四辊破碎机辊皮堆焊修复工艺——文献学习体会

一、文献概况与设备背景

本文由甘志喜发表于《焊接》1997年第4期，介绍了湘潭钢铁公司华光设备修复中心对四辊破碎机辊皮进行堆焊修复和强化的工艺实践。四辊破碎机是冶金企业焦炭破碎的主要设备，辊皮作为其核心易损件，正常使用寿命仅为3-4个月，辊皮材质为30CrMo铸钢件。该厂每年消耗辊皮约50个，通过堆焊修复技术显著降低了生产成本。

四辊破碎机的工作原理是通过两组辊子的相对旋转和辊间间隙调节，将焦炭破碎至指定粒度。辊皮在工作过程中承受剧烈的冲击载荷、磨粒磨损和高温氧化腐蚀的联合作用，属于典型的复合失效工况。

二、堆焊修复工艺全流程分析

2.1 焊前准备工序

文献详细描述了辊皮堆焊修复的焊前准备流程，这一流程对于确保堆焊质量至关重要：

2.2 预热工艺的关键性

30CrMo铸钢件属于中碳合金钢，具有较高的淬硬倾向和冷裂纹敏感性。文献中采用的预热工艺（50℃/h升温至250℃，保温2h）体现了对材料特性的深刻理解：

• 升温速率50℃/h：这是一个相对缓慢的升温速率，目的是避免铸钢件因温度梯度过大而产生热应力开裂。对于大型铸钢件，升温速率过快会导致内外温差过大，产生有害的热应力。
• 预热温度250℃：这一温度处于30CrMo钢的适宜预热温度范围内（通常200-350℃），可以有效降低热影响区的冷却速度，减少淬硬组织形成，降低冷裂纹倾向。
• 保温2小时：确保大型铸钢件内外温度均匀，消除温度梯度。

2.3 堆焊材料选择与工艺参数

对于四辊破碎机辊皮这类承受冲击磨损的工况，堆焊材料的选择应综合考虑硬度、韧性、耐磨性和抗冲击性。常用堆焊材料包括：

三、辊皮失效分析与堆焊强化策略

3.1 辊皮失效模式

四辊破碎机辊皮的失效模式主要包括：

1. 磨粒磨损：焦炭颗粒对辊皮表面的切削和犁沟作用，是最主要的失效形式。
2. 冲击磨损：大块焦炭对辊皮的冲击载荷，导致表面塑性变形和微裂纹。
3. 氧化腐蚀：高温焦炭环境下的氧化作用，加速材料损耗。
4. 疲劳剥落：交变载荷作用下的表面疲劳，导致材料逐层剥落。

3.2 堆焊强化策略

针对不同失效模式，堆焊强化策略应包括：

• 表面硬化：通过堆焊高硬度合金层，提高表面抗磨粒磨损能力。
• 韧性储备：堆焊层与基体之间设计合理的硬度梯度，避免脆性断裂。
• 抗冲击设计：采用多层堆焊，表层高硬度、底层高韧性。
• 抗腐蚀设计：堆焊材料中添加Cr、Mo等合金元素，提高抗氧化腐蚀能力。

3.3 堆焊后处理

辊皮堆焊修复后的后处理工序同样关键：

1. 去应力退火：消除堆焊残余应力，防止使用中产生延迟裂纹。
2. 机加工：将堆焊层加工至设计尺寸和粗糙度要求。
3. 硬度检测：验证堆焊层硬度是否满足设计要求。
4. 无损检测：必要时进行磁粉检测（MT）或超声检测（UT），检查堆焊层内部缺陷。

四、经济效益分析

文献提到该厂每年消耗辊皮约50个，通过堆焊修复技术显著降低了生产成本。从经济效益角度分析：

堆焊修复技术在设备维护领域的应用，体现了"修复优先于更换"的绿色制造理念，对于降低企业运营成本、减少资源消耗具有重要意义。

五、学习心得与工程实践启示

这篇文献虽然发表于1997年，但其描述的堆焊修复工艺思路至今仍然适用。在冶金、矿山、水泥等行业，辊类零件的堆焊修复仍然是设备维护的重要手段。

从技术角度，我特别关注文献中预热工艺的细节描述。30CrMo铸钢件因其较高的碳当量（约0.45-0.55%），冷裂纹敏感性较强，预热和层间温度控制是防止冷裂纹的关键措施。在实际工程中，我曾遇到过因预热不足导致辊皮堆焊层出现冷裂纹的案例，事后分析发现预热温度仅达到150℃，远低于推荐的250℃，且升温速率过快。

此外，文献中提到的"车除龟裂和疲劳层"这一工序体现了对失效分析的高度重视。辊皮表面的龟裂和疲劳层是材料损伤的表征，如果不彻底去除，堆焊层将在这些缺陷处产生应力集中，导致堆焊层早期失效。这一细节提醒我们：焊前准备的质量直接决定堆焊修复的最终效果。

这篇文献的学习启示我们：设备修复工艺的设计必须建立在对失效机理深入理解的基础上，只有准确识别失效模式，才能选择合适的修复材料和工艺参数，实现真正的修复效果。