堆焊技術(shù)在冶金機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用

鄭許浩翔

（江西瑞林裝備有限公司，江西 南昌 330000）

面對(duì)著越來(lái)越大的金屬原料市場(chǎng)需求，金屬礦產(chǎn)資源的開(kāi)采力度逐漸增大，相應(yīng)的冶煉企業(yè)數(shù)量也隨之增加。與其他行業(yè)相比，冶金行業(yè)的主要生產(chǎn)成本在于冶金設(shè)備的采購(gòu)與維修。一般情況下，各個(gè)冶金設(shè)備之間都是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)故障或無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致最終產(chǎn)出金屬的質(zhì)量。但又由于冶金設(shè)備的采購(gòu)成本相對(duì)較高，維修成為了設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)的首選。如何切實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備故障的徹底修復(fù)也成為了相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

基于此，本文提出堆焊技術(shù)在冶金機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用研究，根據(jù)不同故障的屬性和特征，使用不同的堆焊技術(shù)對(duì)其進(jìn)行個(gè)性化維修，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了所提方法的維修效果。通過(guò)本文的研究，以期在有效控制冶金企業(yè)設(shè)備成本的同時(shí)，最大限度延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，實(shí)現(xiàn)設(shè)備價(jià)值最大化[1]。

1 堆焊技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

堆焊技術(shù)本質(zhì)上是在一定的環(huán)境條件的支持下將具有使用性能的合金材料熔覆在目標(biāo)材料的表面，使目標(biāo)材料恢復(fù)原有的原有形狀尺寸和使用性能的工藝。其不需要對(duì)目標(biāo)材料進(jìn)行特殊處理，僅通過(guò)準(zhǔn)確的熔覆材料選擇就可以實(shí)現(xiàn)修復(fù)目的，因此需要的成本相對(duì)較低，可以大大減少由于機(jī)械設(shè)備故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。除此之外，堆焊在修復(fù)因長(zhǎng)期服役而出現(xiàn)的失效問(wèn)題方面也有明顯優(yōu)勢(shì)，一般情況下，該類問(wèn)題主要是由于磨損引起的，堆焊可以以最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損材料的補(bǔ)充，恢復(fù)其原始形態(tài)；其次堆焊技術(shù)在強(qiáng)化材料屬性方面也有巨大的應(yīng)用潛力，通過(guò)使用高強(qiáng)度、高韌性的熔覆材料對(duì)材料表面進(jìn)行加固，提高目標(biāo)材料的弱化屬性。

圖1 等離子熔覆堆焊技術(shù)

由此可以看出，堆焊技術(shù)可以通過(guò)合理地使用修復(fù)材料實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)、低成本條件下的修舊設(shè)備修復(fù)，在節(jié)約資源，擴(kuò)大能源利用價(jià)值，保護(hù)環(huán)境方面都有重要價(jià)值。對(duì)于冶金行業(yè)而言，設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境通常具有溫度高、壓力大、荷載強(qiáng)、腐蝕作用明顯的特點(diǎn)，設(shè)備失效問(wèn)題出現(xiàn)的頻率更高，堆焊技術(shù)恰好可以通過(guò)將堆焊層與設(shè)備材料進(jìn)行黏合，將適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境需求、服役性能強(qiáng)的材料覆蓋在設(shè)備表面，提高其耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射性能。因此，加工堆焊技術(shù)應(yīng)用在冶金機(jī)械設(shè)備維修中是具有巨大開(kāi)發(fā)空間的[2-4]。

2 堆焊技術(shù)在設(shè)備維修中的應(yīng)用

2.1 連鑄輯修復(fù)

冶金設(shè)備中的連鑄是確保設(shè)備運(yùn)行的主要部件，但由于其工作環(huán)境的溫度較高，可達(dá)到500℃-600℃，因此對(duì)設(shè)備表面材質(zhì)的耐熱性要求較高，在長(zhǎng)期的高溫作用下，連鑄出現(xiàn)裂紋和彎曲的可能性相對(duì)較高。傳統(tǒng)的埋弧焊維修方式雖然可以使連鑄恢復(fù)基本使用屬性，但其有效期相對(duì)較短，其修復(fù)位置的耐熱性遠(yuǎn)不如原始狀態(tài)，出現(xiàn)故障的頻率更高，在延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命方面的實(shí)際作用并不明顯。這主要是由于其焊接技術(shù)決定了選擇的焊接材料以碳為主，與設(shè)備融合性存在一定局限性，在高溫的影響下，磨損和龜裂的情況更容易出現(xiàn)。對(duì)此，采用堆焊技術(shù)可以擴(kuò)大熔覆材料的選擇范圍，根據(jù)連鑄的屬性，將具有更高抗熱性能的合金材料作為修復(fù)材料，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的HOCr13Ni4MoN/焊劑SJ315就可以滿足大多數(shù)連鑄的使用需求。在具體的實(shí)施過(guò)程中，在出現(xiàn)實(shí)效失效情況的工件中填充添加了合金元素的熔覆材料，在合金組織固化之前，理清材料與之的關(guān)系，確保堆焊材料在過(guò)渡層和硬面層具有層級(jí)遞減關(guān)系，過(guò)渡層以BGJ-31+KF81為基本標(biāo)準(zhǔn)、硬面層以BGJ-12+KF81為基本標(biāo)準(zhǔn)，利用焊接技術(shù)將夾送輥的表層與裂縫處進(jìn)行焊化處理，改進(jìn)斷口處的原始分子結(jié)構(gòu)，建立新的連接關(guān)系，測(cè)試夾送鯤的硬度達(dá)到(50+2)HRC時(shí)，即可對(duì)堆焊層的強(qiáng)耐熱性和耐磨性進(jìn)行壓制處理，是外觀形態(tài)與原始狀態(tài)保持一致。

2.2 齒輪修復(fù)

齒輪故障也是冶金機(jī)械設(shè)備中常見(jiàn)的故障之一，作為一種應(yīng)用較為廣泛的零件，齒輪修復(fù)效果也是冶金效率的重要因素之一。作為一種外硬內(nèi)韌的材料，原料中低碳合金鋼為主要成分，因此在對(duì)其進(jìn)行修復(fù)時(shí)工藝相對(duì)復(fù)雜，滲碳和淬火工序決定了其斷裂口具有明顯的顆粒屬性，這樣決定了其修復(fù)難度更大。在使用堆焊技術(shù)對(duì)其進(jìn)行維修時(shí)，可以將齒輪的淬硬傾向作為熔覆材料的選擇依據(jù)，結(jié)合齒輪運(yùn)行環(huán)境的輸入熱量值，對(duì)齒輪組織進(jìn)行重造。先利用遠(yuǎn)紅外輻射電熱器對(duì)斷齒進(jìn)行加入處理，溫度達(dá)到熔化溫度后，用石棉布保溫，在此狀態(tài)實(shí)施激光堆焊，利用E306-1作為打底焊材料，利用E8515-G作為堆焊材料，利用E308-16作為緩沖帶材料，完成對(duì)齒輪的修復(fù)。

3 實(shí)際測(cè)試應(yīng)用

為了測(cè)試堆焊技術(shù)在設(shè)備維修中的應(yīng)用效果，進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。

3.1 測(cè)試環(huán)境

本文以某鋼鐵集團(tuán)為測(cè)試對(duì)象，故障位置為四級(jí)破碎機(jī)的兩個(gè)工作輥出現(xiàn)斷裂，該工作輥的使用時(shí)間僅為1年，磨損程度極小，直接報(bào)廢處理對(duì)于企業(yè)會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)工作輥的充分利用，為此，需要對(duì)其進(jìn)行維修處理。根據(jù)上文提出的維修方法，利用激光堆焊技術(shù)的方式對(duì)其進(jìn)行修復(fù)

3.2 維修過(guò)程

考慮到維修后的工作輥表面需要具有比較高的光滑度才能適應(yīng)工作需求，同時(shí)其在運(yùn)行階段承載的壓力隨冶金屬性而存在較大變化，因此要求其具有較強(qiáng)的抗壓能力，本文使用5kW橫流COz激光器作為堆焊施工設(shè)備，使用具有更高韌性的Ni60+40 %WC復(fù)合材料作為堆焊材料，在實(shí)施焊接前，在550℃-650℃的環(huán)境中對(duì)堆焊材料進(jìn)行加熱處理，時(shí)間為1.5h。以此為基礎(chǔ)，使用激光器在以斷裂的工作輥裂口為中心，前后2mm范圍內(nèi)熔敷層3.00mm厚度的堆焊材料，并實(shí)施輥壓處理，直至其突出部分不超過(guò)1.00mm。

3.3 修復(fù)結(jié)果

在完成修復(fù)工作后，首先使用硬度檢測(cè)儀直接檢測(cè)了工作輥堆焊修復(fù)層表面的硬度，結(jié)果為63.5HRC，可以滿足實(shí)際使用需求。

其次，測(cè)試了在不同壓力條件下斷裂處的形變情況，其結(jié)果如表1所示。

表1 壓力作用下修復(fù)位置形變情況

從表1中可以看出，經(jīng)過(guò)激光修復(fù)的斷裂工作輥在12MPa的壓力作用下，形變量仍處于0.01μm范圍內(nèi)，并未出現(xiàn)裂痕趨勢(shì)，表明其可以滿足實(shí)際的使用需求，具有良好的修復(fù)效果。

最后，測(cè)試了在不同溫度環(huán)境下斷裂處的形變情況，其結(jié)果如表2所示。

表2 高溫作用下修復(fù)位置形變情況

從表2中可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到600℃時(shí)，修復(fù)的工作輥形變?nèi)苑€(wěn)定在0.005以內(nèi)，并未出現(xiàn)熔斷現(xiàn)象，表明本文提出的設(shè)備維修方法具有良好的維修效果[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

冶金機(jī)械設(shè)備的成本相對(duì)較高，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，要首先考慮進(jìn)行維修，以此盡量降低冶金企業(yè)的生產(chǎn)成本。穩(wěn)固的維修效果是關(guān)系到其后續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，本文提出堆焊技術(shù)在冶金機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用，提出了在不同故障類型中，堆焊技術(shù)的應(yīng)用方式，并驗(yàn)證了其修復(fù)效果。通過(guò)本文的研究，以期為冶金機(jī)械設(shè)備的維修工作帶來(lái)新的思路。