硬面堆焊之探討及其在水泥工業(yè)之應(yīng)用

高鉻鑄鐵是目前使用于磨輥及磨盤(pán)襯塊最理想之材料，其原理是由于較高含量的碳及鉻在高溫下生成Cr7C3散布于鐵基之中，而同時(shí)鐵之組織也隨之發(fā)生變化，大部分形成馬氏體，因而變?yōu)橐环N相當(dāng)耐磨之結(jié)構(gòu)，在20世紀(jì)80年代此種材料被廣泛應(yīng)用于立磨上。開(kāi)始被電廠、水泥廠應(yīng)用于磨煤機(jī)上，由于立磨相較于球磨機(jī)具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，如占地空間少，噪音較小，節(jié)省能源，故逐漸取代了傳統(tǒng)的球磨機(jī)，90年代水泥設(shè)備制造廠，開(kāi)始用于生料磨及水泥磨上。立磨之維修較為困難，而其大部分的維修都是由于磨損而引起的，而此期間水泥生產(chǎn)大型化之進(jìn)度更是一日千里，隨著磨料之增加，磨損情況也更進(jìn)一步的加驟。高鉻鑄鐵是目前使用于磨輥及磨盤(pán)襯塊最理想之材料，其原理是由于較高含量的碳及鉻在高溫下生成Cr7C3散布于鐵基之中，而同時(shí)鐵之組織也隨之發(fā)生變化，大部分形成馬氏體，因而變?yōu)橐环N相當(dāng)耐磨之結(jié)構(gòu)，在20世紀(jì)80年代此種材料被廣泛應(yīng)用于立磨上。開(kāi)始被電廠、水泥廠應(yīng)用于磨煤機(jī)上，由于立磨相較于球磨機(jī)具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，如占地空間少，噪音較小，節(jié)省能源，故逐漸取代了傳統(tǒng)的球磨機(jī)，90年代水泥設(shè)備制造廠，開(kāi)始用于生料磨及水泥磨上。立磨之維修較為困難，而其大部分的維修都是由于磨損而引起的，而此期間水泥生產(chǎn)大型化之進(jìn)度更是一日千里，隨著磨料之增加，磨損情況也更進(jìn)一步的加驟。在此期間硬面堆焊之技術(shù)也有顯著的進(jìn)步，其原理與高鉻鑄鐵完全相同，只是將高含碳量及含鉻量之焊條或焊絲利用電焊之方法而生成Cr7C3，而由于工藝上之不同，利用電焊的方法可以有較高之含碳量（鑄造時(shí)約為3%，電焊約為5%）及含鉻量（鑄造時(shí)為15-25%。電焊時(shí)為25%-30%），所以其硬度比鑄造品高，且由于冷卻時(shí)間很短僅需幾秒鐘（鑄造需幾小時(shí)）故所生成之Cr7C3之金相組織遠(yuǎn)優(yōu)于鑄造品，進(jìn)而耐磨性會(huì)增加很多。當(dāng)電焊進(jìn)行時(shí)，由于空氣中含有大量的氧，必須加以隔絕，否則必生成Cr2O3而非Cr7C3，因此為了隔絕空氣中的氧，一般有以下三種方法：

一、埋伏焊：此法于施工時(shí)在焊物體上覆蓋一層砂，可以隔絕空氣中的氧。

二、氣體保護(hù)焊：此法在焊槍口加上一個(gè)環(huán)套，而導(dǎo)入與焊絲不產(chǎn)生化學(xué)變化的氣體（如CO2、N2、A等）以隔絕空氣中的氧。

三、自保護(hù)明�。捍朔ㄓ诤附z之藥劑中加入可產(chǎn)生自保護(hù)氣體之化學(xué)物，以隔絕空氣中的氧。

上述三種方法之區(qū)別，埋伏焊和氣體保護(hù)焊一般需將焊物體預(yù)熱至200℃—300℃，否則焊道與母材之牢度不足，另此二法在焊道外層會(huì)形成殼狀物，此殼狀物必須敲掉，否則進(jìn)行第二層焊接時(shí)無(wú)法牢固，影響品質(zhì)甚巨，而自保護(hù)明弧焊一般采取冷焊（即無(wú)須預(yù)熱）且不生成殼狀物，工藝上較為簡(jiǎn)單，無(wú)須任何保護(hù)與敲殼動(dòng)作，所以施工中較不易造成人為的失誤，且因施工時(shí)溫度較低，故產(chǎn)生Cr7C3之金相組織較理想，因而其使用壽命會(huì)較長(zhǎng)。

硬面堆焊之優(yōu)劣取決于下列三個(gè)條件：

一、焊絲（或焊條）

焊絲之品質(zhì)是影響堆焊之最主要條件，就目前而言，使用歐洲生產(chǎn)之此類(lèi)焊絲品質(zhì)較佳，國(guó)產(chǎn)之焊絲在下料填充時(shí)較不均勻，焊絲接縫不密合（導(dǎo)致漏粉現(xiàn)象），再加上配方較為不理想，所以其產(chǎn)品遠(yuǎn)不如歐洲之產(chǎn)品，寄望于國(guó)內(nèi)焊絲制造廠加緊研制與改良。

二、工藝技術(shù)

  堆焊時(shí)的施工步驟與方法相當(dāng)重要，如處置不當(dāng)，將導(dǎo)致于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生崩落，促使磨輪發(fā)生跳動(dòng)，粉磨效率下降，嚴(yán)重時(shí)則損壞設(shè)備，使整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，后果相當(dāng)嚴(yán)重。

三、員工素質(zhì)

  由于磨機(jī)之磨輥和磨盤(pán)襯塊其磨損面相當(dāng)不規(guī)則，大多呈犁溝狀，所以堆焊時(shí)員工之技術(shù)水平與敬業(yè)精神就相當(dāng)重要，否則完工后，如真圓度不佳或表面高低落差過(guò)大時(shí)，均會(huì)影響運(yùn)轉(zhuǎn)效率，浪費(fèi)能源，甚至損壞磨機(jī)主體，所以如何訓(xùn)練員工提高其技術(shù)水平與耐心，從而堆焊出高壽命高效率之產(chǎn)品，就值得業(yè)界之經(jīng)營(yíng)者深思之。

    總之硬面堆焊是一門(mén)非常專(zhuān)業(yè)的行業(yè)，國(guó)內(nèi)有很多的磨機(jī)使用單位成立了第三產(chǎn)業(yè)從事磨輥和磨盤(pán)襯塊的焊補(bǔ)工作，筆者百思不得其解，因?yàn)榱己玫暮秆a(bǔ)不僅可以延長(zhǎng)使用壽命，降低維修費(fèi)用，另外可以降低電耗量節(jié)省能源，此點(diǎn)是大家所忽視的，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)良好的堆焊能源節(jié)省的金額甚至超過(guò)其焊補(bǔ)費(fèi)用，所以將堆焊修補(bǔ)工作交付專(zhuān)業(yè)的廠家去完成才是正確的選擇。

筆者于1989年在臺(tái)灣成立上慶栗本鋼鐵工來(lái)股份有限公司的，采用最先進(jìn)的自保護(hù)明弧焊法，專(zhuān)門(mén)從事磨輥及磨盤(pán)襯塊的硬面之焊補(bǔ)，又于1993年開(kāi)始研究制作碳化鉻復(fù)合式耐磨鋼板UP-PLATE，于1995年正式推出。很快就占有臺(tái)灣的全部市場(chǎng)。1998年開(kāi)始拓展海外市場(chǎng)，目前已外銷(xiāo)50余國(guó)家，同年并將此UP-PLATE耐磨板引進(jìn)國(guó)內(nèi)，廣泛的應(yīng)用于嚴(yán)重的磨損部位（如下料溜槽、管道、選粉機(jī)之導(dǎo)向葉片、風(fēng)機(jī)葉片、殼體等），另于2001年在昆山成立昆山惠豐耐磨工業(yè)有限公司，從事磨輥及磨盤(pán)襯塊之堆焊修復(fù)施工。由于產(chǎn)品之優(yōu)良、誠(chéng)信之服務(wù)，截至目前已擁有廣大的水泥廠用戶，其中大都為大型水泥集團(tuán)（如海螺集團(tuán)、華新集團(tuán)、三獅集團(tuán)等）。此外為改進(jìn)高鉻鑄鐵制作的磨輥與磨盤(pán)襯塊易斷裂之缺點(diǎn)，同時(shí)開(kāi)發(fā)硬面堆焊之新品磨輥及磨盤(pán)襯塊鑄造堆焊，其方法是以高拉力鋼為鑄造材質(zhì)，并預(yù)留耐磨面以硬面焊絲堆焊之，此種新品具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的是不易斷裂，可以重復(fù)修復(fù)使用，大幅的降低維修費(fèi)用，增加了使用效率，此項(xiàng)業(yè)務(wù)目前已推廣至海外市場(chǎng)（如日本UBE公司產(chǎn)品、Polysius公司產(chǎn)品、德國(guó)Loesche公司產(chǎn)品等）。

立磨磨輥及磨盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)硬面堆焊淺談

目前，國(guó)內(nèi)大部分水泥企業(yè)為了節(jié)約成本及提高效率，逐漸接受磨機(jī)內(nèi)磨輥及磨盤(pán)襯板舊品采用表面硬面堆焊修復(fù)技術(shù)。的確，表面硬面堆焊修復(fù)技術(shù)能給水泥企業(yè)帶來(lái)具大的經(jīng)濟(jì)效益，無(wú)論從生產(chǎn)效率的提高上，還是能源的節(jié)省方面，硬面堆焊的成本相對(duì)于堆焊所體現(xiàn)的價(jià)值來(lái)講是微不足道的�！�從筆者所在公司在國(guó)內(nèi)第一次引進(jìn)表面硬面堆焊技術(shù)開(kāi)始，到第一次大膽嘗試堆焊各種型號(hào)生料磨磨輥及磨盤(pán)的成功，國(guó)內(nèi)表面硬面堆焊市場(chǎng)逐漸呈現(xiàn)欣欣向榮的景象，同時(shí)全國(guó)各地硬面堆焊廠家也因此應(yīng)運(yùn)而生，硬面堆焊市場(chǎng)也出現(xiàn)了魚(yú)目混珠的現(xiàn)象，有些堆焊廠家標(biāo)榜其產(chǎn)品質(zhì)量可以達(dá)到2倍~3倍，實(shí)乃因該廠家不夠?qū)�業(yè)，這類(lèi)堆焊廠家過(guò)度的吹噓和技術(shù)的不成熟，造成了水泥企業(yè)望洋興嘆，不知道如何做正確性的選擇。有的水泥企業(yè)索性就以摸石過(guò)河的方式選擇堆焊廠家，僅以價(jià)格低、焊絲是進(jìn)口的就做出了輕率的選擇，結(jié)果，磨機(jī)磨輥或磨盤(pán)在水泥生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)耐磨層剝落、磨損過(guò)快，更有發(fā)生斷裂的情況。雖然這種情況出現(xiàn)的概率不高，但是，它出現(xiàn)所產(chǎn)生的后果卻是無(wú)法估量的，將會(huì)是得不償失。筆者就曾親身經(jīng)歷過(guò)這種事件：山東省某水泥廠生料磨型號(hào)為日本UBE公司UM50.4N，其磨機(jī)磨輥磨損嚴(yán)重了，因之前沒(méi)有購(gòu)置備品，于是，想到了現(xiàn)場(chǎng)硬面堆焊磨輥，選擇了某堆焊廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)堆焊修復(fù)施工，停機(jī)——架設(shè)焊接設(shè)備——開(kāi)始焊接，當(dāng)堆焊了約5~7mm厚度時(shí)，磨輥發(fā)生斷裂，現(xiàn)場(chǎng)堆焊人員已不敢再進(jìn)行堆焊了，水泥廠磨機(jī)也無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。停產(chǎn)的損失具大，進(jìn)口新品已經(jīng)來(lái)不及了，于是，這家水泥企業(yè)找到了筆者公司，經(jīng)過(guò)努力，某水泥廠借用了一套同型號(hào)的舊磨輥，并在筆者公司進(jìn)行了緊急堆焊后運(yùn)回了工廠安裝，磨輥運(yùn)行情況良好，無(wú)任何意外發(fā)生。　其實(shí)，表面硬面堆焊并非一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工程，適合的堆焊材質(zhì)、優(yōu)質(zhì)的焊絲、專(zhuān)業(yè)的技術(shù)、穩(wěn)定的設(shè)備、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕と藛T，這五項(xiàng)缺一不可，哪一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)都有可能出意外。特別是現(xiàn)場(chǎng)硬面堆焊施工，雖然可以節(jié)省備品，且施工時(shí)間短，但出現(xiàn)意外情況的概率卻很高。筆者在此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硬面堆焊施工的缺點(diǎn)作一列舉。

•現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地限制�，F(xiàn)場(chǎng)施工因磨機(jī)內(nèi)部狹小，特別是煤磨，設(shè)備架設(shè)不方便。

•設(shè)備架設(shè)復(fù)雜。堆焊磨輥時(shí)，因要針對(duì)每種型號(hào)磨輥制作和架設(shè)不同的傳動(dòng)裝置及輔助設(shè)施，且架設(shè)與調(diào)整頗費(fèi)周折與時(shí)日。

•時(shí)間限制。一般水泥廠檢修停機(jī)時(shí)間短，約在10日以內(nèi)；一支焊槍每小時(shí)熔焊量?jī)H為7~8Kg；焊機(jī)架設(shè)調(diào)整與拆卸約需40小時(shí)；因磨輥與磨盤(pán)無(wú)法同時(shí)施焊，假設(shè)二件磨輥磨損量為1000Kg，磨盤(pán)磨損量為800Kg，則堆焊完磨輥與磨盤(pán)共需時(shí)間約為8日（正常情況下）。這些只是理想情況下的堆焊，而一般現(xiàn)場(chǎng)堆焊受很多條件的限制，堆焊進(jìn)度則會(huì)大打折扣。

•品質(zhì)無(wú)法保證。無(wú)論堆焊廠家多么優(yōu)秀，現(xiàn)場(chǎng)硬面堆焊時(shí)焊接質(zhì)量仍然無(wú)法達(dá)標(biāo)。因時(shí)間與條件的限制，現(xiàn)場(chǎng)堆焊時(shí)，技術(shù)人員無(wú)法按正常的工藝來(lái)操作，對(duì)于產(chǎn)品的真圓度無(wú)法保證；且產(chǎn)品表面雜物無(wú)法完全清理干凈，高低落差大時(shí)，基層熔接牢固度更差，會(huì)產(chǎn)生虛焊現(xiàn)象，直接影響到產(chǎn)品使用壽命。

•電耗增加。由于現(xiàn)場(chǎng)堆焊真圓度差，設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)因失衡而產(chǎn)生振動(dòng)，影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成設(shè)備損壞，同時(shí)失衡也造成了電耗增加，大約會(huì)增加5%~8%左右，如此算下來(lái)，每年電費(fèi)會(huì)增加幾百萬(wàn)元。

•產(chǎn)品材料自身缺陷無(wú)法完全檢測(cè)出來(lái)。國(guó)內(nèi)大多數(shù)立磨磨輥均為高鉻材質(zhì)，因鑄造工藝有瓶頸，鑄造的產(chǎn)品自身應(yīng)力存在，裝配在磨機(jī)內(nèi)部后，受安裝設(shè)施的影響，應(yīng)力更是有增無(wú)減，而現(xiàn)場(chǎng)堆焊施工時(shí)前所做的染色探傷卻無(wú)法全面檢測(cè)表面的裂紋，此時(shí)，若是強(qiáng)行施焊，焊接材料所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致磨輥產(chǎn)生斷裂。

•現(xiàn)場(chǎng)施焊成本高。現(xiàn)場(chǎng)堆焊既要制作輔助設(shè)備，又要安排人員食宿行及補(bǔ)貼，如此算下來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)堆焊的價(jià)格會(huì)比正常運(yùn)往堆焊廠家工廠堆焊價(jià)格高約30~50%。

筆者上面所提到存在的問(wèn)題只是一部分的缺點(diǎn)，在此無(wú)法一一說(shuō)明。僅以此警示水泥企業(yè)的相關(guān)人員，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施堆焊工程因小而失大，須慎之又慎。

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