代林林 季金阳 吴秉达
长春发电设备有限责任公司， 吉林 长春 130000
摘要：磨煤机是火力发电厂的重要设备之一，而磨煤机中磨辊又是磨煤机的关键部件，其质量的优劣，特别是耐磨性能直接影响到制粉的作业率、煤粉质量、磨辊消耗和生产成本。由于任何磨辊材料，在制粉工况条件下，都有较为严重的磨损，磨辊在一定程度的磨损范围内，仍能正常工作。当磨损程度达到某一限度后，外圆过小就失去使用意义，即报废处理。因此，国内外都在大力研究复合铸铁及堆焊磨辊等工艺，其目的就是制造一种新的复合磨辊，使磨辊基体与工作表面分别满足于磨煤时的抗冲击、耐磨损等性能要求。其中，磨辊表面堆焊制造已成为国内外制造、修复磨辊及延长磨辊使用寿命的一个重要手段。采用特制的高铬高碳药芯焊丝，对旧的中速磨煤机磨辊进行堆焊修复，可获得性能较为优异的耐磨层，修复后磨辊经现场运行考核，可有效地提高使用寿命，经济效益和社会效益显著。
关键词：中速磨煤机；磨辊；堆焊修复工艺
1 磨辊失效原因分析
磨辊失效形式主要是煤对磨辊及磨盘的摩擦损耗产生的三体磨料磨损，在磨料磨损中磨料硬度是一个重要指标，磨料本身的莫氏硬度比较低，为1.0~3.75（相当于HV50-214），但对于磨辊磨损起主要作用的却是煤中含有的矿物杂质，以粘土、方解石、石英和黄铁矿为主，他们的硬度在HV1000左右，远远大于磨料的硬度，特别是煤矸石的存在使得磨损表面产生塑性变形而形成犁沟，加上磨粒压入磨损表面或磨粒对磨损表面的严重划伤，磨损材料中磨沟增多并明显变深变宽，最终导致磨辊寿命大大降低。
2 提高堆焊式磨辊耐磨的方法
2.1 堆焊材料的选择
目前国内堆焊材料种类较多，从化学成分来看有低合金钢及高锰钢等，低合金钢在抵抗意外冲击形变方面确有优良的性能，具有较强的硬度。但其主要缺点是生产中的碎裂。而作为靠加工硬化来提高耐磨性的高锰钢，在低应力的磨辊磨料磨损中其作用很难得到发挥。目前国外广泛使用高碳铬铁，因为它具有较高的韧性及抗磨性，同时在该合金系中加入钒、硼、钼、钨等合金元素后其耐磨性明显提高。
2.2 堆焊工艺
在选定堆焊材料之后，如何保证堆焊层在具有一定耐磨厚度的同时（一般在50~70mm）而不出现剥落，这就需要合理的焊接工艺来保障。确定合适的堆焊工艺使焊缝组织中碳化物硬度、分布状态、尺寸以及与基体的结合强度从而达到最佳状态。为此要选择合适的焊接电流、焊接电压、焊接速度、冷却方法等。
2.3 磨辊的结构改进
堆焊磨辊运行中出现的另一主要问题是不均匀磨损，将磨辊型线分为三个区：A区—离大头边缘100mm范围内易脱落的部分；B区—磨损较严重的部分，也是重点提高耐磨性的部分；C区—小头部分，约占辊子长度的1/3，磨损较轻的部分。磨辊的磨损是不均匀的磨损，A区几乎不起磨煤作用，但是，它的凸出增加了崩落的倾向以及在一定时期影响磨煤机出力，因此改进A区的结构和硬度—韧性匹配可以使磨辊磨损较均匀，从而也提高耐磨寿命。
综上所述，为了提高高碳高铬堆焊层的耐磨性，除了提高组织中基体的硬度之外，更重要的是要通过合适的堆焊工艺来获得最佳的碳化物硬度、尺寸和分布状态等。
3 堆焊修复工艺具体应用
3.1 焊接方法及焊接材料的选用
为了提高磨辊堆焊层耐磨使用寿命和保证修复后磨辊的几何外形尺寸，正确选择焊接材料和焊接方法，以及正确控制堆焊修复工艺过程都是非常重要的。
中速磨煤机磨辊从铸造式发展到堆焊式，使得人们对耐磨堆焊材料的研究越来越深入。从美国早期发展起来的标准Ni-hard耐磨材料，到七八十年代日本三菱公司开发出的高碳高铬合金材料，中速磨煤机磨辊的运行寿命越来越高。因此，根据国内电厂中速磨煤机磨辊的运行情况，在总结经验的基础上，确定采用埋弧焊对磨辊进行堆焊修复，选用高铬高碳药芯焊丝作为堆焊材料。
埋弧焊同手工电弧焊及其他焊接方法相比较，具有生产效率高、焊缝质量高、劳动条件好、自动化程度高等优点。而一个完备的磨辊堆焊车间的生产特点是堆焊修复工作量大，且经常长时间连续作业。
可见，采用埋弧焊对磨辊进行堆焊修复是比较适合的。
高铬高碳药芯焊丝的硬度较高，比较难以拉拔成型，为了便于焊丝的生产和试验研究，焊丝制作成管状药芯焊丝，其含铬量为26%以上，含碳量为4%左右，焊丝规格为3.2 mm。高铬高碳合金材料碳含量和合金元素含量较高，其堆焊层硬度较高，可达HRC58～62，这是因为在堆焊层中含有高硬度的碳化物，但同时也使得堆焊层塑性较差，焊后在堆焊层表面出现大量的龟裂纹，而这些龟裂纹有利于在焊接熔池结晶过程中，能使焊接内应力得到均匀的释放。
3.2 旧磨辊堆焊前预处理
磨辊在运行过程中，除发生堆焊层正常磨损外，还易发生多种原因引起的局部脱落现象。一般情况下，大头脱落较多，范围也较大。在此种情况下，宜采用气刨将磨辊大头沿周向刨平；对于局部的小块脱落，可用手工焊（高铬铸铁焊条）将其补齐，但要注意控制线能量，以免引起焊接裂纹，如需多层焊，则要将层间温度控制在200℃以下。
对于表面杂质，例如磨辊主要磨损面堆焊层龟裂缝隙内残存的煤粉和油污，可用氧乙炔焰进行烧除。否则，在施焊过程中，由于煤粉和油污的燃烧与蒸发，使得电弧气氛中的CO、CO2、H2O等气体的含量骤增，使得焊接过程难以控制，埋弧焊焊剂的保护效果亦大大降低。在焊接熔池结晶过程中，这些气体如果不能及时溢出熔池，就会导致焊道产生表面气孔。清除越彻底，第1层焊道中的气孔就越少。可用钢丝轮或角磨机除去旧磨辊表面的锈蚀层。
3.3 旧磨辊的堆焊修复过程
磨辊堆焊修复过程实际上是焊机通过特制焊接工装卡具卡住磨辊，使其沿某一水平轴线匀速转动，并辅以自动焊机头的沿该轴线方向的恰当移动，从而实现对磨辊的周向堆焊。这里对磨辊的夹持对中要求较高，否则将严重影响磨辊堆焊后的尺寸形状，甚至会发生导电嘴与工件表面打火现象，使得导电嘴严重烧损。
3.4 堆焊工艺参数的选用
除了堆焊材料本身的因素以外，堆焊工艺参数也是影响堆焊层耐磨性的重要因素之一，高碳高铬堆焊合金的良好耐磨性在于它含有高硬度的碳化物，碳化物的硬度、分布状态、位向和尺寸以及碳化物与基体的结合强度等都对堆焊层的耐磨性产生直接影响。显微组织中的弥散碳化物相的性质的影响比较复杂。为了得到良好的组织特征和提高堆焊层硬度，需要通过大量的试验研究来确定合适的堆焊工艺参数。以及确定合适的堆焊工艺参数对焊接特性影响的一般趋势，根据经验总结所得，分析出工艺参数独立变化时所造成的影响，并未涉及各个因素之间的相互影响以及焊接性、焊接质量问题。
3.5 施焊过程中的要求
在堆焊修复磨辊过程中，焊接操作人员还应注意以下问题：
1）为保证焊接热输入尽量均匀地传给磨辊，第1层焊接时，焊接速度应稍快。
2）采用窄焊道焊接，比较合适的焊道横断面形状为宽约15 mm，高约3 mm。后焊道覆盖前焊道宽度的40%～50%。
3）焊接过程中应及时、彻底清理渣皮。
4）焊接过程中应控制层间温度，使其保持在200℃以下。层间温度过高，将影响堆焊层硬度和脱渣性。
5）一般应从磨损最严重的部位开始堆焊，逐层将磨辊堆焊到恢复原来的尺寸为止。
4 结束语
1）采用埋弧堆焊方式在已经磨损失效的旧中速磨煤机磨辊表面堆焊一层高铬耐磨合金层，并且利用适当的材料与技术，可以获得较高硬度的堆焊层，这种堆焊层具有优异的耐磨及抗冲击性能。
2）严格制订并遵守焊接工艺，对于提高堆焊效率和质量是非常必要的。并且有显著的经济效益。
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