卓金管件有限公司锤式破碎机锤头堆焊碳化钨的学习体会
文献概况
本文发表于《焊接技术》2009年第38卷第11期，作者来自广西工学院机械系和柳州有色冶炼股份有限公司。文章报道了柳州有色冶炼股份有限公司通过QC小组活动，采用堆焊碳化钨技术提高锤式破碎机锤头使用寿命的工程实践。该公司使用锤式破碎机粉碎铅锌矿4×10⁴ t/a，锤头材质为45钢，平均使用寿命仅为25天。
工程问题分析
磨损工况分析
锤式破碎机锤头的磨损工况具有以下特点：
| 参数 | 数值/描述 |
|---|---|
| 处理物料 | 铅锌矿 |
| 处理量 | 4×10⁴ t/a（约4.56 t/h） |
| 锤头材质 | 45钢 |
| 原始寿命 | 25天 |
| 磨损类型 | 磨粒磨损+冲击磨损 |
| 冲击能量 | 高（锤式破碎特征） |
| 物料硬度 | 中等（铅锌矿石） |
45钢作为锤头基体材料，其硬度仅为HB 200-250，在铅锌矿的冲击和磨粒磨损作用下，表面迅速磨损失效。25天的使用寿命意味着每年需要更换约14-15次，不仅材料浪费严重，而且频繁停机更换影响生产效率。
QC小组活动方法
文中提到公司成立QC小组寻找提高锤头使用寿命的措施，这体现了PDCA循环的质量管理方法：
- P（Plan）：分析锤头磨损原因，确定改进目标。
- D（Do）：实施堆焊碳化钨技术。
- C（Check）：验证堆焊后锤头寿命。
- A（Act）：标准化并推广。
碳化钨堆焊技术原理
碳化钨（WC）是一种超硬材料，硬度可达HV 1500-2500，远高于45钢基体。将WC颗粒堆焊在锤头表面，可以显著提高耐磨性。但WC堆焊面临以下技术挑战：
冶金相容性问题
| 问题 | 原因 | 影响 | 对策 |
|---|---|---|---|
| 热裂纹 | WC熔点高（2870℃），焊接时难以熔化 | 焊缝开裂 | 采用粘结型WC颗粒 |
| 脆性大 | WC为脆性材料 | 剥落风险 | 控制WC含量、添加韧性基体 |
| 稀释 | 基体金属稀释WC | 硬度下降 | 多层堆焊、高WC含量焊材 |
| 结合强度 | WC与铁基体冶金结合差 | 界面失效 | 采用过渡层或特殊焊材 |
堆焊工艺选择
对于锤头WC堆焊，常见的工艺方案包括：
- 堆焊焊条法：使用含WC颗粒的堆焊焊条（如EDWCr-15），手工电弧焊堆焊。
- 埋弧堆焊法：使用含WC的埋弧焊丝和焊剂，适合大面积堆焊。
- 等离子堆焊法：精确控制熔池，WC颗粒嵌入效果好。
- 热喷涂法：HVOF或超音速火焰喷涂WC-Co涂层。
从文中"堆焊碳化钨"的表述来看，可能采用的是含WC颗粒的堆焊焊条或埋弧堆焊工艺。
寿命提升效果分析
虽然文中未给出详细的寿命提升数据，但根据同类工程经验，WC堆焊锤头的寿命提升效果通常为：
| 堆焊方案 | 预期寿命提升倍数 | 适用工况 |
|---|---|---|
| 单层WC堆焊 | 3-5倍 | 中等冲击 |
| 多层WC堆焊 | 5-10倍 | 高冲击 |
| WC-Co堆焊 | 5-8倍 | 冲击+磨粒 |
| 过渡层+WC堆焊 | 8-15倍 | 重载冲击 |
对于45钢锤头堆焊WC后，预计寿命可从25天提升至100-200天，经济效益显著。
经济性分析
| 项目 | 原始方案 | WC堆焊方案 |
|---|---|---|
| 锤头寿命 | 25天 | 150天（估算） |
| 年更换次数 | 14.6次 | 2.4次 |
| 年材料消耗 | 高 | 低 |
| 停机时间 | 频繁 | 大幅减少 |
| 综合成本 | 高 | 低 |
工程实施要点
在实际堆焊实施中，应注意以下关键要点：
- 基体预处理：锤头表面应清除锈蚀、氧化皮和油污，必要时进行磨削加工，确保堆焊层与基体良好结合。
- 预热：45钢预热温度150-200℃，降低冷却速度，减少冷裂纹风险。
- 堆焊层设计：建议采用过渡层+WC堆焊层的结构，过渡层采用低合金钢焊材，WC层采用高WC含量焊材。
- 堆焊厚度：WC层厚度3-5 mm，过渡层厚度2-3 mm，总堆焊厚度5-8 mm。
- 焊后处理：堆焊后空冷，避免急冷导致开裂。
- 质量检验：堆焊层应进行硬度检测（HV≥1200）和结合强度检测。
FMEA分析
对锤头WC堆焊过程进行FMEA（失效模式与影响分析）：
| 失效模式 | 原因 | 影响 | 风险等级 | 对策 |
|---|---|---|---|---|
| 堆焊层剥落 | 结合强度不足 | 锤头失效 | 高 | 控制预热、优化焊材 |
| 堆焊层开裂 | 残余应力过大 | 锤头失效 | 高 | 控制热输入、焊后去应力 |
| 硬度不足 | WC含量低、稀释严重 | 寿命不达标 | 中 | 多层堆焊、高WC焊材 |
| 不均匀磨损 | 堆焊层不均匀 | 寿命降低 | 中 | 均匀堆焊、控制工艺 |
| 锤头变形 | 焊接变形 | 安装困难 | 低 | 对称焊接、夹具固定 |
学习心得与启示
本文是一篇典型的工程应用型论文，展示了焊接技术在解决实际问题中的价值。锤头堆焊碳化钨技术看似简单，但涉及材料选择、工艺设计、质量控制等多个环节，需要系统性的工程思维。
对于从事矿山设备维护的技术人员，本文提供了一个实用的技术参考。在设备维护中，"以焊代换"是一种重要的维修策略，通过堆焊修复磨损部件，可以显著降低备件消耗和停机时间。但堆焊修复不是简单的"焊上去就行"，需要从磨损机理分析入手，选择合适的焊材和工艺，确保修复质量。
同时，本文也体现了产学研合作的重要性。广西工学院与柳州有色冶炼公司的合作，将学术研究与工程实践相结合，实现了技术的有效转化。这种合作模式对于推动焊接技术在工业中的应用具有重要意义。
从更广泛的视角看，锤头堆焊技术只是表面工程技术的冰山一角。随着耐磨材料、焊接技术和表面强化技术的发展，未来将有更多高效的表面修复和强化技术应用于矿山设备维护，为企业创造更大的经济效益。