卓金管件有限公司ZGM95G磨煤机磨辊及磨盘衬瓦堆焊修复的学习体会
设备工况与磨损机理分析
本文发表于2009年《焊接技术》杂志，作者宫俊峰来自北京京能热电股份有限公司，具有丰富的一线电厂设备维护经验。ZGM95G型中速磨煤机是燃煤电厂制粉系统中的关键设备，其磨辊和磨盘衬瓦直接承受煤粉的研磨作用，是典型的易损部件。
磨煤机工况特点
| 工况参数 | 典型值 | 对磨损的影响 |
|---|---|---|
| 磨辊转速 | 20-30r/min | 低速重载 |
| 磨盘转速 | 25-35r/min | 低速重载 |
| 磨辊直径 | 800-1200mm | 大接触面积 |
| 磨盘直径 | 1200-1800mm | 大接触面积 |
| 研磨压力 | 20-40kN/磨辊 | 高接触应力 |
| 煤粉粒度 | 0-100μm | 细颗粒磨料磨损 |
| 煤中灰分 | 10%-30% | 硬质磨粒来源 |
| 运行温度 | 80-150°C | 中低温 |
| 年运行小时 | 6000-8000h | 长周期运行 |
磨损机理
磨辊和磨盘衬瓦的磨损属于典型的磨料磨损（Abrasive Wear），其机理可归纳为：
- 微切削作用：煤中硬质矿物颗粒（如石英、刚玉等）在磨辊/磨盘表面产生微切削，形成沟槽。
- 微犁沟作用：硬质颗粒嵌入较软表面，在相对滑动中犁出沟槽。
- 粘着磨损：磨辊与磨盘之间的金属接触面发生粘着和撕裂。
- 疲劳磨损：循环接触应力导致表面亚表面裂纹萌生和扩展，最终形成剥落。
堆焊修复方案设计
材料选择：高铬铸铁型自保护药芯焊丝
文献选择高铬铸铁型自保护药芯焊丝作为堆焊材料，其选择依据如下：
| 选择因素 | 分析 |
|---|---|
| 硬度匹配 | 高铬铸铁硬度HRC50-60，与磨辊/磨盘原始硬度匹配 |
| 耐磨性 | 共晶型高铬铸铁具有优异的耐磨性 |
| 焊接性 | 自保护药芯焊丝无需外加气体，现场施工方便 |
| 成本 | 焊丝成本适中，经济效益好 |
| 工艺性 | 熔敷效率高，施工速度快 |
高铬铸铁型堆焊层的典型成分为：C 2.5%-3.5%，Cr 10%-14%，Mn 1.0%-2.0%，Mo 0.5%-1.5%，余量Fe。其组织为基体（马氏体+奥氏体）+共晶碳化物（Cr7C3、Cr23C6），碳化物呈鱼骨状或网状分布，硬度极高（HV1500以上），是耐磨性的主要来源。
焊接工艺方案
| 工艺参数 | 设定值 | 控制要点 |
|---|---|---|
| 焊接方法 | 自保护药芯焊丝电弧焊 | 无需气源，适合现场 |
| 焊丝直径 | Φ1.2mm或Φ1.6mm | 根据工件厚度选择 |
| 焊接电流 | 180-260A | 保证熔深和熔敷率 |
| 焊接电压 | 22-28V | 稳定电弧 |
| 焊接速度 | 150-300mm/min | 手工焊速度 |
| 预热温度 | 200-300°C | 降低淬硬倾向 |
| 层间温度 | ≤300°C | 防止晶粒粗化 |
| 堆焊层数 | 2-3层 | 保证厚度 |
| 堆焊层厚度 | 5-10mm | 满足使用寿命要求 |
施工控制要点
- 焊前准备：
- 彻底清理磨辊/磨盘衬瓦表面，去除旧涂层、油污和锈蚀。
- 对于磨损严重的区域，需进行机械加工，加工出适当的坡口。
- 预热至200-300°C，可采用火焰加热或电加热方式。
- 焊接过程：
- 采用多层多道焊，第一层采用小电流，保证熔合质量。
- 后续层可适当增大电流，提高熔敷效率。
- 控制层间温度不超过300°C，必要时进行中间冷却。
- 焊道排列应合理，避免应力集中。
- 焊后处理：
- 缓冷处理，防止冷裂纹。
- 打磨堆焊层表面，保证平整度。
- 进行磁粉检测（MT）和渗透检测（PT），确保无裂纹、气孔等缺陷。
- 进行硬度测试，确认堆焊层硬度达到要求。
使用寿命与经济效益分析
使用寿命对比
| 部件 | 原设计寿命 | 堆焊修复后寿命 | 寿命提升 |
|---|---|---|---|
| 磨辊 | 6-8个月 | 12-18个月 | 50%-100% |
| 磨盘衬瓦 | 6-10个月 | 12-20个月 | 50%-100% |
使用寿命的提升主要来源于：
- 堆焊层的高硬度（HRC55-60）有效抵抗磨料磨损。
- 高铬铸铁中的共晶碳化物提供优异的耐磨性。
- 堆焊层的厚度（5-10mm）提供了充足的磨耗余量。
经济效益
| 项目 | 更换新件 | 堆焊修复 | 节约比例 |
|---|---|---|---|
| 单件成本 | 5-10万元 | 0.5-1.5万元 | 75%-90% |
| 停机时间 | 3-5天 | 0.5-1天 | 70%-80% |
| 年维护成本 | 高 | 低 | 显著降低 |
对于大型燃煤电厂而言，一台磨煤机通常配置3-4个磨辊和1个磨盘，堆焊修复可显著降低年维护成本，提高设备可用率。
质量控制与缺陷预防
常见缺陷及对策
| 缺陷类型 | 产生原因 | 预防措施 |
|---|---|---|
| 裂纹 | 淬硬组织、氢致裂纹 | 预热、缓冷、低氢焊材 |
| 气孔 | 表面污染、保护不良 | 彻底清理、控制环境 |
| 未熔合 | 电流不足、坡口不当 | 增大电流、加工坡口 |
| 剥落 | 结合力不足 | 多层堆焊、控制熔深 |
| 硬度不均 | 成分偏析 | 多层多道焊、均匀焊道 |
检验方法
- 目视检测（VT）：检查堆焊层表面质量，有无明显缺陷。
- 磁粉检测（MT）：检测表面和近表面裂纹，按JB/T 6064标准执行。
- 渗透检测（PT）：检测表面开口缺陷，补充MT的不足。
- 硬度测试：沿堆焊层厚度方向测试硬度梯度，确保硬度均匀。