風扇磨煤機打擊輪補焊技術研究

2012-03-14 00:22:24王春貴

黑龍江電力 2012年3期

關鍵詞：工藝

王春貴

(黑龍江省特種設備檢驗研究院，黑龍江哈爾濱150036)

0 引言

風扇式磨煤機具備煤的粉碎、干燥和輸送功能，其打擊輪的平均使用壽命不到2 000 h，有時會發生風扇磨煤機輪鼓飛裂事故，因此，為了保障生產需煤要求，需要對風扇磨煤機打擊輪進行工藝處理，以獲得所需要的表面性能，對此，本文根據某發電廠S36.5型風扇磨打擊輪的工作特點，分析了風扇式磨煤機磨損機理，選擇合適的補焊工藝，提高了其耐磨性能，延長了其使用壽命。

1 磨損機理和磨損過程

兩個物體相互接觸并有相對運動時，便發生磨擦，由于機械、物理和化學作用，使物體表面損壞或尺寸形狀變化，這種現象稱為磨損。比較通用的分類方法是按磨損機制劃分，主要包括磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕(或稱磨擦化學)磨損［1］。風扇磨煤機打擊輪的磨損主要是磨料磨損。風扇磨煤機打擊輪外形如圖1所示。

圖1 磨煤機打擊輪

表1 磨料磨損的分類方法和定義

從風扇式磨煤機的工作過程和表1顯示的內容可以看出，打擊輪的磨損是一種典型的高能量沖擊、沖蝕和鑿削相結合的磨料磨損。磨損的打擊板宏觀形貌如圖2所示。

圖2 流線型磨損剖面

從圖2可以看出，打擊板內、外側面被磨成了月牙形;工作面進口側較平滑;出口側形狀為高低起伏的溝槽，成波浪型，溝槽沿出口方向深度逐漸增加;工作面中間部分是過渡區域;從進口側到出口側沖擊板的厚度減薄加劇，徑向剖面承流線型。由此可見，打擊板宏觀磨損形貌(重疊的波浪形)主要與氣流運動作用、煤粒大小、沖擊速度、角度有關。材料的磨損包括3個過程，即第一次沖擊、反彈后再次沖擊和隨渦流的沖擊。

2 焊接工藝

2.1 制定焊接工藝設計書

焊接工藝評定是通過對焊接接頭的力學性能或其它性能的試驗，證實焊接工藝規程的正確性和合理性的一種程序。焊接工藝評定應根據所焊工件選擇焊接方法、焊接材料，制定焊接工藝設計書，對樣板進行焊接、檢驗，合格后編制正式的焊接工藝書。

2.2 選取適宜的焊接方法

由于風扇式磨煤機打擊輪處在惡劣的工作環境，經常受到嚴重的高能量沖擊、沖蝕和鑿削相結合的磨料磨損。因此，為減輕打擊輪工作表面磨損和延長服役壽命，經現場實地考察，可在打擊輪表面熔敷耐磨金屬層——堆焊層。而且，堆焊所用的設備比較簡單，適用于磨損嚴重的工況。堆焊層的優點是它與基體金屬結合強度高，抗沖擊性能好，厚度大(通常厚度范圍為2～30 mm)，熔敷率高，手工堆焊的金屬量可達3 kg/h。

2.3 注意影響堆焊的一些重要指標

堆焊是以獲得具有特殊性能(耐磨損、耐沖擊)的表面層為目的，因此必須注意焊接過程中可能影響達到這個目的的一些重要指標，如稀釋率、熱循環、熱應力。其中關鍵的是稀釋率。

堆焊時，熔敷金屬因母材的熔入而被稀釋。稀釋率是指堆焊金屬被稀釋的程度，用基材的熔化面積占整個熔池面積的百分比來表示。堆焊層以及熔合區的成分和性能都受到稀釋率的重要影響。在選擇堆焊方法和制定堆焊工藝時，應以減小稀釋率為主要原則。在堆焊方法和設備已選定的情況下，應從堆焊材料成分上補償稀釋率的影響，并從嚴格工藝參數上控制稀釋率［3］。

堆焊應用的成功與否有時取決于內應力的大小和載荷應力的類型(剪切、拉伸或壓縮應力)。堆焊件的殘余應力將加大或減少服役載荷產生的應力，因而加大或減少堆焊層開裂的傾向。要減少殘余應力，除對堆焊工藝采取必要的預熱、緩冷措施外，還可以從減少堆焊金屬與基材的線膨脹系數差以及改進堆焊金屬的塑性來控制。

2.4 施焊方法與作業環境

由于磨煤機打擊輪的修復為現場堆焊，焊件形狀不規則，故只能采用手工焊條電弧堆焊。手工電弧堆焊的缺點是稀釋率較高，不能得到薄而均勻的堆焊層，工作條件差。為了減小稀釋率，保持電弧穩定，使堆焊層質量均勻，應采用直流反接法。在保證焊縫成型的前提下，堆焊電流的選擇應以偏小為原則，保證堆焊金屬不會被母材過度地稀釋。

3.培養良好的語文學習習慣。凡是學困生幾乎都有一個共性，那就是沒有養成良好的學習習慣。從課堂常規及語文學習的基礎習慣做起，根除危害學困生成長的不良習慣。

3 焊接工藝評定對象

S36.5型風扇式磨煤機材質為ZG17CrMo55，針對其磨損特點，選定以下幾種焊條為本次焊接工藝評定的對象:D608、D687、D707、D256、D276、D127［4］。

1)D608。D608為馬氏體合金鑄鐵，Cr4Mo4合金系統，屬亞共晶鑄鐵型，基體為M+A殘+合金碳化物，平均HRC為50～66，具有良好的抗高應力和低應力磨料磨損能力，并有良好的抗壓強度，有一定的耐熱耐蝕和抗氧化性能。

2)D687。D687為高鉻合金鑄鐵，一般含C為1.5% ～4.0%、Cr22% ～32%，并適量加入Ni、Si、Mn、Mo、B、Co等，D687為Cr30Mn2S2Bi合金系統，加B的D687為此類高鉻合金鑄鐵堆焊焊條中耐磨性最高的一種。

3)D707。D707為碳化鎢合金，由大量碳化物分布在金屬基體上構成的一種堆焊合金，有很高的硬度(2 500 HV)及熔點(2 600℃)。當鐵基合金為基體時，堆焊組織一般為含W馬氏體鋼或含W馬氏體合金鑄鐵，因為有高硬度碳化鎢顆粒存在，所以它在所有堆焊合金中的抗磨料磨損性能最高，而且具有一定的耐熱性，這種合金最適合在帶有沖擊強烈磨料磨損條件下工作。D707為W45MnSi4合金系統。

4)D256。D256為奧氏體高錳鋼堆焊合金，幾乎全部以鑄件形式應用，由于具有較高的韌性和冷作硬化性能，堆焊層焊后硬度為HB200～HB250，這樣的堆焊層對低應力磨料磨損耐磨性不是很好，在重沖擊時經變形加工硬化后，表層硬度可達到HB450～HB550，耐磨性大大提高，是強烈沖擊條件下抗磨料磨損的良好材料。由于D256韌性高，作為大厚度的恢復尺寸堆焊，奧氏體鋼堆焊層產生開裂和剝落的機率小。在使用過程中，高錳鋼堆焊層會出現裂紋，但高錳鋼有良好的抗裂紋擴展能力，所以這種裂紋不會影響它的使用壽命。

5)D276。D276為奧氏體高鉻錳鋼合金。為增加高錳鋼堆焊合金的耐蝕、耐熱性，在合金中加入質量分數為12%～15%的Cr，這種低碳鉻錳合金是A+F雙相組織，有良好的抗裂性能，合金系統為奧氏體高鉻錳鋼合金。由于高鉻阻止了炭化物的脆化作用，高鉻錳奧氏體鋼堆焊層的工作溫度可以高于200℃，有的可高達600℃。

6)D127。D127為低碳低合金鋼。這種合金焊后得到珠光體組織(亦包括索氏體和屈氏體)，其硬度為20 HRC～38HRC，屬于2Mn4Si合金系統。

考慮到鑄鐵焊條和碳化鎢合金的可焊性，本次試驗除對D608、D687、D707進行單獨評定外，對以上3種焊條分別加D127作為過渡層焊條進行評定，即在試板上先堆焊1層D127，再分別堆焊2層其它3種焊條。

由于風扇磨打擊輪體積較大，對其進行整體熱處理很難實施，因此，本次以不需熱處理為原則進行補焊。對以上幾種焊條，以最低稀釋率下獲得最高的熔敷率為原則，采用直流反接法，選用較低的焊接速度、適中的焊接電流和焊接電壓。焊條使用前應按焊條類型進行烘干，焊條烘干規范如表2所示，每塊試板的具體焊接工藝如表3所示。

表2 焊條烘干規范

表3 焊接工藝設計

續表3

4 試板的檢驗

對耐磨堆焊層評定試板應做表面著色探傷、硬度測定、耐磨堆焊層接頭橫剖面宏觀金相檢查，以及堆焊層的化學成分分析。

在依據焊接工藝設計(表3)焊接的8塊試板(圖3—圖10)中，只有D256、D276未產生裂紋，因此，在不進行熱處理的情況下，只有D256、D276符合要求。對這兩塊試板進行著色探傷，未發現超標缺陷，兩塊試板的接頭橫剖面宏觀金相檢驗結果如圖11、圖12所示，金相檢驗未發現焊縫存在裂紋等危害性缺陷，硬度值符合要求。兩塊試板堆焊層的化學成分分析表明，兩種焊條的稀釋率均在10%以下，符合規程要求。