風(fēng)扇磨煤機(jī)打擊輪補(bǔ)焊技術(shù)研究

2012-03-14 00:22:24王春貴

黑龍江電力 2012年3期

王春貴

(黑龍江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，黑龍江哈爾濱150036)

0 引言

風(fēng)扇式磨煤機(jī)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(shí)會(huì)發(fā)生風(fēng)扇磨煤機(jī)輪鼓飛裂事故，因此，為了保障生產(chǎn)需煤要求，需要對(duì)風(fēng)扇磨煤機(jī)打擊輪進(jìn)行工藝處理，以獲得所需要的表面性能，對(duì)此，本文根據(jù)某發(fā)電廠S36.5型風(fēng)扇磨打擊輪的工作特點(diǎn)，分析了風(fēng)扇式磨煤機(jī)磨損機(jī)理，選擇合適的補(bǔ)焊工藝，提高了其耐磨性能，延長(zhǎng)了其使用壽命。

1 磨損機(jī)理和磨損過(guò)程

兩個(gè)物體相互接觸并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便發(fā)生磨擦，由于機(jī)械、物理和化學(xué)作用，使物體表面損壞或尺寸形狀變化，這種現(xiàn)象稱為磨損。比較通用的分類方法是按磨損機(jī)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(xué))磨損［1］。風(fēng)扇磨煤機(jī)打擊輪的磨損主要是磨料磨損。風(fēng)扇磨煤機(jī)打擊輪外形如圖1所示。

圖1 磨煤機(jī)打擊輪

表1 磨料磨損的分類方法和定義

從風(fēng)扇式磨煤機(jī)的工作過(guò)程和表1顯示的內(nèi)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(jié)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(nèi)、外側(cè)面被磨成了月牙形;工作面進(jìn)口側(cè)較平滑;出口側(cè)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(guò)渡區(qū)域;從進(jìn)口側(cè)到出口側(cè)沖擊板的厚度減薄加劇，徑向剖面承流線型。由此可見(jiàn)，打擊板宏觀磨損形貌(重疊的波浪形)主要與氣流運(yùn)動(dòng)作用、煤粒大小、沖擊速度、角度有關(guān)。材料的磨損包括3個(gè)過(guò)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(shè)計(jì)書

焊接工藝評(píng)定是通過(guò)對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能或其它性能的試驗(yàn)，證實(shí)焊接工藝規(guī)程的正確性和合理性的一種程序。焊接工藝評(píng)定應(yīng)根據(jù)所焊工件選擇焊接方法、焊接材料，制定焊接工藝設(shè)計(jì)書，對(duì)樣板進(jìn)行焊接、檢驗(yàn)，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(fēng)扇式磨煤機(jī)打擊輪處在惡劣的工作環(huán)境，經(jīng)常受到嚴(yán)重的高能量沖擊、沖蝕和鑿削相結(jié)合的磨料磨損。因此，為減輕打擊輪工作表面磨損和延長(zhǎng)服役壽命，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(shè)備比較簡(jiǎn)單，適用于磨損嚴(yán)重的工況。堆焊層的優(yōu)點(diǎn)是它與基體金屬結(jié)合強(qiáng)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(dá)3 kg/h。

2.3 注意影響堆焊的一些重要指標(biāo)

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(guò)程中可能影響達(dá)到這個(gè)目的的一些重要指標(biāo)，如稀釋率、熱循環(huán)、熱應(yīng)力。其中關(guān)鍵的是稀釋率。

堆焊時(shí)，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(gè)熔池面積的百分比來(lái)表示。堆焊層以及熔合區(qū)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(shí)，應(yīng)以減小稀釋率為主要原則。在堆焊方法和設(shè)備已選定的情況下，應(yīng)從堆焊材料成分上補(bǔ)償稀釋率的影響，并從嚴(yán)格工藝參數(shù)上控制稀釋率［3］。

堆焊應(yīng)用的成功與否有時(shí)取決于內(nèi)應(yīng)力的大小和載荷應(yīng)力的類型(剪切、拉伸或壓縮應(yīng)力)。堆焊件的殘余應(yīng)力將加大或減少服役載荷產(chǎn)生的應(yīng)力，因而加大或減少堆焊層開裂的傾向。要減少殘余應(yīng)力，除對(duì)堆焊工藝采取必要的預(yù)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(shù)差以及改進(jìn)堆焊金屬的塑性來(lái)控制。

2.4 施焊方法與作業(yè)環(huán)境

由于磨煤機(jī)打擊輪的修復(fù)為現(xiàn)場(chǎng)堆焊，焊件形狀不規(guī)則，故只能采用手工焊條電弧堆焊。手工電弧堆焊的缺點(diǎn)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(wěn)定，使堆焊層質(zhì)量均勻，應(yīng)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(yīng)以偏小為原則，保證堆焊金屬不會(huì)被母材過(guò)度地稀釋。

3.培養(yǎng)良好的語(yǔ)文學(xué)習(xí)習(xí)慣。凡是學(xué)困生幾乎都有一個(gè)共性，那就是沒(méi)有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。從課堂常規(guī)及語(yǔ)文學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)習(xí)慣做起，根除危害學(xué)困生成長(zhǎng)的不良習(xí)慣。

3 焊接工藝評(píng)定對(duì)象

S36.5型風(fēng)扇式磨煤機(jī)材質(zhì)為ZG17CrMo55，針對(duì)其磨損特點(diǎn)，選定以下幾種焊條為本次焊接工藝評(píng)定的對(duì)象:D608、D687、D707、D256、D276、D127［4］。

1)D608。D608為馬氏體合金鑄鐵，Cr4Mo4合金系統(tǒng)，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(yīng)力和低應(yīng)力磨料磨損能力，并有良好的抗壓強(qiáng)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(tǒng)，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(gòu)成的一種堆焊合金，有很高的硬度(2 500 HV)及熔點(diǎn)(2 600℃)。當(dāng)鐵基合金為基體時(shí)，堆焊組織一般為含W馬氏體鋼或含W馬氏體合金鑄鐵，因?yàn)橛懈哂捕忍蓟u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(qiáng)烈磨料磨損條件下工作。D707為W45MnSi4合金系統(tǒng)。

4)D256。D256為奧氏體高錳鋼堆焊合金，幾乎全部以鑄件形式應(yīng)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(duì)低應(yīng)力磨料磨損耐磨性不是很好，在重沖擊時(shí)經(jīng)變形加工硬化后，表層硬度可達(dá)到HB450～HB550，耐磨性大大提高，是強(qiáng)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(fù)尺寸堆焊，奧氏體鋼堆焊層產(chǎn)生開裂和剝落的機(jī)率小。在使用過(guò)程中，高錳鋼堆焊層會(huì)出現(xiàn)裂紋，但高錳鋼有良好的抗裂紋擴(kuò)展能力，所以這種裂紋不會(huì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(tǒng)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(dá)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(tǒng)。

考慮到鑄鐵焊條和碳化鎢合金的可焊性，本次試驗(yàn)除對(duì)D608、D687、D707進(jìn)行單獨(dú)評(píng)定外，對(duì)以上3種焊條分別加D127作為過(guò)渡層焊條進(jìn)行評(píng)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(fēng)扇磨打擊輪體積較大，對(duì)其進(jìn)行整體熱處理很難實(shí)施，因此，本次以不需熱處理為原則進(jìn)行補(bǔ)焊。對(duì)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(yīng)按焊條類型進(jìn)行烘干，焊條烘干規(guī)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(guī)范

表3 焊接工藝設(shè)計(jì)

續(xù)表3

4 試板的檢驗(yàn)

對(duì)耐磨堆焊層評(píng)定試板應(yīng)做表面著色探傷、硬度測(cè)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(xué)成分分析。

在依據(jù)焊接工藝設(shè)計(jì)(表3)焊接的8塊試板(圖3—圖10)中，只有D256、D276未產(chǎn)生裂紋，因此，在不進(jìn)行熱處理的情況下，只有D256、D276符合要求。對(duì)這兩塊試板進(jìn)行著色探傷，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，兩塊試板的接頭橫剖面宏觀金相檢驗(yàn)結(jié)果如圖11、圖12所示，金相檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)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(xué)成分分析表明，兩種焊條的稀釋率均在10%以下，符合規(guī)程要求。