磨煤輥堆焊修復(fù)的新材料合金藥芯焊絲
2014-9-17 16:05:24 點(diǎn)擊：
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煤粉的制造是火力發(fā)電廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。60年代發(fā)展起來的中速碗式磨煤機(jī)以其高效節(jié)能、安全可靠等突出優(yōu)點(diǎn)正在逐漸取代傳統(tǒng)的鋼球磨煤機(jī)。目前國(guó)內(nèi)已裝機(jī)運(yùn)行和正在裝機(jī)中的中速磨煤機(jī)近300臺(tái)。主要有RP、HP、MPS、MBF等四種型號(hào)。由于國(guó)內(nèi)電廠用煤種類較多，雜質(zhì)偏高，可磨性較差，使中速磨煤機(jī)的重要工作件磨煤輥的耐磨壽命問題成為其能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。
RP型中速碗式磨煤機(jī)是美國(guó)CE公司60年代在傳統(tǒng)的淺碗式磨煤機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的專利產(chǎn)品。70年代，日本三菱公司引進(jìn)CE公司這一專利開始制造RP碗式磨煤機(jī)，銷往中國(guó)和其他國(guó)家[1]。這種磨煤機(jī)的特點(diǎn)之一是采用堆焊式磨煤輥由于這種磨煤輥可反復(fù)修復(fù)使用，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。美國(guó)和日本均很重視發(fā)展其制造及修復(fù)技術(shù)，不斷從結(jié)構(gòu)和耐磨材料兩方面來提高磨煤輥的壽命。在結(jié)構(gòu)上，主要是通過增大耐磨材料的體積，發(fā)展大尺寸磨煤輥和改進(jìn)錐型磨煤輥為輪胎型磨煤輥兩種途徑來提高壽命。在材料方面，美國(guó)早期發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)NI-HARD用在磨煤輥上壽命僅4,000小時(shí)；70年代到80年代，日本三菱公司成功發(fā)展了高鉻高碳合金鑄鐵堆焊材料，把磨煤輥壽命提高到6,000小時(shí)，80年代美國(guó)又發(fā)展了一種新型耐磨堆焊材料,名為COMBUSTALLOY，使磨煤輥壽命進(jìn)一步提高[2]。
80年代我國(guó)也從CE公司引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，在上海重型機(jī)器廠建立了RP碗式磨煤機(jī)的生產(chǎn)能力，并使用上海司太立公司的 STOODY 103S 和 STOODY 911S 生產(chǎn)了預(yù)保護(hù)堆焊復(fù)合的磨煤輥，在國(guó)內(nèi)得到推廣。隨著技術(shù)的成熟，其使用壽命也逐步達(dá)到90年代的8,000小時(shí)（當(dāng)煤中雜質(zhì)含量較少時(shí)），這就是國(guó)內(nèi)目前有代表性的成熟產(chǎn)品。無錫華奇耐磨材料有限公司現(xiàn)從美國(guó)引進(jìn)H101和H901新一代磨煤輥明弧自保護(hù)堆焊焊絲，具有優(yōu)良的工藝性和使用性能。本文將介紹這兩種焊絲的性能及使用情況。
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一、 磨煤輥磨損機(jī)理
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磨煤輥的磨損主要是煤對(duì)磨煤輥及磨盤形成的三體高應(yīng)力磨料磨損。對(duì)磨料磨損而言，磨料硬度是一個(gè)重要指標(biāo)。煤的莫氏硬度為1.0-3.75（相當(dāng)Hv50-214），與其它礦物相比是較低的，但是煤中含有的其它雜質(zhì)，如粘土、方解石、石英和黃鐵礦等，它們硬度分別為Hv900-1200和1000。實(shí)踐表明，這些雜質(zhì)對(duì)磨煤輥磨損有著重要的影響，如石英和黃鐵礦含量增加，被磨材料形成的磨溝增多并明顯變深變寬[3]。因而不同的煤種對(duì)金屬的磨損程度不同，磨煤輥的壽命也就不同。
通過電鏡分析，看到磨煤輥表面的犁溝，見圖1（略）。載荷作用下煤在金屬表面產(chǎn)生犁溝，除部分成為切屑外，大多是把金屬推向兩側(cè)而形成脊隆,在接著而來的煤粒作用下又把脊隆碾平。這種犁溝----碾平的反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)致了裂紋的形成和擴(kuò)展，最后以片狀磨屑形式斷裂脫落，見圖2（略）。無論是犁溝及脊隆的碾平和斷裂，還是溝底的塑性變形，其過程主要是屬于多次塑變的磨損機(jī)理。
貧煤中含有較多硬質(zhì)礦物雜質(zhì)，所以在在磨損表面產(chǎn)生塑性變形形成犁溝的同時(shí)，還有磨料對(duì)磨損表面的嚴(yán)重劃傷，定高度，硬質(zhì)顆粒劃過時(shí)不易出現(xiàn)明顯溝槽，受沖擊時(shí)無金屬塑變。它的磨損機(jī)理主要是碳化物質(zhì)點(diǎn)的破碎和剝落，見圖5。因而碳化物相的硬度、尺寸、分布狀態(tài)（位向）以及它和萊氏體基體的結(jié)合強(qiáng)度都對(duì)磨煤輥磨損性能產(chǎn)生直接影響。如果碳化物垂直于磨損面呈條狀分布，如圖6，則有利于耐磨性的提高。碳化物深埋于基體中，與基體有很好的結(jié)合強(qiáng)度，可以有效地抵抗磨料對(duì)基體的磨損而不易崩落。相反，如果碳化物為顆粒狀或其分布呈無序狀態(tài)，則在磨料作用下容易從基體中脫落而形成凹坑，使基體的磨損量增大，耐磨性下降，如圖7。
綜上所述，為了提高高鉻鑄鐵堆焊層的耐磨性，除了提高組織中基體硬度外，更要的是要通過適當(dāng)?shù)亩押腹に噥慝@得最佳的碳化物硬度、尺寸、和分布狀態(tài)等。
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二、 試驗(yàn)用焊絲成分及金相組織
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表1、試驗(yàn)用四種管狀焊絲化學(xué)成分
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序號(hào)
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牌號(hào)
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C
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Mn
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Si
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Cr
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Zr
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其它
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Fe
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備注
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1#
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北京Ⅰ
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6.5
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0.5
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0.4
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36.0
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/
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<1.0
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余
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某廠用埋弧焊絲
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2#
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103
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5.15
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2.5
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1.5
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27.5
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0.3
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<1.0
|
余
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某廠用埋弧焊絲
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3#
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H101
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6.0
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2.0
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0.9
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26.0
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/
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<1.0
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余
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明弧/埋弧兩用
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4#
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H901
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5.2
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4.0
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1.2
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21.0
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/
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<6.0
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余
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明弧自保護(hù)焊絲
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1#、2#及H901三種焊絲堆焊層的金相組織見圖8、圖9、圖10。所有金相照片均取自堆焊道的正剖面，即與磨損面平行的平面。
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三、 堆焊層耐磨對(duì)比試驗(yàn)
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為相對(duì)比較各焊絲堆焊層的耐磨性能，請(qǐng)上海材料研究所對(duì)表1中四種焊絲的堆焊層按垂直于堆焊層平面作磨損試驗(yàn)。
1.試驗(yàn)條件
設(shè)備：阿姆拉磨損試驗(yàn)機(jī)
材料：圓環(huán)材料：12CrNiA
方塊試樣：四種堆焊層樣品（10mm×10mm×25mm）
負(fù) 載：250牛頓
試驗(yàn)時(shí)間：30分鐘，干摩擦
2. 試驗(yàn)結(jié)果
以方塊試樣堆焊層的磨痕寬度來對(duì)比其相對(duì)耐磨性能，結(jié)果如下：
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表2 相對(duì)耐磨試驗(yàn)結(jié)果
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試樣1#
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北京I焊絲2#
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103埋弧焊絲3#
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H101明弧焊絲4#
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H901明弧焊絲
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磨痕寬度（mm）
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3.5
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4.0
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2.1
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1.6
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3.0
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3.4
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2.0
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1.8
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堆焊硬度
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耐磨試驗(yàn)結(jié)果表明，H101和H901明弧焊縫由于焊絲成分調(diào)整合理，冷卻條件優(yōu)越，所以比埋弧焊縫有更好的耐磨性能，其中尤其是H901堆焊層的耐磨性明顯高于其它堆焊層。
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四、 明弧堆焊和埋弧堆焊綜合對(duì)比
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明弧自保護(hù)堆焊
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埋弧自動(dòng)焊
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材料消耗及成本
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所用材料
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管狀（藥芯）焊絲
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管狀（藥芯）焊絲
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焊絲價(jià)格（元/公斤）
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4～6
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4～6
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熔劑消耗（元/公斤焊絲）
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0
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0.804
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堆焊成本
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下降14～20％
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較高
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勞動(dòng)生產(chǎn)率
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Φ3.2焊絲適用焊接電流（安）
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400～450
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350～400
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堆焊速率（公斤/小時(shí)）
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7～9
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6～7
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單層堆焊厚度（mm）
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≥2
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≥2
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勞動(dòng)條件
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脫渣性能
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無脫渣問題
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由于高合金成分，脫渣相當(dāng)困難
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煙霧
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有，需抽風(fēng)裝置
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無
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弧光
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有，需加遮護(hù)板
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無
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自動(dòng)化程度
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高（調(diào)好后無需看管）
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低（人工操作）
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勞動(dòng)強(qiáng)度
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低
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高
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焊縫性能
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焊道稀釋率
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20～40％
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20～40％
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焊道冷卻速度
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稍高
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稍低
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焊縫硬度
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同樣焊盤，略高2～3度HRc
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稍低
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