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。開始被電廠、水泥廠應(yīng)用于磨煤機上,由于立磨相較于球磨機具有相當(dāng)多的優(yōu)點,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,90年代水泥設(shè)備制造廠,開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)大型化之進度更是一日千里,隨著磨料之增加,磨損情況也更進一步的加驟。
在此期間硬面堆焊之技術(shù)也有顯著的進步,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(鑄造時約為3%,電焊約為5%)及含鉻量(鑄造時為15-25%。電焊時為25%-30%),所以其硬度比鑄造品高,且由于冷卻時間很短僅需幾秒鐘(鑄造需幾小時)故所生成之Cr7C3之金相組織遠(yuǎn)優(yōu)于鑄造品,進而耐磨性會增加很多。
當(dāng)電焊進行時,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:此法于施工時在焊物體上覆蓋一層砂,可以隔絕空氣中的氧。
二、氣體保護焊:此法在焊槍口加上一個環(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、自保護明?。捍朔ㄓ诤附z之藥劑中加入可產(chǎn)生自保護氣體之化學(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形成殼狀物,此殼狀物必須敲掉,否則進行第二層焊接時無法牢固,影響品質(zhì)甚巨,而自保護明弧焊一般采取冷焊(即無須預(yù)熱)且不生成殼狀物,工藝上較為簡單,無須任何保護與敲殼動作,所以施工中較不易造成人為的失誤,且因施工時溫度較低,故產(chǎn)生Cr7C3之金相組織較理想,因而其使用壽命會較長。
硬面堆焊之優(yōu)劣取決于下列三個條件:
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)之此類焊絲品質(zhì)較佳,國產(chǎn)之焊絲在下料填充時較不均勻,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,寄望于國內(nèi)焊絲制造廠加緊研制與改良。
二、工藝技術(shù)
堆焊時的施工步驟與方法相當(dāng)重要,如處置不當(dāng),將導(dǎo)致于運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生崩落,促使磨輪發(fā)生跳動,粉磨效率下降,嚴(yán)重時則損壞設(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)
由于磨機之磨輥和磨盤襯塊其磨損面相當(dāng)不規(guī)則,大多呈犁溝狀,所以堆焊時員工之技術(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大時,均會影響運轉(zhuǎn)效率,浪費能源,甚至損壞磨機主體,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)營者深思之。
總之硬面堆焊是一門非常專業(yè)的行業(yè),國內(nèi)有很多的磨機使用單位成立了第三產(chǎn)業(yè)從事磨輥和磨盤襯塊的焊補工作,筆者百思不得其解,因為良好的焊補不僅可以延長使用壽命,降低維修費用,另外可以降低電耗量節(jié)省能源,此點是大家所忽視的,根據(jù)筆者的經(jīng)驗良好的堆焊能源節(jié)省的金額甚至超過其焊補費用,所以將堆焊修補工作交付專業(yè)的廠家去完成才是正確的選擇。
筆者于1989年在臺灣成立上慶栗本鋼鐵工來股份有限公司的,采用最先進的自保護明弧焊法,專門從事磨輥及磨盤襯塊的硬面之焊補,又于1993年開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。很快就占有臺灣的全部市場。1998年開始拓展海外市場,目前已外銷50余國家,同年并將此UP-PLATE耐磨板引進國內(nèi),廣泛的應(yīng)用于嚴(yán)重的磨損部位(如下料溜槽、管道、選粉機之導(dǎo)向葉片、風(fēng)機葉片、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,從事磨輥及磨盤襯塊之堆焊修復(fù)施工。由于產(chǎn)品之優(yōu)良、誠信之服務(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(如海螺集團、華新集團、三獅集團等)。此外為改進高鉻鑄鐵制作的磨輥與磨盤襯塊易斷裂之缺點,同時開發(fā)硬面堆焊之新品磨輥及磨盤襯塊鑄造堆焊,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,其中最重要的是不易斷裂,可以重復(fù)修復(fù)使用,大幅的降低維修費用,增加了使用效率,此項業(yè)務(wù)目前已推廣至海外市場(如日本UBE公司產(chǎn)品、Polysius公司產(chǎn)品、德國Loesche公司產(chǎn)品等)。
由于筆者學(xué)疏才淺,尚請國內(nèi)專家學(xué)者不吝指正,不勝感激。
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