辊轧机磨损辊面的堆焊修复技巧

辊轧机是水泥工业用来粉磨大量矿物质原料及水泥熟料的主要设备，它与球磨机组成联合粉磨系统、半终粉磨系统等各种粉磨作业。辊轧机在粉磨系统中，具有降低电耗、提高产量和水泥产品质量、噪声小等优点。但它的最大缺点是辊面磨损严重，一般连续使用半年左右，辊面的耐磨花纹就磨损得所剩无几。

辊面的磨损问题始终影响着辊轧机优越性的发挥，如何提高辊面的耐磨性，增加辊轧机的使用寿命，成为众多科研单位的重要研究课题。目前，国内一些科研单位经大量的试验研究，已经生产出多种药芯焊丝、焊条，广泛应用于辊轧机辊面的堆焊修复。

1.辊轧机的磨损机理分析

辊轧机是由两个速度相同、相对运动的辊子组成，物料从辊子上部喂料口卸下，进入两辊间隙中，在高压研磨力的作用下（辊间压力在50～300MPa之间），相互挤压和摩擦。在磨料过程中，物料颗粒会使辊面产生弹性和塑性变形，从而在辊面不同深度处形成拉应力和压应力；当循环应力超过辊子材料的疲劳强度时，在表层将引发裂纹。在循环应力作用下亚表层的塑性变形继续发展，在离开表层一定距离的位置，也将萌生裂纹，并逐步扩展。表面裂纹的扩展方向与外加应力呈45°，经两三层晶粒后，即转向与应力平行的表面，或与表面呈10°～20°，当裂纹扩展后，使材料断裂剥落，这种现象就是疲劳磨损。

显然，辊子磨损的机理是由于高应力的磨料磨损。当对磨损比较严重的辊子进行碳弧气刨检查时，发现辊子深处有很多层状裂纹，其较浅处距辊面约10mm；较深处距辊面约20～30mm，局部深达50～60mm，并且多处裂纹都沿辊子周向延续不断，一圈沿着一圈向外扩展。由此可看出，辊子的破坏形式是高应力磨料磨损及疲劳磨损的综合表现。

2.修复材料的选择

从辊子的破坏形式来分析，选择的堆焊材料不仅需要良好的耐磨性，而且要具备较高的韧性和抗疲劳性。以往，修复时多用高铬铸铁型耐磨焊条。这类焊条的焊后组织主要为铸铁型，基体上分布大块碳化物[w（C）>3%]，堆焊层硬度在60HRC左右，具有良好的耐磨性，但其结合性、抗裂性和抗疲劳性较差。堆焊的焊道会出现交错裂纹。

在辊轧机技术的引进和国产化过程中，郑州机械研究所、洛阳矿山机器厂以及唐山水泥机械厂等单位对焊接材料进行了深入研究和性能对比试验。研制生产出ZD1、ZD2、ZD3、ZD310系列埋弧焊无缝药芯焊丝；CO₂气体保护焊丝ZD3、ZD310和TM65焊条代替了进口焊接材料。

ZD1的特点是抗裂性好，可作为止裂层焊在最下面。ZD2强度高，可抵抗压应力和拉应力，起到很好的缓冲作用，可作为中间层焊材。ZD3作为辊面的耐磨材料，堆焊层的主要化学成分是C、Cr、Mo、W、V、Ni、Nb等，堆焊后组织为马氏体+残余奥氏体+针状贝氏体+少量碳化物。焊接工艺性良好，抗裂性优良，焊层厚度不小于55HRC，可作为表面层材料堆焊在ZD2上面。

ZD310属于高合金堆焊材料，耐磨性能优于ZD3，其焊层硬度为55～59HRC，主要作为表面耐磨材料；TM65焊条适用于剧烈磨损或冲击磨损件的修复。

3.焊接工艺

1）辊面有严重缺陷时的修复工艺（工艺一）。对于磨损非常严重、辊面上已有裂纹、凹坑等严重缺陷的辊轧机，由于修复量大，最好采用CO₂气体保护焊，它比电弧焊的焊接效率高3～5倍。相应的修复工艺如下。

①去除辊面残留硬层及裂纹。可采用碳弧气刨对辊面进行彻底清理，硬层、铁锈、粉尘、裂纹等都要清理干净，使之露出金属光泽。

②用ZD1焊丝焊接过渡层。通过过渡层的焊接，可使高低不平的表面形成平缓的外缘面，以便于堆焊。

③用ZD2焊丝焊接缓冲层。这是一种高强度、中等硬度堆焊材料，具有良好的抗疲劳性能，同时也具备一定的抗磨损性能。它在辊体与耐磨层之间起到了良好的桥梁作用，这种良好的缓冲层材料，是保证堆焊硬度层的基本前提。(www.xing528.com)

④用ZD3焊丝堆焊辊面的耐磨层，焊接时注意测量辊体的尺寸及圆度。

⑤耐磨层堆焊完成后，再用ZD310焊丝连续焊出横纹，其堆焊层顺序如图5-57所示。

2）对耐磨花纹磨损的修复（工艺二）。有的水泥厂辊轧机辊面的耐磨层为花纹或菱形，经磨损后花纹被全部磨掉，从辊面切向观察，辊面中间一般要凹下10mm左右。对于这种磨损的辊轧机，可采用下述修复工艺。

图5-57 辊体的堆焊层顺序示意图

①用电动钢丝刷清理辊面，最好先用氧乙炔焰烘烤一下，这样，既可把辊面的微型裂纹内的粉尘吹出来，也可起到辊面预热作用。

②先用TM55焊条在菱形质点处堆焊耐磨花纹，然后用ZD310焊条在菱形花纹中间堆焊。

③焊完一段后，转动辊子，把需焊处放到水平位置，按上述方法继续堆焊，直到全部焊完。

④堆焊时注意测量堆焊层高度和尺寸，以免辊面不圆，导致运行时产生振动。

3）对辊面出现凹坑等大缺陷的修复（工艺三）。如果花纹全部被磨掉，并且出现凹坑等大型缺陷，可采用下述修复工艺。

①用电动钢丝刷清理辊面，用ZD1焊丝打底层堆焊。

②用ZD2焊丝补焊凹坑，留7～8mm左右的余量堆焊ZD3耐磨层，其余全部用ZD2焊丝补焊。

③用ZD3焊丝把凹坑补焊填平。

④按上述方法全部补焊后，再用ZD310焊丝或TM55、ZD310焊条堆焊耐磨花纹。