验室性能测试
- 硬度测试：采用洛氏硬度计（HRC），堆焊层硬度HRC64-65，硬度均匀性偏差≤HRC2。
- 金相分析：光学显微镜（500×-1000×）观察堆焊层组织，确认为马氏体+碳化物+残余奥氏体三相组织。
- X射线物相分析：确认碳化物类型为M₇C₃型，含量约30-40%（体积分数）。
- 耐磨试验：采用ASTM G99干砂橡胶轮磨损试验，磨损率较35CrMoTi钢降低86%（耐磨性为8.6倍）。
- 冲击试验：采用夏比V型冲击试验（20mm标准试样），冲击功≥15J（-20℃），满足抗冲击要求。
工业试验结果
文献中提到"比未堆焊的破碎机使用寿命提高7倍以上"。具体工业试验数据为：
- 未堆焊辊齿：使用寿命50-80小时，主要失效模式为磨粒磨损导致辊齿尺寸超差。
- 堆焊辊齿：使用寿命400-600小时，主要失效模式为堆焊层磨损失效，需重新堆焊修复。
- 经济效益：堆焊修复成本仅为新制辊齿的20-30%，停机时间缩短70%，综合经济效益显著。
常见缺陷与质量控制
典型缺陷分析
- 表面裂纹：高碳高合金堆焊层冷裂纹敏感性高。对策为严格控制预热温度（≥100℃）、采用多层薄焊、焊后保温缓冷。
- 气孔：药皮受潮或坡口清洁度不足导致。对策为焊条使用前进行300℃×2h烘干，坡口表面彻底清理。
- 硬度不均：焊接参数不稳定或熔敷不均匀。对策为采用自动堆焊设备，严格控制焊接参数一致性。
- 剥落：堆焊层与基材结合强度不足。对策为提高预热温度、增加过渡层、优化焊材匹配。
质量控制要点
- 焊前检查：焊条烘干记录、坡口清洁度检查、基材硬度测试。
- 焊中监控：焊接参数记录、层间温度监测、熔敷均匀性检查。
- 焊后检测：VT（目视检测）、PT（渗透检测）、硬度测试、金相分析（抽检）。
学习心得与技术启示
这篇文献体现了"材料-工艺-性能"三位一体的焊条研制方法论，对当代耐磨堆焊焊条的开发仍具有重要的指导意义。文献中通过"反复调整药皮成分"最终确定合金系的表述，深刻揭示了焊条研制工作的本质——基于大量试验数据的经验优化，而非单纯依赖理论计算。
从技术发展趋势来看，当代耐磨堆焊焊条已向"高性能、低稀释率、易焊接"方向发展，采用纳米颗粒增强、多相组织调控和智能药皮配方等技术，堆焊层硬度可达HRC70以上，耐磨性提高至未强化件的15-20倍。但文献中提出的"马氏体+碳化物+残余奥氏体"三相组织设计理念，至今仍是耐磨堆焊材料的核心设计原则。
对于从事破碎机辊齿堆焊修复的技术人员而言，这篇文献提供了从材料选择、工艺参数到质量控制的完整技术链条，是实际工程应用的重要参考。同时，文献也提醒我们：焊条性能的提升需要"材料设计"和"工艺优化"的协同推进，单纯依赖某一方面的改进难以取得理想效果。在当代智能制造背景下，应将焊条研制与智能焊接装备、在线监测系统和数字化质量控制相结合，实现耐磨堆焊技术的全面升级。