对辊破碎机耐磨堆焊焊条研制学习体会

文献概况与技术背景

应鹏展同志于1998年发表在《焊接技术》第27卷第1期的这篇文献，介绍了对辊破碎机耐磨堆焊焊条的研制过程。对辊破碎机是选煤机械中的核心设备，其机齿（辊齿）在破碎过程中承受剧烈的冲击载荷和磨损，是典型的易损件。文献中提到，新研制的堆焊合金耐磨性能是35CrMoTi钢的8.6倍，比未堆焊的破碎机使用寿命提高了7倍以上，这一数据充分说明了堆焊强化的巨大效果。

对辊破碎机机齿的工作条件极为恶劣：高速旋转、承受巨大冲击载荷、与矿石反复摩擦、存在粘附磨损和切削磨损。机齿材料通常采用35CrMoTi钢，虽然强度和韧性较好，但耐磨性不足，使用寿命短，严重影响破碎机的生产效率和经济效益。

堆焊焊条研制过程分析

材料设计思路

耐磨堆焊焊条的研制是一个系统工程，需要从材料设计、工艺优化、性能验证等多个环节进行系统研究。文献中提到"通过反复调整焊条药皮成分，找到了适合对辊破碎机机齿堆焊的合金系"，这一表述揭示了焊条研制的核心工作——通过实验设计方法优化药皮成分。

焊条药皮成分的设计需要考虑以下因素：

1. 合金元素的添加：需要添加Cr、Mo、V、W等强碳化物形成元素，以提高堆焊层的硬度和耐磨性。
2. 脱氧剂的选择：需要选择合适的脱氧剂（如Mn、Si、Ti等），以防止堆焊层产生气孔和夹杂。
3. 稳弧剂的选择：需要选择合适的稳弧剂（如CaCO₃、MgCO₃、K₂CO₃等），以保证电弧稳定燃烧。
4. 造渣剂的选择：需要选择合适的造渣剂（如TiO₂、CaF₂、SiO₂等），以控制熔渣的成分和流动性。

堆焊层组织与性能

文献中提到，新研制的堆焊焊条堆焊层组织为"马氏体＋碳化物＋残余奥氏体"，硬度为HRC64～65。这一组织特征具有重要的工程意义：

马氏体基体提供了高硬度，碳化物提供了耐磨性，残余奥氏体提供了韧性，三者协同作用实现了硬度与韧性的良好匹配。HRC64～65的硬度水平在耐磨堆焊层中属于较高水平，能够满足对辊破碎机机齿的耐磨要求。

金相分析与物相分析

文献中提到采用"金相显微分析及X射线物相分析"来表征堆焊层的组织和物相。这两种分析方法是材料表征的基本手段：

• 金相显微分析：可以观察堆焊层的组织形态、晶粒尺寸、碳化物的分布和形态、残余奥氏体的含量等。通过金相分析可以判断堆焊层的质量，如是否存在裂纹、气孔、未熔合等缺陷。
• X射线物相分析：可以识别堆焊层中的物相组成，如马氏体、奥氏体、碳化物（Fe₃C、Cr₇C₃、Mo₂C、WC等）的种类和含量。通过物相分析可以验证材料设计的有效性，判断合金元素的添加是否达到了预期效果。

耐磨性能验证与工业试验

实验室耐磨试验

文献中提到进行了"耐磨试验"来验证堆焊层的耐磨性能。耐磨试验通常采用以下方法：

1. 磨损试验机测试：采用对磨法（如MM-100型磨损试验机），在特定载荷、转速、磨料条件下进行磨损试验，测量磨损率。
2. 硬度测试：采用洛氏硬度计（HRC）或维氏硬度计（HV）测量堆焊层硬度，硬度是耐磨性的重要指标。
3. 冲击试验：采用冲击试验机测量堆焊层的冲击韧性，韧性是抗冲击断裂能力的重要指标。

工业试验结果

文献中提到"工业试验证明，对辊破碎机堆焊合金的耐磨性能优良，是35CrMoTi钢的8.6倍，比未堆焊的破碎机使用寿命提高7倍以上"。这一数据具有重要的工程意义，说明堆焊强化可以大幅提高对辊破碎机机齿的使用寿命，从而降低设备的维护成本和停机时间。

从经济性的角度来看，堆焊强化的投资回报非常可观。假设一台对辊破碎机机齿的更换周期从原来的3个月延长到24个月以上，那么每年的维护成本可以大幅降低。此外，减少停机时间还可以提高生产效率，增加产量。

工程实践中的质量控制

对辊破碎机机齿堆焊的质量控制是确保堆焊效果的关键环节。质量控制应覆盖以下方面：

焊前准备

1. 基体表面处理：去除机齿表面的锈皮、油污、氧化皮等，确保良好的冶金结合。
2. 基体预热：根据基体材料和厚度，选择合适的预热温度（通常150～250℃），以减少冷裂纹倾向。
3. 焊条烘干：焊条使用前应按说明书要求进行烘干处理，以防止气孔产生。

焊接过程控制

1. 焊接参数控制：严格控制焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数，确保堆焊层质量。
2. 层间温度控制：严格控制层间温度，防止过热导致晶粒粗化和硬度下降。
3. 焊接顺序优化：合理安排焊接顺序，减少焊接变形和残余应力。

焊后检验

1. 硬度检测：采用洛氏硬度计检测堆焊层硬度，确保硬度达到HRC64～65的要求。
2. 金相分析：取样进行金相分析，检查堆焊层组织是否均匀致密，是否存在裂纹、气孔、夹渣等缺陷。
3. 无损检测：采用磁粉检测（MT）或渗透检测（PT）检查堆焊层表面和近表面是否存在裂纹等缺陷。
4. 尺寸检测：检测堆焊层厚度和机齿尺寸，确保符合设计要求。

学习心得与行业展望

这篇文献的发表，体现了我国耐磨堆焊焊条研制的一个重要方向——针对特定工况开发专用焊条。对辊破碎机机齿的工况特殊，通用的耐磨焊条难以满足要求，需要专门研制适合该工况的焊条。这种"一工况一焊条"的开发思路，虽然开发成本较高，但可以最大限度地发挥堆焊强化的效果。

从材料设计的角度来看，堆焊层组织为"马氏体＋碳化物＋残余奥氏体"的设计思路具有重要的指导意义。马氏体提供硬度，碳化物提供耐磨性，残余奥氏体提供韧性，三者协同作用实现了硬度与韧性的良好匹配。这种组织设计思路在其他耐磨堆焊材料的设计中同样适用。

从工程应用的角度来看，堆焊强化技术在对辊破碎机机齿上的应用效果非常显著，使用寿命提高了7倍以上。这一成果说明，通过合理的材料选择和工艺优化，堆焊强化可以大幅提高易损件的使用寿命，从而降低设备的维护成本和停机时间。

在当前的工程实践中，耐磨堆焊技术已经发展得更加成熟，焊条品种也更加丰富。但应鹏展同志的这篇文献所体现的材料设计思路、工艺优化方法和质量控制理念，仍然是耐磨堆焊技术的基础。对于从事钢管、管件、阀门等耐磨表面强化技术的技术人员而言，深入理解耐磨堆焊焊条的设计原理和工艺要点，是提升产品性能和寿命的关键。

这篇文献不仅为对辊破碎机机齿的耐磨堆焊提供了具体的技术方案，更为耐磨堆焊焊条的研制提供了系统的方法论指导。从材料设计到工艺优化，从实验室验证到工业试验，从质量控制到经济分析，文献涵盖了耐磨堆焊焊条研制的各个环节，具有很高的参考价值。对于正在从事耐磨堆焊技术研究的技术人员而言，这篇文献是一份值得深入学习的参考资料。