卓金管件有限公司Φ1000×260型辊压机挤压辊的堆焊修复——文献学习体会
文献概况
本文发表于《水泥》1995年第8期，作者魏建军、黄智泉、潘健、许健来自机械部郑州机械研究所，黄石林来自广东省汕头市散装水泥工业公司。文章介绍了汕头市散装水泥工业公司一台Φ1000×260型辊压机挤压辊的堆焊修复过程。该辊压机经过近一年的使用后，静辊严重磨损，面临更换新辊或堆焊修复的选择。
辊压机挤压辊的工作条件分析
辊压机的工作原理
辊压机（Roller Press）是水泥粉磨系统中的关键设备，通过两个相对旋转的辊子对物料进行挤压研磨。物料在两辊之间受到巨大的挤压力，被压碎后进入下游的风选或磨机进行进一步粉磨。
挤压辊的磨损机制
辊压机挤压辊的磨损具有以下特点：
- 高接触应力：辊面接触应力可达300~500MPa，导致材料表面产生塑性变形和微切削磨损。
- 磨粒磨损：水泥物料中的硬质颗粒（如硅砂、铝矾土）对辊面产生磨粒磨损。
- 粘着磨损：高温高压下，辊面与物料之间可能发生粘着磨损。
- 腐蚀磨损：水泥物料中的碱性物质（如Ca(OH)₂）对辊面产生腐蚀作用。
- 热疲劳：物料摩擦生热导致辊面温度周期性变化，产生热疲劳裂纹。
磨损特征
辊压机静辊的磨损通常呈现以下特征：
| 磨损区域 | 磨损形态 | 主要原因 |
|---|---|---|
| 辊面中心 | 深沟槽 | 物料集中、接触应力大 |
| 辊面两侧 | 浅磨损 | 物料分散、接触应力小 |
| 辊面边缘 | 剥落 | 应力集中、疲劳 |
| 辊面整体 | 尺寸减小 | 均匀磨损 |
堆焊修复方案设计
修复方案选择
对于严重磨损的辊压机挤压辊，通常有以下选择：
- 更换新辊：成本高，但质量好，适用于磨损极严重的情况。
- 堆焊修复：成本低，但技术要求高，适用于磨损程度中等的情况。
- 车削加工：仅适用于磨损轻微的情况，通过车削恢复尺寸精度。
本文选择了堆焊修复方案，其经济性优势明显。对于Φ1000×260型的辊压机，新辊价格昂贵，而堆焊修复的成本仅为更换新辊的20%~30%。
堆焊材料选择
辊压机挤压辊的堆焊材料选择应考虑以下因素：
| 材料类型 | 硬度（HRC） | 耐磨性 | 韧性 | 适用性 |
|---|---|---|---|---|
| 高铬铸铁 | 55~62 | 优 | 中 | 首选 |
| 高锰钢 | 40~45 | 良 | 优 | 冲击磨损工况 |
| 碳化钨合金 | 65~70 | 优 | 低 | 高磨损区域 |
| 钴基合金 | 50~55 | 良 | 良 | 高温工况 |
对于水泥辊压机的挤压辊，高铬铸铁堆焊材料是首选，因其具有优异的磨粒耐磨性和适中的韧性。
堆焊工艺参数
| 工艺参数 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| 焊材类型 | 药芯焊丝（高铬铸铁） | 如E50CrMo |
| 焊接方法 | 埋弧焊（SAW）或手工电弧焊（SMAW） | 根据现场条件选择 |
| 预热温度 | 150~200℃ | 防止裂纹 |
| 层间温度 | ≤250℃ | 控制组织 |
| 堆焊层数 | 2~3层 | 第一层过渡层，后续耐磨层 |
| 焊后热处理 | 550~650℃去应力退火 | 消除残余应力 |
| 堆焊层厚度 | ≥3mm | 保证耐磨寿命 |
工程实施要点
焊前准备
- 辊面清理：彻底清除辊面上的旧堆焊层、氧化皮、油污和锈蚀。采用碳弧气刨或砂轮打磨方式，确保母材表面清洁。
- 缺陷处理：对辊面上的裂纹、气孔等缺陷进行修复。裂纹需先进行无损检测（MT或PT），确定裂纹范围后进行打磨或切割处理。
- 尺寸测量：精确测量辊面的磨损深度和形状偏差，制定堆焊余量方案。
- 预热：采用火焰加热或感应加热方式，将辊面预热至150~200℃，预热面积应大于焊缝两侧各150mm。
堆焊过程控制
- 多层堆焊：采用多层堆焊方式，第一层（过渡层）采用与母材匹配的焊材，确保冶金结合；第二层及后续层采用高硬度耐磨焊材。
- 焊接方向：堆焊方向应与辊子旋转方向一致，减少表面残余拉应力。
- 锤击处理：每层堆焊后采用锤击处理，消除残余应力、细化晶粒。
- 温度监控：使用红外测温仪实时监控层间温度，确保不超过250℃。
焊后加工
堆焊完成后，辊面需进行车削加工以恢复设计尺寸和表面粗糙度：
- 车削余量：堆焊层应留有0.5~1.0mm的车削余量。
- 表面粗糙度：车削后的表面粗糙度应达到Ra1.6~3.2μm，以适应水泥物料的研磨要求。
- 圆度控制：辊面的圆度偏差应控制在0.05mm以内，确保辊压机运行的平稳性。
经济效益分析
| 项目 | 更换新辊 | 堆焊修复 |
|---|---|---|
| 材料费 | 高 | 低（约20%~30%） |
| 加工费 | 中 | 中 |
| 停机时间 | 长（采购周期） | 短（现场修复） |
| 总成本 | 高 | 低 |
| 使用寿命 | 全新 | 接近全新 |
堆焊修复的经济性优势非常明显。对于辊压机这类大型设备，堆焊修复不仅是技术上的可行方案，更是经济上的最优选择。
个人思考与总结
本文虽然篇幅简短，但反映了一个重要的工程理念——设备修复的经济性和可行性。在工业生产中，大型设备的维修和修复是一个长期课题。辊压机挤压辊的堆焊修复，不仅节约了成本，还缩短了停机时间，提高了设备利用率。
从焊接技术角度看，辊压机挤压辊的堆焊修复具有以下技术特点：
- 大尺寸工件焊接：辊面直径大、长度长，焊接变形控制难度大。
- 多层堆焊：需要精确控制每层的焊接参数，确保层间结合质量。
- 焊后加工：堆焊层需进行精密车削，对堆焊层的均匀性和硬度一致性要求高。
- 服役环境恶劣：水泥物料的磨粒磨损和腐蚀磨损对堆焊层提出了双重挑战。
在实际工程中，我深刻体会到堆焊修复的质量不仅取决于堆焊工艺本身，更取决于修复前后的全过程管控。从焊前的缺陷检测、焊中的参数控制到焊后的加工和检测，每一个环节都至关重要。特别是在辊压机这类连续运转的设备上，堆焊修复的质量直接关系到设备的安全运行和使用寿命。
此外，随着焊接技术的进步，辊压机挤压辊的堆焊修复技术也在不断升级。例如，采用激光熔覆技术进行堆焊修复，可实现更薄的堆焊层、更低的稀释率和更高的堆焊层质量。但这些新技术的应用需要综合考虑设备投资、操作难度和经济效益等因素，在传统堆焊技术仍然具有竞争力的领域，如水泥行业的辊压机修复，传统堆焊技术仍是主流选择。
总体而言，本文所介绍的辊压机挤压辊堆焊修复案例，为同类设备的修复提供了宝贵的实践经验。在设备维修领域，堆焊修复技术将继续发挥重要作用，为工业生产的连续性和经济性提供保障。