ZGM95G磨煤机磨辊及磨盘衬瓦堆焊修复的学习体会

文献概况与工程背景

宫俊峰发表于2009年《焊接技术》期刊的这篇论文，以北京京能热电股份有限公司的实际生产为背景，系统介绍了ZGM95G型中速磨煤机磨辊及磨盘衬瓦的磨损机理、堆焊修复工艺及施工控制要点。论文采用高铬铸铁型自保护药芯焊丝进行大型工件堆焊修复，取得了显著的经济效益。

ZGM95G型磨煤机是600MW及以上大型燃煤发电机组的标配设备，其磨辊和磨盘衬瓦是核心耐磨部件，直接承受煤粉与金属之间的冲击、摩擦和研磨作用。在正常运行条件下，磨辊衬瓦和磨盘衬瓦的使用寿命一般为1～2年，磨损后需进行堆焊修复或更换新件。考虑到大型磨煤机备件价格昂贵（单台磨辊价值可达数十万元），堆焊修复技术的经济价值十分突出。

磨损机理分析

磨煤机工况特点

ZGM95G磨煤机的工作原理是：原煤经给煤机送入磨辊与磨盘之间，在磨辊的碾压和磨盘的研磨作用下被粉碎为合格煤粉。磨辊和磨盘衬瓦的磨损是一个复杂的多因素耦合过程：

磨损形态特征

磨辊衬瓦的磨损主要表现为：

• 工作面出现均匀减薄，减薄量与运行时间近似线性关系；
• 局部出现沟槽状磨损（与煤流方向一致）；
• 边缘区域磨损加剧（应力集中效应）；
• 表面出现微裂纹和剥落（接触疲劳）。

磨盘衬瓦的磨损则表现为：

• 环形沟槽磨损（与磨辊运动轨迹一致）；
• 中心区域磨损相对较轻（煤流汇集区）；
• 外缘区域磨损最严重（磨辊碾压区）。

堆焊修复工艺

焊接材料选择

论文选用高铬铸铁型自保护药芯焊丝进行堆焊修复。高铬铸铁（如Cr15、Cr20系列）是经典的耐磨材料，其耐磨性来源于大量Cr₇C₃型共晶碳化物的弥散强化作用。

自保护药芯焊丝的优势在于：无需外部保护气体（适合大型工件现场作业）、熔敷效率高、工艺适应性强。

焊接工艺参数

磨辊及磨盘衬瓦为大型铸钢件，堆焊修复需特别注意热输入控制和残余应力管理：

施工控制要点

大型工件堆焊修复的施工控制是确保修复质量的关键：

1. 焊前准备：彻底清除磨损表面及周围区域的氧化皮、铁锈、油污和松散物；对磨损区域进行坡口加工（V型或U型坡口），坡口角度60°～90°，深度2～5mm；
2. 预热控制：大型铸钢件预热不均匀会导致热应力集中，应采用火焰预热或电加热板，确保预热温度均匀；
3. 焊接顺序：采用对称焊接、分段退焊等顺序，减少焊接变形和残余应力；
4. 层间清理：每层焊完后彻底清理焊道表面，确保层间结合质量；
5. 焊后处理：堆焊完成后进行缓冷（包裹保温材料），必要时进行去应力退火（550～650℃保温2h）。

经济效益分析

堆焊修复相比更换新件的经济效益十分显著：

从PDCA循环角度分析，堆焊修复技术的持续改进方向包括：

• Plan：基于磨损数据优化堆焊层数和厚度；
• Do：严格执行焊接工艺规程，确保修复质量；
• Check：建立修复后运行跟踪制度，评估实际使用寿命；
• Act：根据跟踪数据调整工艺参数，形成闭环优化。

学习心得与启示

这篇文献的最大价值在于其工程实践导向——从实际生产需求出发，系统解决了磨煤机关键部件的修复难题。对于从事电力行业焊接技术的同行而言，有几个要点值得特别关注：

第一，大型铸钢件堆焊修复的核心挑战是残余应力控制。磨辊和磨盘衬瓦本身存在铸造残余应力，焊接热循环会进一步引入焊接残余应力，两者叠加可能导致修复后早期失效。因此，焊前去应力处理和焊后缓冷是不可省略的步骤。

第二，自保护药芯焊丝在大型工件修复中具有独特的工艺优势。相比手工电弧焊（SMAW），自保护药芯焊丝的熔敷效率高、电弧稳定、飞溅少，特别适合大面积连续堆焊。相比埋弧焊（SAW），自保护焊丝无需专用设备和送丝机构，现场适应性强。

第三，堆焊修复的经济效益评估应综合考虑直接成本（材料、工时）和间接成本（停机损失、备件库存）。对于大型发电机组而言，减少非计划停机带来的发电损失往往远超修复本身的成本。

这篇文献体现了焊接技术在设备再制造领域的巨大价值。在"双碳"目标和设备寿命延长的大背景下，堆焊修复技术将成为工业设备维护的重要技术手段。对于技术人员而言，深入理解磨损机理、合理选择焊接材料、严格控制施工工艺，是实现高质量修复的三大支柱。