近几年中国经济的快速发展带动水泥行业实现了产量的高速增长，2006年全国水泥生产量达到12.4亿吨，而在整个水泥生产过程中，须粉碎、粉磨处理约32亿吨燃料、原料、半成品。
技术装备的进步使大多数新型干法水泥生产企业已采用立式辊磨制备生料、煤粉、矿渣粉、水泥，或使用立磨、辊压机作为预粉磨设备。这些设备的磨辊/盘、挤压辊在复杂多变甚至恶劣的工况条件下工作一段时间后，其表面会不可避免地受到磨损，直接影响生产效率。
解决这一问题，除了更换备件，最好的方法就是提高磨辊与磨盘的耐磨性能，硬面耐磨堆焊修复技术由此应运而生。应用这项技术在耐磨件表面堆焊一层或多层硬质合金，使其表面层具有更好的耐磨损、耐腐蚀、高抗热疲劳性能等特点，显著提高耐磨件的使用寿命，降低企业设备维修和更换的成本，为企业创造巨大的经济效益。目前耐磨堆焊技术已经成为电力、水泥、钢铁、机械、船舶、管件制造等企业耐磨部件堆焊修复的首选。
北京嘉克新兴科技有限公司是在硬面堆焊领域处于国际先进地位的专业化公司，其明弧冷焊等技术已成功应用在水泥、电力等行业的耐磨部件的处理工程上，现将立磨磨辊/盘瓦堆焊中的几个技术问题作一探讨。
一、磨损机理及耐磨材料的选择
1.磨损机理
磨辊/磨盘是立磨的关键部件，但是由于被碾磨物料成分复杂，常常含有一些硬杂质，如石英石、铁块等，在长期的碾磨过程中会对磨辊/磨盘产生严重磨损，使得磨辊与磨盘之间的间隙不断加大，设备运转效率下降，能耗提高，进而降低了生产效率，提高了生产成本。
不同的原料对磨辊/盘瓦的磨损程度不同，磨辊/盘瓦的寿命也因此而不同。磨辊的磨损主要是矿石、煤等原料以及杂质对磨辊/盘瓦形成的三体高应力磨料磨损，这些杂质如石英、黄铁矿等的硬度也是一个重要指标。实践表明，杂质硬度对磨辊磨损有着重要的影响，如石英和黄铁矿含量增加，被磨材料形成的磨沟增加并明显变深变宽。
通过电镜分析，可以看到磨辊表面的犁沟。载荷作用使物料在金属表面产生犁沟，除部分为切削外，大多是把金属推向两侧而形成脊隆，在接下来的矿石、煤粒的作用下又把脊隆碾平。这种犁沟——碾平的反复进行，导致了裂纹的形成和扩展，最后磨辊表面金属以片状磨屑形式断裂脱落，无论是犁沟及脊隆的碾平和断裂，还是沟底的塑性变形，其过程都是属于多次塑变的磨损机理。
在磨损表面产生犁沟的同时，物料中的高硬度矿物杂质还对磨料表面产生严重划伤，这种划伤不易出现明显沟槽，受冲击时无金属塑性，它的磨损机理主要是碳化物质点的破碎和剥落，因而碳化物相对硬度、尺寸、分布状态（位向）以及它和莱氏体基体的结合强度都对磨辊抗磨损性能产生直接影响。如果碳化物为颗粒状或其分布呈无序状态，则在磨料作用下容易从基体中脱落而形成凹坑，使基体的磨损量增大，耐磨性下降。相反，如果碳化物垂直于磨损面呈条状分布，则有利于耐磨性的提高。而碳化物深埋于基体中，与基体有很好的结合强度，则可以有效抵抗磨料对基体的磨损而不易崩落。
综上所述，为了提高立磨磨辊/磨盘衬板的耐磨性，除了提高组织中基体硬度外，更重要的是通过适当的堆焊工艺来获得最佳的碳化物硬度、尺寸和分布状态。
2.耐磨材料的选择原则
针对不同母材的材质及其工况条件，需要选用不同成分的堆焊修复材料即焊丝。母材的材质是指金属元素的化学成份，可对原磨辊材料进行取样化验留存，以确定焊丝的成分。堆焊层一般分为过渡（打底）层和硬化层，过渡层焊丝既要保证和基体良好熔合，又要无脆性相产生，同时应防止裂纹向基体扩展；硬化层既要保证不脱层又要有一定耐磨性能。
二、耐磨堆焊方法
耐磨堆焊修复就是用堆焊工艺将品质合适的耐磨材料堆焊到基体表面，堆焊后细化的复合碳化物均匀分布在强化的基体内，形成的奥氏体基体具有较好的抗拉强度，焊材与基材熔合性好，具有高应力的磨耗性，外观焊缝成型美观，具备较好的抗冲击性能，从而提升了耐磨件的使用寿命（比新品可提高1.5倍以上）。
近年来采用的堆焊修复方法主要有两种，一是使用直径Φ3.2-5mm的药芯焊丝在焊剂层下进行自动埋弧堆焊，另一种是使用Φ1.2-3.2mm自保护药芯焊丝进行明弧堆焊。埋弧焊与明弧焊比较，采用埋弧堆焊的缺点是焊前要对焊剂进行烘干，焊接过程中要不断添加焊剂，并需专人去除焊渣，使堆焊过程人力、物力投入很大，且环境恶劣，因焊渣影响无法对付工件进行强迫冷却以保持正常焊层间温度，致使工件可焊性受到限制。
采用自保护药芯焊丝明弧堆焊可消除上述不足，不仅性能可靠，不易引起母材开裂变形，而且实现了生产的自动化，减小手工操作因焊工长期焊接引起的疲劳及堆焊质量下降，同时也具有人工操作不可及的高效率，能适应高质量、高效率的堆焊修复要求，所以明弧堆焊得到了广泛的应用。
三、耐磨堆焊方式
1.在线堆焊修复
2001年，嘉克公司将其专利产品——磨瓦、磨辊机内自动明弧堆焊机应用到磨辊/盘瓦在线堆焊修复中，它是嘉克公司成熟装备和技术经验的综合展现，能为用户带来最大的经济效益。立磨磨辊和盘瓦在线修复是将堆焊机运到现场，在立磨磨辊衬板不拆除的情况下，使用药芯焊丝明弧堆焊修复。因为不用拆卸磨辊和衬板，用户可在设备检修和设备停机的较短时间内进行堆焊修复，满足即时检修的需要，最大程度缩短停工时间。
嘉克公司经验丰富的在线堆焊修复工程师提供的在线堆焊修复能保证堆焊修复的质量和修复后的使用寿命，保证磨辊和磨盘的原有工作尺寸，大大提高生产效率和出粉产量，同时也降低了更换磨盘和磨辊所带来的人工成本增加、备件周期及不安全因素的影响。
2.离线堆焊修复
企业如拥有备件，可把磨辊/盘瓦拆卸下来运到嘉克公司堆焊生产基地进行修复。被堆焊修复的磨辊/盘瓦不受尺寸限制，且各种形状的磨辊/盘瓦均可堆焊修复。
嘉克公司离线堆焊修复的磨辊/盘瓦熔覆金属与基体结合牢固，外观焊缝成型美观，耐磨性能好，使用寿命长，实现了设备和技术工艺的完美组合。
四、堆焊修复设备
1.在线堆焊修复设备
嘉克公司研制生产的ARC-NMP7-1磨辊/盘瓦（现场）明弧自动堆焊机是磨盘瓦、磨辊机内修复专用设备，它含四项专利，主要用于立磨磨辊/盘瓦的现场堆焊修复，在磨盘瓦不拆除的情况下，使用Φ1.2-3.2mm自保护药芯焊丝明弧堆焊，完成磨辊/盘瓦的堆焊修复工作。整个过程安装方便，操作简单，短时间即可完成修复工作。
本设备采用逆变电源及其对电弧的控制技术，使堆焊过程飞溅小，焊道成型好，焊接效率高，适合各种形状的磨辊/盘瓦修复，能适应高质量、高效率的生产要求。同时设备占地面积小，检修方便，耗电省，几年来在国内八十多家火电厂、水泥厂得到广泛应用，为企业创下了可观的经济效益。
2.离线堆焊修复设备
嘉克的离线修复系统为含有三项专利技术的ARC-NMG7-1/2磨辊/盘瓦自动明弧堆焊设备，它采用逆变电源及其对电弧的控制技术，配备焊枪摆动器和焊枪高度跟踪系统，用PLC实现堆焊程序控制及对摆动器和高度跟踪的控制，使堆焊过程飞溅小，焊道成型好，且具备遮弧及烟尘净化装置，可以大大改善工作环境。
本系统自动化程度高，可通过编程方式排列焊道，可实现焊距高度跟踪。此外，系统加配焊枪摆动装置，可根据需要选用规格适合的焊丝，人为设定宽度，使表面平整美观，因此适合各种形状的磨辊/盘瓦修复，尤其是形状复杂的磨辊。此外，焊枪摆动器和高度跟踪系统还能实现对局部缺陷的修复。
五、耐磨堆焊工艺控制
合理的堆焊修复工艺是达到立磨磨辊/盘瓦堆焊修复效果的关键。嘉克根据磨辊/盘瓦的不同磨损情况和实际工况要求，合理设计和选择耐磨堆焊工艺，以达到最佳的堆焊修复效果。
1.使用ARCFCW1001焊丝作为打底层，采用单向堆焊方式自动堆焊一层，打底层的作用是防止堆焊裂纹向基体扩展；
2.使用ARCFCW1011焊丝做局部堆焊，采用单向堆焊方式将磨辊凹坑填补平整，补层应有适当的横向裂纹，以释放焊接应力；
3.使用ARCFCW9011焊丝，以自动焊方法堆焊至规定尺寸；
4.在整个堆焊过程中，焊缝层间温度应严格控制；
5.堆焊注意事项：
1）避免过度稀释；
2）硬面层必须建立横向裂纹，以释放焊接内应力；
3）焊层不宜进行火焰切割及机械加工；
4）对于产生的焊瘤应及时用电弧气刨清理平整。
六、耐磨堆焊效果
嘉克拥有多年来成功修复国内外各种立磨的经验与记录，采用嘉克独有的专利技术和设备堆焊后的立磨表面可获得最佳的耐磨效果，如：
*有效降低磨辊的更换频率，并因减少更换频率从而降低更换费用；
*含高科技专利技术的焊接设备确保了提供稳定的堆焊修复质量；
*性能优异的焊接材料使产品在同等磨损条件下程度更轻、更均匀，生产效率得到一定程度的提高，同时更加节约电能；
*堆焊件与铸件相比耐磨性能有很大的提高。
七、堆焊失效与风险分析
1.堆焊失效形式包括疲劳、磨损、剥落和断裂。失效原因分析如下：
（1）磨辊运行周期过长引起辊身表面的冷作硬化，并形成微裂纹后扩展；
（2）物料的可磨系数不同造成磨辊耐磨层磨损；
（3）选择的堆焊材料及堆焊工艺不当引起堆焊过程中工件断裂；
（4）断裂失效与铸件在铸造过程中和热处理过程中产生的缺陷有直接关系；
（5）从磨辊结构形状看，磨辊与轮毂的配合面有2个，一个是柱面配合，另一个是锥面配合。由于磨辊和轮毂的两对配合表面存在加工误差，磨辊与轮毂装配时就很难保证柱体和锥体面同时接触，这种局部的不良接触会使磨辊在有配合间隙部位或有铸造缺陷处产生应力集中；
（6）立磨生产过程中不但存在着粉碎大颗粒物料时的振动，而且在入磨热气体作用下，磨辊在开停磨时还受到温度变化的作用，特别是冬季，磨辊表面会在零下几度的状态中几分钟时间内迅速上升到100～200℃，这会使磨辊在热应力、热处理残余应力和粉磨力作用下，易在有铸造缺陷且磨辊与轮毂有配合间隙的部位发生断裂。断裂是从磨辊内侧向外侧扩展的。
（7）磨辊安装预紧力过大也是磨辊失效的原因之一。
2.可焊性分析：
根据磨辊/盘瓦磨损的不同情况，对立磨磨辊/盘瓦堆焊的可行性、经济性和堆焊修复的风险存在如下看法：
1）可行性：在立磨磨辊、磨辊及磨盘瓦磨损情况还未达到不可修复地步的情况下，选择合适的材料及合理的堆焊修复工艺完全可以进行堆焊修复。
2）经济性：由于购买新品备件的成本较高，使用寿命较短，而堆焊修复后的成本低，使用寿命长，从而为企业降低了成本，提高了设备运转率。
3）堆焊修复风险性：任何事情都存在一定的风险，对于堆焊修复来说同样存在堆焊产生的风险，比如堆焊层脱落、掉块以致达不到使用寿命，严重的如铸件铸造中存在的夹渣、气孔及热处理工艺不当等内部缺陷的存在还会产生由此带来的堆焊断裂风险。
避免和减少风险的关键在于以下几点：
1）焊前做母材的成份分析和超声波检测；
2）根据母材成份选择合适的堆焊材料；
3）制定科学合理的堆焊工艺和严格规范的操作规程；
4）控制焊补高低不平时的引弧和灭弧：通过设备自有的高度跟踪来自动实现局部磨损严重部位的堆焊修复
3.堆焊质量检验
完备的耐磨性能检测手段和设备可对磨辊/盘瓦堆焊修复前后的状况进行全面检测，有力保证产品和服务的质量，如超声波探伤、磁粉探伤、磨料磨损实验、硬度检测、金相组织分析、失效分析等。
八、复合辊制造
1.复合辊（堆焊）制造方法
复合辊（堆焊）制造方法是一种新兴、科学的方法。它通过在基材表面堆焊一定厚度的高硬度、耐磨性能优良的耐磨层，由基体提供抵抗外力的强度、韧性和塑性等综合性能，由表面堆焊层提供满足指定工况需要的耐磨性能。
与传统的高铬铸铁铸件不同，其制造方法分为两个步骤：首先采用ZG25/35材质铸造磨辊/盘瓦胎，根据成品设计规格预留一定的尺寸作为堆焊耐磨层；然后采用堆焊方式将复合碳化物耐磨层熔覆于磨辊/盘瓦胎之上，直至成品设计规格。
在实际应用中，复合辊不仅表现出基材韧、塑性较好的优点，又具有高硬度、耐磨性优良的耐磨层，因此在使用过程中表现出了优异的性能，还可多次堆焊修复，重复使用。
2.对无法修复的部件嘉克公司能够进行测绘，据测绘图纸制作基体，基体的材质及铸造方法如下：
1）根据用户提供的基本尺寸制作模具，再浇铸成型。
2）采用电弧炉浇铸，在浇铸过程中严格按铸造工艺进行，避免杂质、气泡及缩孔的产生。
3）严格执行加工前的热处理工艺。
4）对浇铸好的磨辊和衬板进行磁粉和超声波探伤，确保浇铸好的磨辊和衬板不存在铸造缺陷。
5）对检测后的合格磨辊和衬板进行机加工，以保证尺寸符合用户的要求。
6）对于机加工后的磨辊和衬板再次进行探伤检测。
7）对检测完好的磨辊和衬板进行耐磨材料的堆焊。
8）选择合理的堆焊材料：采用ARCFCW1001作为过渡层，ARCFCW9011作为硬面层。
9）制定严格的、科学的堆焊工艺和检测制度，并严格遵守和执行。
10）按用户的要求尺寸堆焊成型并测量尺寸是否符合要求。
11）对于堆焊好的磨辊和衬板进行超声波探伤和着色探伤检测。
嘉克公司在水泥行业的典型用户包括：
安徽珍珠水泥集团股份有限公司（MLS3626）
广东郁南水泥厂（宇部立磨）
贵州水城瑞安水泥有限公司（ZGM80）
合肥水泥工业研究设计院（复合辊）
河北保定紫横白水泥有限公司（HRM1250）
河南卫辉天瑞水泥有限公司（ATOX50）
鹤壁豫鹤同力水泥有限公司（Polysius）
湖南浏阳水泥有限公司(CLM2250)
华润水泥（贵港）有限公司（Polysius）
华新水泥股份有限公司 (设备)
淮南舜岳水泥有限公司（MPS3626）
冀东鞍山水泥有限公司(莱歇磨)
江西恒大高新技术实业有限公司（轧辊堆焊）
内蒙古蒙西水泥有限公司（ZGM113K煤磨）
平顶山瑞平石龙水泥有限公司（MPF2270和非凡5000B）
平阴山水水泥有限公司（MPS2216、宇部立磨、煤磨MPF2116）
山东鲁南中联水泥有限公司（ZGM113K煤磨）
中联集团山东鲁宏水泥有限公司（煤磨ZGM113K）
陕西铜川声威建材有限公司（ATOX50）
陕西尧柏水泥厂（宇部立磨、MLS3626）
唐山冀东水泥集团有限责任公司（生料和煤磨）
天津水泥工业设计研究院（宇部立磨）
铜川中星材料有限责任公司（设备）
新疆青松水泥有限公司（非凡3750B）
邢台中联水泥有限公司（TRM25）
郑州机械研究所 (设备)
中天仕名（淄博）重型机械有限公司（磨辊/盘堆焊修复设备）
重庆腾辉特种水泥有限公司（MPS4000B）
重庆天助水泥有限公司（MLS3626）
驻马店豫龙同力水泥有限公司（CLM2120磨、Polysius）
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