耐磨件的制造不僅可通過鑄造工藝來制造，也可通過堆焊工藝來制造，而對磨損過的耐磨件采用堆焊工藝來再制造，可獲得比原鑄件更耐磨的性能，同時通過廢舊利用，可實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，是一個再制造過程，本文將就耐磨件堆焊制造及再制造中的幾個問題進行探討。

　　1、堆焊和鑄造一樣都是耐磨件的制造方法

　　1.1、堆焊是微觀化的鑄造

　　耐磨件的制造是以鑄造為主（從噸位來說），堆焊件占的比重比較小。鑄造比堆焊發(fā)展得早，所以從堆焊誕生開始，就有了鑄造和焊接（堆焊）誰代替誰的問題，其實從原理上講，二者應該是一家，是不能相互替代的。我們認為，堆焊過程實際就是一個微觀的鑄造過程，如果鑄造可以看作是焊件尺寸以米為單位的大尺寸熔池，那么堆焊就是以毫米為單位的很小的熔池。為什么在工件制造過程中會有微觀鑄造的概念呢？這是因為對于鑄造而言，隨著鑄件尺寸的不斷增大，其制造難度和熱處理難度也越來越高，如果再要求耐磨件能夠由里到外具有均勻的耐磨性能，實現(xiàn)起來將非常困難。但是堆焊過程可以解決這一難題，它將鑄造過程微觀化、微細化，把一個大的鑄造分解成無數(shù)小的鑄造，這樣，每個微觀熔池都可以很容易達到最終工件要求的強度、硬度、韌性等微觀指標。

　　所以，在耐磨件的堆焊過程中，鑄造和堆焊是相輔相成的，就比如鑄造是皮，耐磨層堆焊是毛，對耐磨件整體質(zhì)量而言，二者是"皮之不存，毛將焉附"的關(guān)系。如果要求一個工件整體具有很好的質(zhì)量，就要求其鑄造和堆焊的質(zhì)量都很高。

　　1.2 、耐磨件制造過程中鑄造和堆焊的選擇

　　對于一個耐磨件，如果其鑄件從成本、性能等方面能夠完全滿足使用要求，人們就不必考慮堆焊了。那么為什么要考慮堆焊呢？這是因為，僅靠鑄造，耐磨件的壽命、質(zhì)量上無法達到所要求的指標，這時就引進了微觀鑄造，也就是用堆焊的方式來加強所要求部位的耐磨質(zhì)量或其他方面的質(zhì)量。

　　2 、耐磨堆焊再制造方法的選擇

　　堆焊方法有很多，如氣焊、手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊、明弧焊等。耐磨堆焊再制造就是用堆焊工藝將品質(zhì)合適的耐磨材料堆焊到基體表面，堆焊后細化的復合碳化物均勻分布在強化的基體內(nèi)，形成的奧氏體基體具有較好的抗拉強度，焊材與基材熔合性好，具有高應力的磨耗性，外觀焊縫成型美觀，具備較好的抗沖擊性能，從而提升了耐磨件的使用壽命（比新品可提高1.5倍以上）。

　　近年來采用的堆焊再制造方法主要有兩種，一是使用直徑Φ3.2-5mm的藥芯焊絲在焊劑層下進行自動埋弧堆焊，另一種是使用Φ1.2-3.2mm自保護藥芯焊絲進行明弧堆焊。

　　埋弧焊是傳統(tǒng)的高效率的堆焊方式，現(xiàn)在很多地方還在沿用，而自保護明弧焊最近兩年已經(jīng)發(fā)展起來了，實際上這兩種焊接方法各有利弊。在早期的磨輥、磨盤瓦等大物件的堆焊過程中，也都曾經(jīng)采用過埋弧焊。后來為什么都采用明弧自保護焊呢？這是因為與埋弧堆焊比較，明弧自保護焊有以下優(yōu)勢：

　　第一，從成本上說，埋弧焊比較費工、費時，一般要3-4人，有添加焊劑的、除焊劑的、有焊接操作的。并且焊前要對焊劑進行烘干，焊接過程中要不斷添加焊劑，并需專人去除焊渣，使堆焊過程人力、物力投入很大，且環(huán)境惡劣。相反，明弧自保護焊只要一個人就夠了，不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，減小了焊工手工操作時因長期焊接引起的疲勞及堆焊質(zhì)量下降，具有人工操作不可及的高效率，因此能夠適應高質(zhì)量、高效率的堆焊再制造要求。

　　第二，從耐磨性能上說，埋弧焊因為有焊劑、焊渣的影響，一些強迫冷卻措施、溫控措施都很難加上去，因此無法對工件進行強迫冷卻以保持正常焊層間溫度，致使工件可焊性受到限制。而明弧自保護焊就比較容易實現(xiàn)溫控，從而使工件能獲得更好的耐磨性能。

　　第三，從整體對部件的影響來說，埋弧焊因溫控受限，鑄件的尺寸變形會比較大，而明弧自保護焊可以將變形控制到很小范圍內(nèi)，因此不易引起母材的變形開裂。原來有一個概念，一個鑄件或輥體的堆焊最多不超過三次，這是建立在埋弧堆焊的基礎(chǔ)上的，作為明弧自保護焊來說，應該說遠遠不止三次。

　　那么這些方法該怎么選擇呢？我們認為，應從工件的最終性能要求來考慮，例如，煤磨、立磨的磨輥/盤這類工件，它們要求高耐磨、低抗沖擊性，工藝選擇要從碳化物的數(shù)量和形態(tài)上來考慮；而輥壓機擠壓輥這類產(chǎn)品則要求高抗沖擊、中低耐磨，工藝選擇要考慮碳當量的概念，碳當量決定耐磨件本身的強度、韌性和抗沖擊性。簡單的說，輥壓機擠壓輥的堆焊要考慮預熱和保溫，要圍繞碳當量做工藝，原則上要采用熱焊，需要在一定的條件下進行焊接，焊接、保溫溫度都比較高。而立磨、煤磨的輥/盤要求有足夠的耐磨性能，要考慮碳化物的形態(tài)，只考慮控制小的變形和快的冷卻速度，采用冷焊就可以了。因此，埋弧焊更適合輥壓機的堆焊，明弧自保護焊更適合立磨、煤磨的輥/盤的堆焊。所以只有針對不同的工件和場合綜合考慮堆焊方式，才能兼顧不同的堆焊方法，得到所需要的性能。

　　3 、耐磨堆焊再制造方式

　　目前的耐磨堆焊再制造方式包括離線堆焊和在線堆焊，離線堆焊發(fā)展較早，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在線堆焊是我公司在國內(nèi)首先做起來的，并且獲得了國家專利和國家創(chuàng)新基金支持。

　　3.1、在線堆焊再制造

　　立磨磨輥和盤瓦在線再制造是將堆焊機運到現(xiàn)場，在立磨磨輥/盤不拆除的情況下，使用藥芯焊絲進行明弧堆焊再制造。因為不用拆卸磨輥和襯板，用戶可在設備檢修和設備停機的較短時間內(nèi)進行堆焊再制造，滿足即時檢修的需要，最大程度縮短停工時間。

　　最初的在線堆焊施工是2000年從電力系統(tǒng)的煤磨開始的。因為電廠一臺機組至少有五到六臺煤磨機，而停機檢修時間只有10-15天，典型磨型如ZGM113系列磨煤機，一個機組六臺煤磨共有18只磨輥、6套盤，若要在檢修期間堆焊完，即使堆焊場地離工廠不是很遠，加上拆裝和運輸時間，以一臺設備堆焊一只輥子計算，共需要24臺設備、10-14天完成施工，而在線堆焊施工卻可以在10天內(nèi)順利達到同樣的效果。

　　從2000年至今，嘉克公司一直在進行在線堆焊施工，到工程量最多的時候一共有9只隊伍在外進行在線堆焊施工，每個施工隊伍堆焊量都在5-10噸，能一次性堆焊完成電廠一個機組的全部磨機。水泥廠因為立磨的尺寸比較大，像ATOX50、MLS3626等大的輥套和磨盤堆焊量也都很大。

　　大量的實踐證明了在線堆焊再制造是比較實用的，不僅能保證堆焊再制造后的質(zhì)量和使用壽命，保證磨輥和磨盤的原有工作尺寸，而且大大提高了生產(chǎn)效率和出粉產(chǎn)量，降低了更換磨盤和磨輥所帶來的人工成本增加、備件周期及不安全因素的影響。
有人認為在線焊質(zhì)量可能有問題，我們經(jīng)過上百個堆焊再制造的案例比較后認為，在線焊如果在裝備上、工藝上真正達到要求，表面質(zhì)量和耐磨性能能和離線堆焊一樣經(jīng)得起足夠的耐磨時間。

　　3.2 離線堆焊再制造

　　在線堆焊的成功實施并不能完全取代離線堆焊，這兩種焊接方法同樣重要。企業(yè)如擁有備件，可把磨輥/盤瓦拆卸下來運到嘉克公司堆焊生產(chǎn)基地進行再制造。被堆焊再制造的磨輥/盤瓦不受尺寸限制，且各種形狀的磨輥/盤瓦均可堆焊再制造。
嘉克公司離線堆焊再制造的磨輥/盤瓦熔覆金屬與基體結(jié)合牢固，外觀焊縫成型美觀，耐磨性能好，使用壽命長，實現(xiàn)了設備和技術(shù)工藝的完美組合。

　　4 耐磨堆焊再制造設備

　　4.1在線堆焊再制造設備

　　嘉克公司研制生產(chǎn)的ARC-NMP7-1磨輥/盤瓦在線明弧自動堆焊機是磨盤瓦、磨輥機內(nèi)堆焊再制造的專用設備，它含五項專利，主要用于立磨磨輥/盤瓦的現(xiàn)場堆焊再制造，在磨盤瓦不拆除的情況下，使用Φ1.2-3.2mm自保護藥芯焊絲明弧堆焊，完成磨輥/盤瓦的堆焊再制造工作。整個過程安裝方便，操作簡單，短時間即可完成施工。

　　本設備采用逆變電源及其對電弧的控制技術(shù)，使堆焊過程飛濺小，焊道成型好，焊接效率高，適合各種形狀的磨輥/盤瓦再制造，能適應高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)要求。同時設備占地面積小，檢修方便，耗電省，幾年來在國內(nèi)200多家火電廠、水泥廠得到廣泛應用，為企業(yè)創(chuàng)下了可觀的經(jīng)濟效益。

　　4.2、離線堆焊再制造設備
嘉克的離線再制造設備為含有三項專利技術(shù)的ARC-NMG7-1/2磨輥/盤瓦自動明弧堆焊機，它采用逆變電源及其對電弧的控制技術(shù)，配備焊槍擺動器和焊槍高度跟蹤系統(tǒng)，用PLC實現(xiàn)堆焊程序控制及對擺動器和高度跟蹤的控制，使堆焊過程飛濺小，焊道成型好，且具備遮弧及煙塵凈化裝置，可有效地改善工作環(huán)境。

　　本設備自動化程度高，可通過編程方式排列焊道，可實現(xiàn)焊距高度跟蹤。此外，通過加配焊槍擺動裝置，可根據(jù)需要選用規(guī)格適合的焊絲，人為設定寬度，使表面平整美觀，因此適合各種形狀的磨輥/盤瓦堆焊再制造，尤其是形狀復雜的磨輥。焊槍擺動器和高度跟蹤系統(tǒng)還能實現(xiàn)對局部缺陷的再制造。

　　5、堆焊再制造材料的選擇和工藝控制

　　5.1、耐磨材料的選擇原則

　　針對不同母材的材質(zhì)及其工況條件，需要選用不同成分的耐磨材料即焊絲。母材的材質(zhì)是指金屬元素的化學成份，可對原磨輥材料進行取樣化驗留存，以確定焊絲的成分。堆焊層一般分為過渡（打底）層和硬化層，過渡層焊絲既要保證和基體良好熔合，又要無脆性相產(chǎn)生，同時應防止裂紋向基體擴展；硬化層既要保證不脫層，又要有一定耐磨性能。

　　5.2 工藝控制

　　合理的堆焊再制造工藝是達到立磨磨輥/盤瓦堆焊再制造效果的關(guān)鍵。嘉克根據(jù)磨輥/盤瓦的不同磨損情況和實際工況要求，合理設計和選擇耐磨堆焊工藝，以達到最佳的堆焊再制造效果。

　　1）使用ARCFCW1001焊絲作為打底層，采用單向堆焊方式自動堆焊一層，打底層的作用是防止堆焊裂紋向基體擴展；
　　2）使用ARCFCW1011焊絲做局部堆焊，采用單向堆焊方式將磨輥凹坑填補平整，補層應有適當?shù)臋M向裂紋，以釋放焊接應力；
　　3）使用ARCFCW9011焊絲，以自動焊方法堆焊至規(guī)定尺寸；
　　4）在整個堆焊過程中，焊縫層間溫度應嚴格控制；
　　5）堆焊再制造注意事項：

　　避免過度稀釋
　　硬面層必須建立橫向裂紋，以釋放焊接內(nèi)應力
　　焊層不宜進行火焰切割及機械加工
　　對于產(chǎn)生的焊瘤應及時用電弧氣刨清理平整

　　6 耐磨堆焊再制造效果

　　嘉克擁有多年來成功堆焊再制造國內(nèi)外各種立磨的經(jīng)驗與記錄，采用嘉克獨有的專利技術(shù)和設備堆焊后的立磨表面可獲得最佳的耐磨效果，如：
　　1、有效降低磨輥的更換頻率，從而降低更換費用；
　　2、含高科技專利技術(shù)的焊接設備確保了提供穩(wěn)定的堆焊再制造質(zhì)量；
　　3、性能優(yōu)異的焊接材料使產(chǎn)品在同等工況條件下磨損程度更輕、更均勻，生產(chǎn)效率得到一定程度的提高，同時更加節(jié)約電能；
　　4、 堆焊件與鑄件相比耐磨性能有很大的提高。

　　7 、堆焊再制造風險分析及防范措施

　　7.1、堆焊風險產(chǎn)生的原因

　　堆焊風險是大家比較關(guān)注的問題，比如堆焊開裂、脫落等。堆焊風險的存在有兩方面原因，其中鑄件本身的質(zhì)量是一個重要因素。真正合格的鑄件其可焊性還是不錯的，堆焊后容易出問題的鑄件一般是鑄件本身就存在很多缺陷，如沙眼、縮孔、裂紋等，在堆焊施工前通過探傷可能就能發(fā)現(xiàn)鑄件本身已經(jīng)存在裂紋，這跟堆焊過程沒有關(guān)系。另一方面，在鑄件制造時只考慮了本身的耐磨性，而忽略了可焊性的問題，這給以后的堆焊帶來一定困難。當然，如果通過嚴格的檢測，這些缺陷都是可以克服和處理的，但如果焊前沒有經(jīng)過嚴格檢測，未能發(fā)現(xiàn)鑄造的缺陷，或者堆焊工藝不當，就有可能造成堆焊的風險。
耐磨件失效形式包括疲勞、磨損、剝落和斷裂，失效原因分析如下
　　1）磨輥運行周期過長引起輥身表面的冷作硬化，并形成微裂紋后擴展；
　　2）物料的可磨系數(shù)不同造成磨輥耐磨層磨損；
　　3）選擇的堆焊材料及堆焊工藝不當引起堆焊過程中工件斷裂；
　　4）斷裂失效與鑄件在鑄造過程中和熱處理過程中產(chǎn)生的缺陷有直接關(guān)系；
　　5）從磨輥結(jié)構(gòu)形狀看，磨輥與輪轂的配合面有2個，一個是柱面配合，另一個是錐面配合。由于磨輥和輪轂的兩對配合表面存在加工誤差，磨輥與輪轂裝配時就很難保證柱體和錐體面同時接觸，這種局部的不良接觸會使磨輥在有配合間隙部位或有鑄造缺陷處產(chǎn)生應力集中；
　　6）立磨生產(chǎn)過程中不但存在著粉碎大顆粒物料時的振動，而且在入磨熱氣體作用下，磨輥在開停磨時還受到溫度變化的作用，特別是冬季，磨輥表面會在零下幾度的狀態(tài)中幾分鐘時間內(nèi)迅速上升到100～200℃，這會使磨輥在熱應力、熱處理殘余應力和粉磨力作用下，易在有鑄造缺陷且磨輥與輪轂有配合間隙的部位發(fā)生斷裂。斷裂是從磨輥內(nèi)側(cè)向外側(cè)擴展的；
　　7）磨輥安裝預緊力過大也是磨輥失效的原因之一。

　　7.2、 堆焊再制造可行性和經(jīng)濟性分析

　　根據(jù)磨輥/盤瓦磨損的不同情況，對立磨磨輥/盤瓦堆焊的可行性、經(jīng)濟性有如下看法：
　　1）可行性：在立磨磨輥、磨輥及磨盤瓦磨損情況還未達到不可再制造地步的情況下，選擇合適的材料及合理的堆焊再制造工藝完全可以進行堆焊再制造；
　　2）經(jīng)濟性：由于購買新品備件的成本較高，使用壽命較短，而堆焊再制造后的成本低，使用壽命長，從而可為企業(yè)降低成本，提高設備運轉(zhuǎn)率。

　　7.3、避免和減少堆焊再制造風險的必要措施
　　1） 焊前做母材的成份分析和超聲波檢測；
　　2）根據(jù)母材成份選擇合適的堆焊材料；
　　3）制定科學合理的堆焊工藝和嚴格規(guī)范的操作規(guī)程；
　　4）控制焊補高低不平時的引弧和滅?。和ㄟ^設備自有的高度跟蹤來自動實現(xiàn)局部磨損嚴重部位的堆焊再制造；
　　5）堆焊質(zhì)量檢驗：完備的耐磨性能檢測手段和設備可對磨輥/盤瓦堆焊再制造前后的狀況進行全面檢測，有力保證產(chǎn)品和服務的質(zhì)量，如超聲波探傷、磁粉探傷、磨料磨損實驗、硬度檢測、金相組織分析、失效分析等。

　　8、復合磨輥制造--堆焊/鑄造復合制造

　　8.1、復合磨輥/盤（堆焊）制造方法介紹

　　復合輥/盤（堆焊）制造方法是一種新興、科學的方法。它通過在基材表面堆焊一定厚度的高硬度、抗磨損的耐磨層，由基體提供抵抗外力所需的強度、韌性和塑性等綜合性能，由表面堆焊耐磨層提供滿足指定工況需要的耐磨性能。

　　與傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵鑄件不同，其制造方法分為兩個步驟：首先采用ZG25/35材質(zhì)鑄造磨輥/盤胎，根據(jù)成品設計規(guī)格預留30%-50%的尺寸作為耐磨堆焊層；然后采用堆焊熔覆方式將復合碳化物耐磨層熔覆于磨輥/盤胎之上，直至成品設計規(guī)格。 

　　8.2 復合磨輥/盤的性能特點

　　在實際應用中，復合輥/盤不僅表現(xiàn)出基材韌、塑性較好的優(yōu)點，又具有高硬度、高耐磨性的耐磨層，因此在使用過程中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，還可多次堆焊再制造，重復使用。

　　同時，堆焊后的成品還可重復進行堆焊再制造。因此制造成本低、使用性能優(yōu)異的復合輥能很好地滿足水泥企業(yè)對磨機磨輥/盤瓦耐磨性能、造價低成本的要求，減少了企業(yè)停機維修的時間，降低了維護成本、增加了出粉分產(chǎn)量，為企業(yè)帶來了很好的經(jīng)濟效益。

　　8.3、復合磨輥/盤瓦制造經(jīng)驗

　　到目前為止，嘉克公司已成功為天津水泥研究院、合肥水泥設計院、新疆青松水泥有限公司、駐馬店豫龍同力水泥有限公司、邢臺中聯(lián)水泥有限公司、陜西堯柏特種水泥有限公司、福建三安鋼鐵有限公司、中信重工機械有限責任公司等多家企業(yè)制作了多種不同型號的耐磨復合磨輥/盤瓦。

　　8.4、堆焊磨輥/盤優(yōu)于鑄造磨輥/盤的幾個方面
　　1）表面硬度：鑄造磨輥硬度為HRC52-56，堆焊磨輥硬度HRC58-64；
　　2）工藝：鑄造磨輥的控制環(huán)節(jié)多，設備較大；堆焊磨輥工藝簡單，質(zhì)量易控制；
　　3）內(nèi)在質(zhì)量：高鉻合金鑄鐵磨輥在鑄造過程中，由于其鑄造特點，其耐磨相在組織中呈無序分布，而相同材質(zhì)的堆焊組織具有各向異性（耐磨相有序分布），對提高耐磨性更加有利；
　　4） 經(jīng)濟性：制造一個堆焊磨輥和鑄造磨輥的費用相當，但鑄造磨輥磨損后只能回爐報廢，而堆焊磨輥只需花費原制造費用的50%-60%進行堆焊即可作為新品使用；
　　5） 使用壽命：由于碳化物在基體中分布形態(tài)的差異，造成鑄造磨輥遠低于堆焊磨輥的運行壽命，堆焊磨輥的壽命是鑄造磨輥的1.5倍以上。

　　作者簡介：

　　劉振英，男，1963年出生，1989年獲清華大學焊接專業(yè)博士學位，教授級高級工程師，清華大學基礎(chǔ)工業(yè)訓練中心研究員，北京嘉克新興科技有限公司董事長、總經(jīng)理。從事硬面堆焊材料、焊接技術(shù)、電力電子技術(shù)、電力半導體應用技術(shù)研究近20年，獲15項國家專利。