堆焊技術在冶金機械設備維修中的應用

鄭許浩翔

（江西瑞林裝備有限公司，江西 南昌 330000）

面對著越來越大的金屬原料市場需求，金屬礦產資源的開采力度逐漸增大，相應的冶煉企業數量也隨之增加。與其他行業相比，冶金行業的主要生產成本在于冶金設備的采購與維修。一般情況下，各個冶金設備之間都是相互關聯的，當某一設備出現故障或無法正常運行時，會直接導致最終產出金屬的質量。但又由于冶金設備的采購成本相對較高，維修成為了設備出現故障時的首選。如何切實有效地實現對機械設備故障的徹底修復也成為了相關領域研究的重點。

基于此，本文提出堆焊技術在冶金機械設備維修中的應用研究，根據不同故障的屬性和特征，使用不同的堆焊技術對其進行個性化維修，并通過實際應用驗證了所提方法的維修效果。通過本文的研究，以期在有效控制冶金企業設備成本的同時，最大限度延長設備的使用壽命，實現設備價值最大化[1]。

1 堆焊技術優勢分析

堆焊技術本質上是在一定的環境條件的支持下將具有使用性能的合金材料熔覆在目標材料的表面，使目標材料恢復原有的原有形狀尺寸和使用性能的工藝。其不需要對目標材料進行特殊處理，僅通過準確的熔覆材料選擇就可以實現修復目的，因此需要的成本相對較低，可以大大減少由于機械設備故障帶來的經濟損失。除此之外，堆焊在修復因長期服役而出現的失效問題方面也有明顯優勢，一般情況下，該類問題主要是由于磨損引起的，堆焊可以以最簡單的方式實現對磨損材料的補充，恢復其原始形態；其次堆焊技術在強化材料屬性方面也有巨大的應用潛力，通過使用高強度、高韌性的熔覆材料對材料表面進行加固，提高目標材料的弱化屬性。

圖1 等離子熔覆堆焊技術

由此可以看出，堆焊技術可以通過合理地使用修復材料實現對機械設備的優化改進、低成本條件下的修舊設備修復，在節約資源，擴大能源利用價值，保護環境方面都有重要價值。對于冶金行業而言，設備的運行環境通常具有溫度高、壓力大、荷載強、腐蝕作用明顯的特點，設備失效問題出現的頻率更高，堆焊技術恰好可以通過將堆焊層與設備材料進行黏合，將適應運行環境需求、服役性能強的材料覆蓋在設備表面，提高其耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射性能。因此，加工堆焊技術應用在冶金機械設備維修中是具有巨大開發空間的[2-4]。

2 堆焊技術在設備維修中的應用

2.1 連鑄輯修復

冶金設備中的連鑄是確保設備運行的主要部件，但由于其工作環境的溫度較高，可達到500℃-600℃，因此對設備表面材質的耐熱性要求較高，在長期的高溫作用下，連鑄出現裂紋和彎曲的可能性相對較高。傳統的埋弧焊維修方式雖然可以使連鑄恢復基本使用屬性，但其有效期相對較短，其修復位置的耐熱性遠不如原始狀態，出現故障的頻率更高，在延長設備使用壽命方面的實際作用并不明顯。這主要是由于其焊接技術決定了選擇的焊接材料以碳為主，與設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。對此，采用堆焊技術可以擴大熔覆材料的選擇范圍，根據連鑄的屬性，將具有更高抗熱性能的合金材料作為修復材料，現階段應用較為廣泛的HOCr13Ni4MoN/焊劑SJ315就可以滿足大多數連鑄的使用需求。在具體的實施過程中，在出現實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，理清材料與之的關系，確保堆焊材料在過渡層和硬面層具有層級遞減關系，過渡層以BGJ-31+KF81為基本標準、硬面層以BGJ-12+KF81為基本標準，利用焊接技術將夾送輥的表層與裂縫處進行焊化處理，改進斷口處的原始分子結構，建立新的連接關系，測試夾送鯤的硬度達到(50+2)HRC時，即可對堆焊層的強耐熱性和耐磨性進行壓制處理，是外觀形態與原始狀態保持一致。

2.2 齒輪修復

齒輪故障也是冶金機械設備中常見的故障之一，作為一種應用較為廣泛的零件，齒輪修復效果也是冶金效率的重要因素之一。作為一種外硬內韌的材料，原料中低碳合金鋼為主要成分，因此在對其進行修復時工藝相對復雜，滲碳和淬火工序決定了其斷裂口具有明顯的顆粒屬性，這樣決定了其修復難度更大。在使用堆焊技術對其進行維修時，可以將齒輪的淬硬傾向作為熔覆材料的選擇依據，結合齒輪運行環境的輸入熱量值，對齒輪組織進行重造。先利用遠紅外輻射電熱器對斷齒進行加入處理，溫度達到熔化溫度后，用石棉布保溫，在此狀態實施激光堆焊，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，完成對齒輪的修復。

3 實際測試應用

為了測試堆焊技術在設備維修中的應用效果，進行了實際應用測試。

3.1 測試環境

本文以某鋼鐵集團為測試對象，故障位置為四級破碎機的兩個工作輥出現斷裂，該工作輥的使用時間僅為1年，磨損程度極小，直接報廢處理對于企業會造成一定的經濟損失，同時也無法實現對工作輥的充分利用，為此，需要對其進行維修處理。根據上文提出的維修方法，利用激光堆焊技術的方式對其進行修復

3.2 維修過程

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工作需求，同時其在運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的抗壓能力，本文使用5kW橫流COz激光器作為堆焊施工設備，使用具有更高韌性的Ni60+40 %WC復合材料作為堆焊材料，在實施焊接前，在550℃-650℃的環境中對堆焊材料進行加熱處理，時間為1.5h。以此為基礎，使用激光器在以斷裂的工作輥裂口為中心，前后2mm范圍內熔敷層3.00mm厚度的堆焊材料，并實施輥壓處理，直至其突出部分不超過1.00mm。

3.3 修復結果

在完成修復工作后，首先使用硬度檢測儀直接檢測了工作輥堆焊修復層表面的硬度，結果為63.5HRC，可以滿足實際使用需求。

其次，測試了在不同壓力條件下斷裂處的形變情況，其結果如表1所示。

表1 壓力作用下修復位置形變情況

從表1中可以看出，經過激光修復的斷裂工作輥在12MPa的壓力作用下，形變量仍處于0.01μm范圍內，并未出現裂痕趨勢，表明其可以滿足實際的使用需求，具有良好的修復效果。

最后，測試了在不同溫度環境下斷裂處的形變情況，其結果如表2所示。

表2 高溫作用下修復位置形變情況

從表2中可以看出，當環境溫度達到600℃時，修復的工作輥形變仍穩定在0.005以內，并未出現熔斷現象，表明本文提出的設備維修方法具有良好的維修效果[5]。

4 結語

冶金機械設備的成本相對較高，當出現問題時，要首先考慮進行維修，以此盡量降低冶金企業的生產成本。穩固的維修效果是關系到其后續運行的關鍵因素，本文提出堆焊技術在冶金機械設備維修中的應用，提出了在不同故障類型中，堆焊技術的應用方式，并驗證了其修復效果。通過本文的研究，以期為冶金機械設備的維修工作帶來新的思路。