0、前言

  高碳合金輥壓機(jī)由于其比一般堆焊輥耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，而在各大水泥集團(tuán)被廣泛使用。然而高碳合金輥壓機(jī)由于其材質(zhì)比較特殊，磨損后運(yùn)用傳統(tǒng)的堆焊方法難于修復(fù)此類(lèi)材質(zhì)，為此很多堆焊公司修復(fù)此類(lèi)輥損失慘重，有的焊接報(bào)廢，有的焊接完后輥?zhàn)記](méi)運(yùn)行兩天整體剝落。在此情況下，北京奧邦焊業(yè)有限公司研發(fā)出OA RPM-1和RPM-2焊絲及工藝成功運(yùn)用于高碳合金輥壓機(jī)上，并解決了此類(lèi)難題。

  1、輥壓機(jī)輥面磨損機(jī)理

  從輥壓機(jī)的工作狀況可以看出，輥面的磨損類(lèi)型屬于典型的高應(yīng)力磨料磨損和疲勞磨損。這是由于在磨料磨損過(guò)程中，輥面在受到物料擠壓力和剪切力的作用下會(huì)產(chǎn)生彈性和塑性變形(如圖1所示)，在輥面的亞表層（大約10-20mm之間）形成循環(huán)切應(yīng)力和拉應(yīng)力。

  當(dāng)循環(huán)應(yīng)力超過(guò)輥?zhàn)硬牧系钠趶?qiáng)度時(shí)，在亞表層就會(huì)引發(fā)裂紋，在循環(huán)載荷作用下，亞表層的塑性變形繼續(xù)發(fā)展，在離開(kāi)亞表層一定深度的位置也將產(chǎn)生裂紋或脫層現(xiàn)象（如圖2、3所示），并逐步擴(kuò)展，從而在輥面出現(xiàn)橫、縱裂紋并局部掉塊，甚至出現(xiàn)大面積剝落現(xiàn)象。

  長(zhǎng)期以來(lái)，科研工作者對(duì)輥壓機(jī)的耐磨性問(wèn)題進(jìn)行了大量細(xì)致的研究，并開(kāi)發(fā)了許多不同種類(lèi)的材料和方法。目前在國(guó)內(nèi)外輥壓機(jī)制造中，從材料上看，輥體材料多為中碳合金輥，如35CrMo、40CrMo、42CrMo、35#鋼、45#鋼等鍛件，也有采用高碳合金輥和鑄件的，但總體來(lái)說(shuō)，鑄件不如鍛件使用效果好。從制造方式上看，有整體鑄造式、復(fù)合堆焊式、雙金屬?gòu)?fù)合材料離心鑄造式、硬質(zhì)合金柱釘鑲嵌式等。整體鑄造式屬于早期技術(shù)，由于其容易整體斷裂，現(xiàn)已不多用；雙金屬?gòu)?fù)合材料離心鑄造由于在運(yùn)行過(guò)程中輥套容易竄出或輥面硬度低，耐磨性差而難于推廣；硬質(zhì)合金柱釘鑲嵌式則因其合金柱釘易斷或造價(jià)過(guò)于昂貴而難于推廣使用。從對(duì)耐磨性、對(duì)工況的適應(yīng)性以及使用、維護(hù)的方便性等諸多因素考慮，目前認(rèn)為復(fù)合堆焊方法效果最好。堆焊關(guān)鍵技術(shù)在于合理設(shè)計(jì)輥面的耐磨材質(zhì)和花紋形式以及輥面的局部和整體現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)工藝的制定。

  高碳合金輥是通過(guò)對(duì)輥套進(jìn)行整體鍛造，然后表層通過(guò)特殊工藝使其碳含量增高，耐磨性提高。

  2、堆焊修復(fù)材料的選擇

  不同的輥面材質(zhì)需要選擇不同的堆焊工藝和堆焊材料。從輥?zhàn)拥钠茐男问絹?lái)分析，選擇的堆焊材料應(yīng)具有不同硬度梯度和韌性的材料，不僅耐磨性好，而且要具備較高的韌性和抗疲勞性。針對(duì)于輥體材料為中碳合金輥的復(fù)合堆焊輥壓機(jī)，常規(guī)的堆焊修復(fù)方法已比較成熟。一般采用韌性和硬度梯度不同的四種復(fù)合材料進(jìn)行堆焊，既打底層與母材的融合性良好；中間過(guò)渡層強(qiáng)度高，韌性好，不易產(chǎn)生裂紋；耐磨層不易剝落，耐磨性好；花紋耐磨不易掉塊。

  然而，由于高碳合金輥壓機(jī)輥面材質(zhì)的特性，其在運(yùn)行過(guò)程中表面很容易析出碳（如圖4、5所示）。以往很多公司由于不了解其與中碳合金輥的區(qū)別，往往運(yùn)用常規(guī)的方法對(duì)其進(jìn)行堆焊，導(dǎo)致在焊接過(guò)程中，由于打底層韌性好，與母材成份、性能差別較大，導(dǎo)致結(jié)合力差，往往在焊接2-3層后，會(huì)出現(xiàn)整體環(huán)狀分層現(xiàn)象。更有甚者，輥壓機(jī)在運(yùn)行1-2天內(nèi)焊接層整體脫落，造成輥套報(bào)廢的嚴(yán)重后果。因此采用常規(guī)的堆焊方法已經(jīng)不適合修復(fù)高碳合金輥壓機(jī)。

  公司針對(duì)高碳合金輥壓機(jī)輥體材質(zhì)的特性，于2010年已開(kāi)發(fā)出OA RPM-1、OA RPM-2兩種不同材料的藥芯焊絲及焊接工藝。這兩種的材料具有不同的硬度梯度和韌性，主要用于硬面和橫紋。

  3、高碳合金輥壓機(jī)堆焊修復(fù)工藝

  由于高碳合金輥壓機(jī)輥體材質(zhì)比較特殊。輥體中碳含量較高，如果表面剝落面較大或凹坑較多（如圖6、圖7所示），需要把凹坑和剝落面全部去除掉，然而刨除太多，在焊接過(guò)程中不能焊接打底層，硬面層焊接太厚很容易在焊接處整體剝落。公司采用新研制的焊絲和焊接工藝對(duì)輥面剝落處進(jìn)行堆焊修復(fù)，取得了良好的效果。

  修復(fù)工藝通過(guò)以下步驟完成：

  3.1 將輥壓機(jī)輥面凹坑或剝落處使用碳弧氣刨機(jī)刨除干凈，如果有裂紋也應(yīng)刨除。碳弧氣刨在刨除過(guò)程中不能使熱量過(guò)度集中于一點(diǎn)，要分層、分段刨削，防止熱量過(guò)于集中，出現(xiàn)輥?zhàn)訐p傷及斷裂現(xiàn)象。

  3.2 使用電動(dòng)角磨機(jī)把待焊接部位的渣、油、銹和積碳清除干凈，然后打磨至表面2mm以下。

  3.3 使用著色探傷劑對(duì)待堆焊部位進(jìn)行探傷，看是否有裂紋和缺陷存在，如果有必須去除掉。

  3.4 使用RPM-1對(duì)輥體進(jìn)行整體補(bǔ)焊。補(bǔ)焊過(guò)程中采用單道橫向的焊接方式，焊接完第一道后要使輥?zhàn)有D(zhuǎn)400mm的位置，然后再焊接下一道，禁止在一個(gè)地方連續(xù)焊接，防止因輥體溫度過(guò)熱而出現(xiàn)滲碳和裂紋現(xiàn)象。

  注意在焊接過(guò)程中要及時(shí)使用壓縮空氣對(duì)焊道進(jìn)行冷卻，溫度控制在90℃以下，每焊接完一層都要仔細(xì)檢查焊接的結(jié)合性，然后使用角磨機(jī)對(duì)其表面進(jìn)行嚴(yán)格打磨，去除滲碳并使表面露出金屬光澤。

  4.5 焊接完RPM-1后再使用RPM-2焊接橫紋。采用雙層單道的焊接方式，焊道寬度：16-18mm，焊接厚度：5-6mm，焊道之間的間距為：6-8mm。輥體在線整體修復(fù)后的效果如圖8所示。

  4、整體修復(fù)完成后的使用效果

  公司使用上述工藝對(duì)大同同煤建材和淄博崇正水泥有限公司的高碳合金輥壓機(jī)進(jìn)行修復(fù)，大同同煤建材的兩套1700X1000的輥?zhàn)佑?012年12月修復(fù)完畢后上線使用，經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)轉(zhuǎn)，整體運(yùn)行良好，表面無(wú)剝落現(xiàn)象，但橫紋磨損剩余1-2mm（如圖9所示）。淄博崇正水泥有限公司的一套1600X800的輥?zhàn)佑?012年6月修復(fù)完畢后，9月份上線使用，經(jīng)過(guò)20個(gè)月使用后，停機(jī)檢查輥面整體磨損良好，表面局部有兩處凹坑，但并不影響使用（如圖10所示），此輥已經(jīng)達(dá)到8000小時(shí)的質(zhì)保期。

  5、結(jié)論

  采用公司新研制的OA RPM-1和OA RPM-2藥芯焊絲和工藝焊接高碳合金輥壓機(jī)，在線焊工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，不需要焊前預(yù)熱，焊后熱處理。使用OA系列藥芯焊絲焊接高碳合金輥壓機(jī)具有劃時(shí)代的意義，首先它克服了傳統(tǒng)方法修復(fù)輥壓機(jī)的弊端，而且此類(lèi)工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，效果使用理想，解決了高碳合金輥輥面剝落難修的問(wèn)題，為以后修復(fù)類(lèi)似于這種材質(zhì)的大型輥提供了經(jīng)驗(yàn)，減少了修復(fù)風(fēng)險(xiǎn)，降低了維修成本，提高了使用壽命。