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磨煤輥堆焊修復(fù)的新材料合金藥芯焊絲

2014-9-17 16:05:24      點(diǎn)擊:

煤粉的制造是火力發(fā)電廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。60年代發(fā)展起來(lái)的中速碗式磨煤機(jī)以其高效節(jié)能、安全可靠等突出優(yōu)點(diǎn)正在逐漸取代傳統(tǒng)的鋼球磨煤機(jī)。目前國(guó)內(nèi)已裝機(jī)運(yùn)行和正在裝機(jī)中的中速磨煤機(jī)近300臺(tái)。主要有RPHPMPSMBF等四種型號(hào)。由于國(guó)內(nèi)電廠用煤種類較多,雜質(zhì)偏高,可磨性較差,使中速磨煤機(jī)的重要工作件磨煤輥的耐磨壽命問(wèn)題成為其能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。
   RP型中速碗式磨煤機(jī)是美國(guó)CE公司60年代在傳統(tǒng)的淺碗式磨煤機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的專利產(chǎn)品。70年代,日本三菱公司引進(jìn)CE公司這一專利開(kāi)始制造RP碗式磨煤機(jī),銷往中國(guó)和其他國(guó)家[1]。這種磨煤機(jī)的特點(diǎn)之一是采用堆焊式磨煤輥由于這種磨煤輥可反復(fù)修復(fù)使用,具有較高的經(jīng)濟(jì)性。美國(guó)和日本均很重視發(fā)展其制造及修復(fù)技術(shù),不斷從結(jié)構(gòu)和耐磨材料兩方面來(lái)提高磨煤輥的壽命。在結(jié)構(gòu)上,主要是通過(guò)增大耐磨材料的體積,發(fā)展大尺寸磨煤輥和改進(jìn)錐型磨煤輥為輪胎型磨煤輥兩種途徑來(lái)提高壽命。在材料方面,美國(guó)早期發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)NI-HARD用在磨煤輥上壽命僅4,000小時(shí);70年代到80年代,日本三菱公司成功發(fā)展了高鉻高碳合金鑄鐵堆焊材料,把磨煤輥壽命提高到6,000小時(shí),80年代美國(guó)又發(fā)展了一種新型耐磨堆焊材料,名為COMBUSTALLOY,使磨煤輥壽命進(jìn)一步提高[2]
   80年代我國(guó)也從CE公司引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù),在上海重型機(jī)器廠建立了RP碗式磨煤機(jī)的生產(chǎn)能力,并使用上海司太立公司的 STOODY 103S  STOODY 911S 生產(chǎn)了預(yù)保護(hù)堆焊復(fù)合的磨煤輥,在國(guó)內(nèi)得到推廣。隨著技術(shù)的成熟,其使用壽命也逐步達(dá)到90年代的8,000小時(shí)(當(dāng)煤中雜質(zhì)含量較少時(shí)),這就是國(guó)內(nèi)目前有代表性的成熟產(chǎn)品。無(wú)錫華奇耐磨材料有限公司現(xiàn)從美國(guó)引進(jìn)H101H901新一代磨煤輥明弧自保護(hù)堆焊焊絲,具有優(yōu)良的工藝性和使用性能。本文將介紹這兩種焊絲的性能及使用情況。

一、 磨煤輥磨損機(jī)理

  磨煤輥的磨損主要是煤對(duì)磨煤輥及磨盤形成的三體高應(yīng)力磨料磨損。對(duì)磨料磨損而言,磨料硬度是一個(gè)重要指標(biāo)。煤的莫氏硬度為1.0-3.75(相當(dāng)Hv50-214),與其它礦物相比是較低的,但是煤中含有的其它雜質(zhì),如粘土、方解石、石英和黃鐵礦等,它們硬度分別為Hv900-12001000。實(shí)踐表明,這些雜質(zhì)對(duì)磨煤輥磨損有著重要的影響,如石英和黃鐵礦含量增加,被磨材料形成的磨溝增多并明顯變深變寬[3]。因而不同的煤種對(duì)金屬的磨損程度不同,磨煤輥的壽命也就不同。
   通過(guò)電鏡分析,看到磨煤輥表面的犁溝,見(jiàn)圖1(略)。載荷作用下煤在金屬表面產(chǎn)生犁溝,除部分成為切屑外,大多是把金屬推向兩側(cè)而形成脊隆,在接著而來(lái)的煤粒作用下又把脊隆碾平。這種犁溝----碾平的反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)致了裂紋的形成和擴(kuò)展,最后以片狀磨屑形式斷裂脫落,見(jiàn)圖2(略)。無(wú)論是犁溝及脊隆的碾平和斷裂,還是溝底的塑性變形,其過(guò)程主要是屬于多次塑變的磨損機(jī)理。
   貧煤中含有較多硬質(zhì)礦物雜質(zhì),所以在在磨損表面產(chǎn)生塑性變形形成犁溝的同時(shí),還有磨料對(duì)磨損表面的嚴(yán)重劃傷,定高度,硬質(zhì)顆粒劃過(guò)時(shí)不易出現(xiàn)明顯溝槽,受沖擊時(shí)無(wú)金屬塑變。它的磨損機(jī)理主要是碳化物質(zhì)點(diǎn)的破碎和剝落,見(jiàn)圖5。因而碳化物相的硬度、尺寸、分布狀態(tài)(位向)以及它和萊氏體基體的結(jié)合強(qiáng)度都對(duì)磨煤輥磨損性能產(chǎn)生直接影響。如果碳化物垂直于磨損面呈條狀分布,如圖6,則有利于耐磨性的提高。碳化物深埋于基體中,與基體有很好的結(jié)合強(qiáng)度,可以有效地抵抗磨料對(duì)基體的磨損而不易崩落。相反,如果碳化物為顆粒狀或其分布呈無(wú)序狀態(tài),則在磨料作用下容易從基體中脫落而形成凹坑,使基體的磨損量增大,耐磨性下降,如圖7
   綜上所述,為了提高高鉻鑄鐵堆焊層的耐磨性,除了提高組織中基體硬度外,更要的是要通過(guò)適當(dāng)?shù)亩押腹に噥?lái)獲得最佳的碳化物硬度、尺寸、和分布狀態(tài)等。

二、 試驗(yàn)用焊絲成分及金相組織

1、試驗(yàn)用四種管狀焊絲化學(xué)成分

序號(hào)

牌號(hào)

C

Mn

Si

Cr

Zr

其它

Fe

備注

1#

北京

6.5

0.5

0.4

36.0

/

<1.0

某廠用埋弧焊絲

2#

103

5.15

2.5

1.5

27.5

0.3

<1.0

某廠用埋弧焊絲

3#

H101

6.0

2.0

0.9

26.0

/

<1.0

明弧/埋弧兩用

4#

H901

5.2

4.0

1.2

21.0

/

<6.0

明弧自保護(hù)焊絲

  1#2#H901三種焊絲堆焊層的金相組織見(jiàn)圖8、圖9、圖10。所有金相照片均取自堆焊道的正剖面,即與磨損面平行的平面。

三、 堆焊層耐磨對(duì)比試驗(yàn)

  為相對(duì)比較各焊絲堆焊層的耐磨性能,請(qǐng)上海材料研究所對(duì)表1中四種焊絲的堆焊層按垂直于堆焊層平面作磨損試驗(yàn)。 
   1.試驗(yàn)條件 
   設(shè)備:阿姆拉磨損試驗(yàn)機(jī)
   材料:圓環(huán)材料:12CrNiA 
   方塊試樣:四種堆焊層樣品(10mm×10mm×25mm 
   負(fù) 載:250牛頓 
   試驗(yàn)時(shí)間:30分鐘,干摩擦 
   2. 試驗(yàn)結(jié)果 
   以方塊試樣堆焊層的磨痕寬度來(lái)對(duì)比其相對(duì)耐磨性能,結(jié)果如下:

相對(duì)耐磨試驗(yàn)結(jié)果

試樣1#

北京I焊絲2#

103埋弧焊絲3#

H101明弧焊絲4#

H901明弧焊絲

磨痕寬度(mm

3.5

4.0

2.1

1.6

3.0

3.4

2.0

1.8

堆焊硬度

 

 

 

 

  耐磨試驗(yàn)結(jié)果表明,H101H901明弧焊縫由于焊絲成分調(diào)整合理,冷卻條件優(yōu)越,所以比埋弧焊縫有更好的耐磨性能,其中尤其是H901堆焊層的耐磨性明顯高于其它堆焊層。

四、 明弧堆焊和埋弧堆焊綜合對(duì)比

 

 

明弧自保護(hù)堆焊

埋弧自動(dòng)焊

材料消耗及成本

所用材料

管狀(藥芯)焊絲

管狀(藥芯)焊絲

焊絲價(jià)格(元/公斤)

46

46

熔劑消耗(元/公斤焊絲)

0

0.804

堆焊成本

下降1420

較高

勞動(dòng)生產(chǎn)率

Φ3.2焊絲適用焊接電流(安)

400450

350400

堆焊速率(公斤/小時(shí))

79

67

單層堆焊厚度(mm

≥2

≥2

勞動(dòng)條件

脫渣性能

無(wú)脫渣問(wèn)題

由于高合金成分,脫渣相當(dāng)困難

煙霧

有,需抽風(fēng)裝置

無(wú)

弧光

有,需加遮護(hù)板

無(wú)

自動(dòng)化程度

高(調(diào)好后無(wú)需看管)

低(人工操作)

勞動(dòng)強(qiáng)度

焊縫性能

焊道稀釋率

2040

2040

焊道冷卻速度

稍高

稍低

焊縫硬度

同樣焊盤,略高23HRc

稍低

 

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