对辊破碎机耐磨堆焊焊条的研制——文献学习体会

文献概况与技术背景

本文作者应鹏展来自中国矿业大学，刊载于1997年第5期《机械设计与制造》（ISSN 1001-3997，CN 21-1140/TH），页码39-40。研究针对对辊破碎机机齿的耐磨修复需求，通过反复调整焊条药皮组成，研制出一种专用耐磨堆焊焊条。对辊破碎机广泛应用于矿山、煤炭、水泥等行业的物料破碎工序，其机齿（辊齿）在长期运行中承受强烈的冲击磨损和挤压磨损，是典型的易损件。传统的更换式修复方式成本高、停机时间长，因此开发高性能堆焊焊条实现表面强化修复具有重要的经济意义。

核心技术要点解读

焊条合金系的选择与优化

文献的核心贡献在于通过系统试验找到了适合对辊破碎机机齿堆焊的合金系。作者采用"反复调整焊条药皮组成"的试验方法，这实际上是一种基于经验与正交试验相结合的材料设计方法。焊条药皮的组成直接影响堆焊层的化学成分、凝固组织和最终性能，其设计需要考虑以下关键因素：

• 合金元素的过渡系数：不同合金元素在电弧熔池中的氧化烧损程度不同，需要精确计算药皮中合金元素的加入量。
• 脱氧与造渣：药皮中的脱氧剂（如Mn、Si、Al）和造渣剂（如CaF₂、CaCO₃）的配比直接影响堆焊层的纯净度和凝固行为。
• 结晶器作用：药皮的厚度和组成影响熔池的冷却速率，进而影响堆焊层的晶粒尺寸和相组成。

堆焊层组织与性能

文献通过金相显微分析和X射线物相分析，揭示了新研制焊条的堆焊层组织特征：

这种"马氏体+碳化物+残余奥氏体"的三相组织是典型的耐磨堆焊层组织，具有良好的硬度-韧性匹配。堆焊层硬度达到HRC 64~65，属于高硬度范畴，能够有效抵抗磨粒磨损。

耐磨性与寿命提升

文献给出的耐磨性能数据具有重要工程参考价值：

• 耐磨性能为35CrMoTi钢的8.6倍；
• 比未堆焊的破碎机使用寿命提高7.8倍。

这一数据表明堆焊修复的经济效益非常显著。在实际工程中，35CrMoTi钢是对辊破碎机辊齿的常用基体材料，其耐磨性有限，频繁更换辊齿导致停机损失巨大。采用堆焊修复后，使用寿命提升近8倍，意味着维护周期大幅延长，综合成本显著降低。

与工程实践的结合

堆焊工艺控制要点

在对辊破碎机机齿的堆焊修复中，工艺控制需要关注以下环节：

1. 焊前预热：35CrMoTi钢的淬硬倾向较强，堆焊前需要预热至200~300℃，以减少热应力和冷裂纹敏感性。
2. 层间温度控制：多层堆焊时，层间温度应控制在150~250℃，避免温度过高导致晶粒粗化。
3. 焊接顺序：建议采用分段退焊或跳焊方式，减少焊接变形和残余应力。
4. 焊后处理：堆焊完成后应进行去应力退火（550~650℃，保温2~4小时），以消除残余应力，防止延迟裂纹。

质量控制与检测

关键疑问与思考

残余奥氏体的含量控制

文献提到堆焊层组织中含有残余奥氏体，但未给出具体的残余奥氏体含量。残余奥氏体的含量对堆焊层的综合性能影响显著：含量过低则韧性不足，含量过高则硬度下降。建议在实际生产中通过XRD定量分析残余奥氏体含量，并建立残余奥氏体含量与硬度、韧性之间的定量关系，为工艺优化提供数据支撑。

焊条的工业化生产一致性

文献属于实验室研究阶段，从实验室配方到工业化生产，焊条药皮的混合均匀性、涂覆一致性、烘干制度等都会影响产品性能。建议建立严格的过程控制体系，包括药皮原料的批次检验、混合工艺的标准化、涂覆厚度的在线监控等，确保工业化生产的焊条性能稳定可靠。

学习心得与启示

本文虽然篇幅不长，但体现了"问题导向-材料设计-性能验证"的完整研发链条。我的核心收获是：焊条药皮的组成设计是耐磨堆焊技术的关键，合金元素的配比直接决定了堆焊层的组织和性能。"马氏体+碳化物+残余奥氏体"的三相组织是耐磨堆焊层的理想组织，其中马氏体提供基体硬度，碳化物提供耐磨性，残余奥氏体提供韧性缓冲。8.6倍的耐磨性能提升和7.8倍的使用寿命延长，充分证明了堆焊修复技术的经济价值。对于从事矿山机械维护的技术人员，本文提供的焊条配方思路和工艺参数具有重要的参考价值，建议在具体应用中结合现场工况进行适应性调整和优化。