堆焊材料(上篇)

异军突起——堆焊材料（上篇）2009-8-5 17:29:19

俄罗斯人斯拉维扬诺夫在1892年研究成功了现行的金属电弧焊接法时，仅仅是做为一个金属连接的实用化方案。他怕是怎么也没有想到，在以后的一百多年里，特别是到了1904年当瑞典人奥斯卡尔·杰克尔贝格建造了世界上第一个焊条生产企业-ESAB公司的OK焊条厂后，他所发明的电弧焊接作为最重要的金属加工手段之一，日后竟为人类工业文明作出了如此巨大的贡献。仅2004年中国的金属焊接量即已达到了令人瞠目的2亿吨。而为了修复、制造零件或在零件表面获得耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的这样一门技术--堆焊，也随着工业生产的需要和科技进步而蓬勃发展起来了。

堆焊是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种熔化焊方法。但它与一般焊接不同，不是为了连接零件而是用焊接的方法在零件表面堆焊一层或数层具有一定性能的特殊材料。堆焊属于熔焊，一般分为：手工电弧、氧乙炔焰、明弧自动、埋弧自动、气体保护、等离子弧、电渣、振动电弧和其它堆焊等几大类。在本专题“堆焊材料”上、下篇中，咱们主要讨论近几年水泥工业广泛采用的两种堆焊工艺：自动埋弧堆焊和自保护药芯焊丝明弧堆焊，简称埋弧堆焊和明弧堆焊。

目前使用的堆焊金属主要有铁基、钴基和镍基三大类。其中水泥磨料磨损领域以铁基为主，它又分为奥氏体钢堆焊金属（如高锰钢焊条），马氏体钢堆焊金属和碳化物堆焊金属。立磨和辊压机现今多使用碳化物堆焊金属中的高铬合金铸铁系列（另为碳化钨系列）。

高铬铸铁堆焊合金一般含C1.5%～5.0%、Cr22%～32%并适当加有Ni、Si、Mn、Nb、Mo、B、Co。文中开头提到着名的欧洲“百年老店”ESAB集团美国分公司生产的Wear-O-Matic40即是一款典型的高铬铸铁焊丝，其主要成分：C 4.0%、Cr 27%、Si 1.5%、 Mn 1.5%、 Mo 1.0%。常见的堆焊高铬铸铁基体组织是残余奥氏体加共晶碳化物。由于含有大量高硬度(CrFe)7C3相，所以有很高的抗低应力磨料磨损性能，加之成本较低、工艺性尚好，目前在水泥工业应用最为广泛。

在以往的水泥金属耐磨材料里，堆焊只是做为一种辅助的、甚至是临时性的修修补补技术而居次要地位。所使用的工艺、设备大多为相对落后的手工电弧和氧乙炔堆焊。而当水泥工业发展到以新型干法窑为主的时代，立磨、辊压机等一大批高性能先进设备成为粉碎作业的主力时，情况便发生了急剧变化。

现代水泥工业所选用的大型立磨、辊压机核心部件：立磨磨辊、磨盘和辊压机辊子，由于需要承担起长期在恶劣、严酷工况条件下连续、稳定工作的任务，故对其综合机械性能及抗磨损性能要求极高，加之目前水泥生产设备大型化，一个磨辊动辄几吨甚至十几吨，使得常规铸造，无论是对金属化学成分的偏析控制还是铸造缺陷的防止，都已显得力不从心。铸件应力剧增，断面性能波动大，安全性陡然下降，同时需要大的铸造、热处理、金加工设备，使产品制造成本高、生产周期长，加之不能循环利用，使用费用大幅增高。这一切均严重制约了立磨、辊压机铸造耐磨件的发展。反观之，率先在火电行业广为应用的RP、MPS中速磨，则通过堆焊技术有效地解决了磨辊、磨盘这一耐磨件难题。

其实无论是立磨磨辊、磨盘还是辊压机辊子等耐磨件，不仅可以通过铸造工艺来制造，也都可以通过堆焊工艺来制造。堆焊耐磨材料事实上可看做是一个微观的铸造过程，它也如同常规铸造一样，将特殊的合金材料通过电弧或是其它热源将其熔化，而后凝固。只不过在朋友们的印象中，铸造是将一炉熔化的钢水浇注入砂型中。而堆焊则像一个连续的微观小熔炉不停的将钢水熔化、凝固，最后“堆砌”成我们所需要的形状和尺寸，这就是堆焊制造。这是不是有点像高等数学中的“微分、积分”概念？

由于堆焊可看作是无数个小电炉或小钢包，通过连续熔化、浇铸、凝固的小截面部件，最后焊接成一个宏观的大铸件，这就回避了大铸件因金属化学成分偏析，而带来的一系列头疼问题。加之堆焊材料事实也可以看做是复合材料一样，仅仅用在刀刃上的那一点才是“好钢”，故而材料成本也得到了节约。尤其可贵的是：假如耐磨件母体，例如：辊压机辊子辊坯选用优质锻造合金钢，那可重复堆焊循环次数达10次之多。所谓只能堆焊3～4次，往往是因为选用了铸件而非锻件毛坯，或是堆焊工艺不当，再或是使用不当致使局部过度磨损，而无法修复。故建议水泥企业的朋友们订购辊压机辊子时一定要选用优质的锻造合金钢毛坯，并严格按使用规程及时检查维护。有条件的应尽量采用离线修复。尤其是辊压机辊子。栏主坚持认为，再好的在线修复也比不上离线修复。“嘻嘻……”，这只是一家之言。计算在线修复与离线修复的经济账，一定要站在统观使用寿命、拆卸成本、占用作业时间、备件资金、仓储成本、运输成本和运转可靠性的全局，而非单纯生产或技术观点。

至于目前有分歧的究竟是埋弧好还是明弧好，两层过渡好还是三层过渡更好，加B好还是加Nb好，加多少是更好，在线好还是离线好，预热好还是不预热好，铸坯好还是锻坯好;甚至是铸坯离线好还是在线好,锻坯离线好还是在线好，一定要以上述的全局观应时应地具体分析，下篇将着重探讨这些问题。栏主看到最近几届耐磨材料会上，代表不同利益公司的公关经理、技术代表们，为了己方公司利益，或是标榜自己来自欧美血统纯正，或是影射攻击同业对手，甚至不惜掩盖或扩大某些缺陷或参数，怒眉倒竖、唾星横飞，大打口水仗，栏主不免有些忧虑。目前作为水泥堆焊事业尚处于一个起步发展阶段，正需要大家能认认真真、脚踏实地地做工作，倘若大家能互相学习、配合、支持，加速堆焊工艺技术水平提升，降低成本，这岂不是堆焊行业乃至中国耐磨材料业的一大幸事。想到此，栏主脑海中不由得闪现出三年前在哈尔滨焊接研究院荣誉室参观时的一段记忆……那是举国充满火一样热情的1958年，面对当时国际上主要帝国主义国家的敌视和封锁。当领袖用那浓浓的湘音发出：“中国人民有志气、有能力，一定能在不远的将来赶上和超过世界先进水平”的憾世强音时，一个民族因百年屈辱、压抑而积聚在胸中的激情像火山一样爆发出来。神州大地热浪滚滚，举国同心大跃进，各地工交企业更是争先恐后、你追我赶。当时的哈尔滨水泥厂面对供应日趋紧张的高锰钢铸造锤头，与哈尔滨焊接研究院通力合作，积极开动脑筋，干部、科技人员、工人“三结合”，大搞技术创新与技术革命。创造性地将铬铁、钼铁、锰铁粉碎后在球磨机中磨细至900孔/cm2，而后采用银色石墨粉、水玻璃调配成粘合剂，均匀粘涂在圆钢电极上。没有专门的电渣堆焊设备，便土法上马，硬是用四台普通焊机并联改装成功电渣堆焊电源，而后巧夺天工地设计了一套水冷铜结晶器锤头模具和自动进给升降工作台架，成功堆焊出了性价比超过