耐磨件的制造不僅可通過鑄造工藝來制造，也可通過堆焊工藝來制造，而對磨損過的耐磨件采用堆焊工藝來再制造，可獲得比原鑄件更耐磨的性能，同時通過廢舊利用，可實現(xiàn)循環(huán)經濟，是一個再制造過程，本文將就耐磨件堆焊制造及再制造中的幾個問題進行探討。

　　1、堆焊和鑄造一樣都是耐磨件的制造方法

　　1.1、堆焊是微觀化的鑄造

　　耐磨件的制造是以鑄造為主（從噸位來說），堆焊件占的比重比較小。鑄造比堆焊發(fā)展得早，所以從堆焊誕生開始，就有了鑄造和焊接（堆焊）誰代替誰的問題，其實從原理上講，二者應該是一家，是不能相互替代的。我們認為，堆焊過程實際就是一個微觀的鑄造過程，如果鑄造可以看作是焊件尺寸以米為單位的大尺寸熔池，那么堆焊就是以毫米為單位的很小的熔池。為什么在工件制造過程中會有微觀鑄造的概念呢？這是因為對于鑄造而言，隨著鑄件尺寸的不斷增大，其制造難度和熱處理難度也越來越高，如果再要求耐磨件能夠由里到外具有均勻的耐磨性能，實現(xiàn)起來將非常困難。但是堆焊過程可以解決這一難題，它將鑄造過程微觀化、微細化，把一個大的鑄造分解成無數(shù)小的鑄造，這樣，每個微觀熔池都可以很容易達到最終工件要求的強度、硬度、韌性等微觀指標。

　　所以，在耐磨件的堆焊過程中，鑄造和堆焊是相輔相成的，就比如鑄造是皮，耐磨層堆焊是毛，對耐磨件整體質量而言，二者是"皮之不存，毛將焉附"的關系。如果要求一個工件整體具有很好的質量，就要求其鑄造和堆焊的質量都很高。

　　1.2 、耐磨件制造過程中鑄造和堆焊的選擇

　　對于一個耐磨件，如果其鑄件從成本、性能等方面能夠完全滿足使用要求，人們就不必考慮堆焊了。那么為什么要考慮堆焊呢？這是因為，僅靠鑄造，耐磨件的壽命、質量上無法達到所要求的指標，這時就引進了微觀鑄造，也就是用堆焊的方式來加強所要求部位的耐磨質量或其他方面的質量。

　　2 、耐磨堆焊再制造方法的選擇

　　堆焊方法有很多，如氣焊、手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊、明弧焊等。耐磨堆焊再制造就是用堆焊工藝將品質合適的耐磨材料堆焊到基體表面，堆焊后細化的復合碳化物均勻分布在強化的基體內，形成的奧氏體基體具有較好的抗拉強度，焊材與基材熔合性好，具有高應力的磨耗性，外觀焊縫成型美觀，具備較好的抗沖擊性能，從而提升了耐磨件的使用壽命（比新品可提高1.5倍以上）。

　　近年來采用的堆焊再制造方法主要有兩種，一是使用直徑Φ3.2-5mm的藥芯焊絲在焊劑層下進行自動埋弧堆焊，另一種是使用Φ1.2-3.2mm自保護藥芯焊絲進行明弧堆焊。

　　埋弧焊是傳統(tǒng)的高效率的堆焊方式，現(xiàn)在很多地方還在沿用，而自保護明弧焊最近兩年已經發(fā)展起來了，實際上這兩種焊接方法各有利弊。在早期的磨輥、磨盤瓦等大物件的堆焊過程中，也都曾經采用過埋弧焊。后來為什么都采用明弧自保護焊呢？這是因為與埋弧堆焊比較，明弧自保護焊有以下優(yōu)勢：

　　第一，從成本上說，埋弧焊比較費工、費時，一般要3-4人，有添加焊劑的、除焊劑的、有焊接操作的。并且焊前要對焊劑進行烘干，焊接過程中要不斷添加焊劑，并需專人去除焊渣，使堆焊過程人力、物力投入很大，且環(huán)境惡劣。相反，明弧自保護焊只要一個人就夠了，不僅實現(xiàn)了生產的自動化，減小了焊工手工操作時因長期焊接引起的疲勞及堆焊質量下降，具有人工操作不可及的高效率，因此能夠適應高質量、高效率的堆焊再制造要求。

　　第二，從耐磨性能上說，埋弧焊因為有焊劑、焊渣的影響，一些強迫冷卻措施、溫控措施都很難加上去，因此無法對工件進行強迫冷卻以保持正常焊層間溫度，致使工件可焊性受到限制。而明弧自保護焊就比較容易實現(xiàn)溫控，從而使工件能獲得更好的耐磨性能。

　　第三，從整體對部件的影響來說，埋弧焊因溫控受限，鑄件的尺寸變形會比較大，而明弧自保護焊可以將變形控制到很小范圍內，因此不易引起母材的變形開裂。原來有一個概念，一個鑄件或輥體的堆焊最多不超過三次，這是建立在埋弧堆焊的基礎上的，作為明弧自保護焊來說，應該說遠遠不止三次。

　　那么這些方法該怎么選擇呢？我們認為，應從工件的最終性能要求來考慮，例如，煤磨、立磨的磨輥/盤這類工件，它們要求高耐磨、低抗沖擊性，工藝選擇要從碳化物的數(shù)量和形態(tài)上來考慮；而輥壓機擠壓輥這類產品則要求高抗沖擊、中低耐磨，工藝選擇要考慮碳當量的概念，碳當量決定耐磨件本身的強度、韌性和抗沖擊性。簡單的說，輥壓機擠壓輥的堆焊要考慮預熱和保溫，要圍繞碳當量做工藝，原則上要采用熱焊，需要在一定的條件下進行焊接，焊接、保溫溫度都比較高。而立磨、煤磨的輥/盤要求有足夠的耐磨性能，要考慮碳化物的形態(tài)，只考慮控制小的變形和快的冷卻速度，采用冷焊就可以了。因此，埋弧焊更適合輥壓機的堆焊，明弧自保護焊更適合立磨、煤磨的輥/盤的堆焊。所以只有針對不同的工件和場合綜合考慮堆焊方式，才能兼顧不同的堆焊方法，得到所需要的性能。

　　3 、耐磨堆焊再制造方式

　　目前的耐磨堆焊再制造方式包括離線堆焊和在線堆焊，離線堆焊發(fā)展較早，技術已經比較成熟，在線堆焊是我公司在國內首先做起來的，并且獲得了國家專利和國家創(chuàng)新基金支持。

　　3.1、在線堆焊再制造

　　立磨磨輥和盤瓦在線再制造是將堆焊機運到現(xiàn)場，在立磨磨輥/盤不拆除的情況下，使用藥芯焊絲進行明弧堆焊再制造。因為不用拆卸磨輥和襯板，用戶可在設備檢修和設備停機的較短時間內進行堆焊再制造，滿足即時檢修的需要，最大程度縮短停工時間。

　　最初的在線堆焊施工是2000年從電力系統(tǒng)的煤磨開始的。因為電廠一臺機組至少有五到六臺煤磨機，而停機檢修時間只有10-15天，典型磨型如ZGM113系列磨煤機，一個機組六臺煤磨共有18只磨輥、6套盤，若要在檢修期間堆焊完，即使堆焊場地離工廠不是很遠，加上拆裝和運輸時間，以一臺設備堆焊一只輥子計算，共需要24臺設備、10-14天完成施工，而在線堆焊施工卻可以在10天內順利達到同樣的效果。

　　從2000年至今，嘉克公司一直在進行在線堆焊施工，到工程量最多的時候一共有9只隊伍在外進行在線堆焊施工，每個施工隊伍堆焊量都在5-10噸，能一次性堆焊完成電廠一個機組的全部磨機。水泥廠因為立磨的尺寸比較大，像ATOX50、MLS3626等大的輥套和磨盤堆焊量也都很大。

　　大量的實踐證明了在線堆焊再制造是比較實用的，不僅能保證堆焊再制造后的質量和使用壽命，保證磨輥和磨盤的原有工作尺寸，而且大大提高了生產效率和出粉產量，降低了更換磨盤和磨輥所帶來的人工成本增加、備件周期及不安全因素的影響。
有人認為在線焊質量可能有問題，我們經過上百個堆焊再制造的案例比較后認為，在線焊如果在裝備上、工藝上真正達到要求，表面質量和耐磨性能能和離線堆焊一樣經得起足夠的耐磨時間。

　　3.2 離線堆焊再制造

　　在線堆焊的成功實施并不能完全取代離線堆焊，這兩種焊接方法同樣重要。企業(yè)如擁有備件，可把磨輥/盤瓦拆卸下來運到嘉克公司堆焊生產基地進行再制造。被堆焊再制造的磨輥/盤瓦不受尺寸限制，且各種形狀的磨輥/盤瓦均可堆焊再制造。
嘉克公司離線堆焊再制造的磨輥/盤瓦熔覆金屬與基體結合牢固，外觀焊縫成型美觀，耐磨性能好，使用壽命長，實現(xiàn)了設備和技術工藝的完美組合。

　　4 耐磨堆焊再制造設備

　　4.1在線堆焊再制造設備

　　嘉克公司研制生產的ARC-NMP7-1磨輥/盤瓦在線明弧自動堆焊機是磨盤瓦、磨輥機內堆焊再制造的專用設備，它含五項專利，主要用于立磨磨輥/盤瓦的現(xiàn)場堆焊再制造，在磨盤瓦不拆除的情況下，使用Φ1.2-3.2mm自保護藥芯焊絲明弧堆焊，完成磨輥/盤瓦的堆焊再制造工作。整個過程安裝方便，操作簡單，短時間即可完成施工。

　　本設備采用逆變電源及其對電弧的控制技術，使堆焊過程飛濺小，焊道成型好，焊接效率高，適合各種形狀的磨輥/盤瓦再制造，能適應高質量、高效率的生產要求。同時設備占地面積小，檢修方便，耗電省，幾年來在國內200多家火電廠、水泥廠得到廣泛應用，為企業(yè)創(chuàng)下了可觀的經濟效益。

　　4.2、離線堆焊再制造設備
嘉克的離線再制造設備為含有三項專利技術的ARC-NMG7-1/2磨輥/盤瓦自動明弧堆焊機，它采用逆變電源及其對電弧的控制技術，配備焊槍擺動器和焊槍高度跟蹤系統(tǒng)，用PLC實現(xiàn)堆焊程序控制及對擺動器和高度跟蹤的控制，使堆焊過程飛濺小，焊道成型好，且具備遮弧及煙塵凈化裝置，可有效地改善工作環(huán)境。

　　本設備自動化程度高，可通過編程方式排列焊道，可實現(xiàn)焊距高度跟蹤。此外，通過加配焊槍擺動裝置，可根據需要選用規(guī)格適合的焊絲，人為設定寬度，使表面平整美觀，因此適合各種形狀的磨輥/盤瓦堆焊再制造，尤其是形狀復雜的磨輥。焊槍擺動器和高度跟蹤系統(tǒng)還能實現(xiàn)對局部缺陷的再制造。

　　5、堆焊再制造材料的選擇和工藝控制

　　5.1、耐磨材料的選擇原則

　　針對不同母材的材質及其工況條件，需要選用不同成分的耐磨材料即焊絲。母材的材質是指金屬元素的化學成份，可對原磨輥材料進行取樣化驗留存，以確定焊絲的成分。堆焊層一般分為過渡（打底）層和硬化層，過渡層焊絲既要保證和基體良好熔合，又要無脆性相產生，同時應防止裂紋向基體擴展；硬化層既要保證不脫層，又要有一定耐磨性能。

　　5.2 工藝控制

　　合理的堆焊再制造工藝是達到立磨磨輥/盤瓦堆焊再制造效果的關鍵。嘉克根據磨輥/盤瓦的不同磨損情況和實際工況要求，合理設計和選擇耐磨堆焊工藝，以達到最佳的堆焊再制造效果。

　　1）使用ARCFCW1001焊絲作為打底層，采用單向堆焊方式自動堆焊一層，打底層的作用是防止堆焊裂紋向基體擴展；
　　2）使用ARCFCW1011焊絲做局部堆焊，采用單向堆焊方式將磨輥凹坑填補平整，補層應有適當?shù)臋M向裂紋，以釋放焊接應力；
　　3）使用ARCFCW9011焊絲，以自動焊方法堆焊至規(guī)定尺寸；
　　4）在整個堆焊過程中，焊縫層間溫度應嚴格控制；
　　5）堆焊再制造注意事項：

　　避免過度稀釋
　　硬面層必須建立橫向裂紋，以釋放焊接內應力
　　焊層不宜進行火焰切割及機械加工
　　對于產生的焊瘤應及時用電弧氣刨清理平整

　　6 耐磨堆焊再制造效果

　　嘉克擁有多年來成功堆焊再制造國內外各種立磨的經驗與記錄，采用嘉克獨有的專利技術和設備堆焊后的立磨表面可獲得最佳的耐磨效果，如：
　　1、有效降低磨輥的更換頻率，從而降低更換費用；
　　2、含高科技專利技術的焊接設備確保了提供穩(wěn)定的堆焊再制造質量；
　　3、性能優(yōu)異的焊接材料使產品在同等工況條件下磨損程度更輕、更均勻，生產效率得到一定程度的提高，同時更加節(jié)約電能；
　　4、 堆焊件與鑄件相比耐磨性能有很大的提高。

　　7 、堆焊再制造風險分析及防范措施

　　7.1、堆焊風險產生的原因

　　堆焊風險是大家比較關注的問題，比如堆焊開裂、脫落等。堆焊風險的存在有兩方面原因，其中鑄件本身的質量是一個重要因素。真正合格的鑄件其可焊性還是不錯的，堆焊后容易出問題的鑄件一般是鑄件本身就存在很多缺陷，如沙眼、縮孔、裂紋等，在堆焊施工前通過探傷可能就能發(fā)現(xiàn)鑄件本身已經存在裂紋，這跟堆焊過程沒有關系。另一方面，在鑄件制造時只考慮了本身的耐磨性，而忽略了可焊性的問題，這給以后的堆焊帶來一定困難。當然，如果通過嚴格的檢測，這些缺陷都是可以克服和處理的，但如果焊前沒有經過嚴格檢測，未能發(fā)現(xiàn)鑄造的缺陷，或者堆焊工藝不當，就有可能造成堆焊的風險。
耐磨件失效形式包括疲勞、磨損、剝落和斷裂，失效原因分析如下
　　1）磨輥運行周期過長引起輥身表面的冷作硬化，并形成微裂紋后擴展；
　　2）物料的可磨系數(shù)不同造成磨輥耐磨層磨損；
　　3）選擇的堆焊材料及堆焊工藝不當引起堆焊過程中工件斷裂；
　　4）斷裂失效與鑄件在鑄造過程中和熱處理過程中產生的缺陷有直接關系；
　　5）從磨輥結構形狀看，磨輥與輪轂的配合面有2個，一個是柱面配合，另一個是錐面配合。由于磨輥和輪轂的兩對配合表面存在加工誤差，磨輥與輪轂裝配時就很難保證柱體和錐體面同時接觸，這種局部的不良接觸會使磨輥在有配合間隙部位或有鑄造缺陷處產生應力集中；
　　6）立磨生產過程中不但存在著粉碎大顆粒物料時的振動，而且在入磨熱氣體作用下，磨輥在開停磨時還受到溫度變化的作用，特別是冬季，磨輥表面會在零下幾度的狀態(tài)中幾分鐘時間內迅速上升到100～200℃，這會使磨輥在熱應力、熱處理殘余應力和粉磨力作用下，易在有鑄造缺陷且磨輥與輪轂有配合間隙的部位發(fā)生斷裂。斷裂是從磨輥內側向外側擴展的；
　　7）磨輥安裝預緊力過大也是磨輥失效的原因之一。

　　7.2、 堆焊再制造可行性和經濟性分析

　　根據磨輥/盤瓦磨損的不同情況，對立磨磨輥/盤瓦堆焊的可行性、經濟性有如下看法：
　　1）可行性：在立磨磨輥、磨輥及磨盤瓦磨損情況還未達到不可再制造地步的情況下，選擇合適的材料及合理的堆焊再制造工藝完全可以進行堆焊再制造；
　　2）經濟性：由于購買新品備件的成本較高，使用壽命較短，而堆焊再制造后的成本低，使用壽命長，從而可為企業(yè)降低成本，提高設備運轉率。

　　7.3、避免和減少堆焊再制造風險的必要措施
　　1） 焊前做母材的成份分析和超聲波檢測；
　　2）根據母材成份選擇合適的堆焊材料；
　　3）制定科學合理的堆焊工藝和嚴格規(guī)范的操作規(guī)程；
　　4）控制焊補高低不平時的引弧和滅弧：通過設備自有的高度跟蹤來自動實現(xiàn)局部磨損嚴重部位的堆焊再制造；
　　5）堆焊質量檢驗：完備的耐磨性能檢測手段和設備可對磨輥/盤瓦堆焊再制造前后的狀況進行全面檢測，有力保證產品和服務的質量，如超聲波探傷、磁粉探傷、磨料磨損實驗、硬度檢測、金相組織分析、失效分析等。

　　8、復合磨輥制造--堆焊/鑄造復合制造

　　8.1、復合磨輥/盤（堆焊）制造方法介紹

　　復合輥/盤（堆焊）制造方法是一種新興、科學的方法。它通過在基材表面堆焊一定厚度的高硬度、抗磨損的耐磨層，由基體提供抵抗外力所需的強度、韌性和塑性等綜合性能，由表面堆焊耐磨層提供滿足指定工況需要的耐磨性能。

　　與傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵鑄件不同，其制造方法分為兩個步驟：首先采用ZG25/35材質鑄造磨輥/盤胎，根據成品設計規(guī)格預留30%-50%的尺寸作為耐磨堆焊層；然后采用堆焊熔覆方式將復合碳化物耐磨層熔覆于磨輥/盤胎之上，直至成品設計規(guī)格。 

　　8.2 復合磨輥/盤的性能特點

　　在實際應用中，復合輥/盤不僅表現(xiàn)出基材韌、塑性較好的優(yōu)點，又具有高硬度、高耐磨性的耐磨層，因此在使用過程中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，還可多次堆焊再制造，重復使用。

　　同時，堆焊后的成品還可重復進行堆焊再制造。因此制造成本低、使用性能優(yōu)異的復合輥能很好地滿足水泥企業(yè)對磨機磨輥/盤瓦耐磨性能、造價低成本的要求，減少了企業(yè)停機維修的時間，降低了維護成本、增加了出粉分產量，為企業(yè)帶來了很好的經濟效益。

　　8.3、復合磨輥/盤瓦制造經驗

　　到目前為止，嘉克公司已成功為天津水泥研究院、合肥水泥設計院、新疆青松水泥有限公司、駐馬店豫龍同力水泥有限公司、邢臺中聯(lián)水泥有限公司、陜西堯柏特種水泥有限公司、福建三安鋼鐵有限公司、中信重工機械有限責任公司等多家企業(yè)制作了多種不同型號的耐磨復合磨輥/盤瓦。

　　8.4、堆焊磨輥/盤優(yōu)于鑄造磨輥/盤的幾個方面
　　1）表面硬度：鑄造磨輥硬度為HRC52-56，堆焊磨輥硬度HRC58-64；
　　2）工藝：鑄造磨輥的控制環(huán)節(jié)多，設備較大；堆焊磨輥工藝簡單，質量易控制；
　　3）內在質量：高鉻合金鑄鐵磨輥在鑄造過程中，由于其鑄造特點，其耐磨相在組織中呈無序分布，而相同材質的堆焊組織具有各向異性（耐磨相有序分布），對提高耐磨性更加有利；
　　4） 經濟性：制造一個堆焊磨輥和鑄造磨輥的費用相當，但鑄造磨輥磨損后只能回爐報廢，而堆焊磨輥只需花費原制造費用的50%-60%進行堆焊即可作為新品使用；
　　5） 使用壽命：由于碳化物在基體中分布形態(tài)的差異，造成鑄造磨輥遠低于堆焊磨輥的運行壽命，堆焊磨輥的壽命是鑄造磨輥的1.5倍以上。

　　作者簡介：

　　劉振英，男，1963年出生，1989年獲清華大學焊接專業(yè)博士學位，教授級高級工程師，清華大學基礎工業(yè)訓練中心研究員，北京嘉克新興科技有限公司董事長、總經理。從事硬面堆焊材料、焊接技術、電力電子技術、電力半導體應用技術研究近20年，獲15項國家專利。