一、鄭州機械研究所介紹
鄭州機械研究所是研究機械工業(yè)基礎技術、基礎工藝的多專業(yè)綜合研究所，是原機械工業(yè)部直屬一類研究所，現(xiàn)轉制為中央直屬大型科技企業(yè)，已有近50年的科研工作歷史。全所現(xiàn)有職工近600人，其中研究員50多人、高級工程師200多人。鄭州所主要從事齒輪傳動、機械強度與振動、焊接材料/工藝/裝備、精密鑄鍛、鑄造、機電一體化技術的研究、產品開發(fā)和制造。已建成多個產業(yè)化基地，2004年銷售額超過4億元。
鄭州機械研究所自1971年至2000年，共取得科技成果680多項，其中獲得國家級和省部極獎勵200多項。40多年來在國家重大工程（如三峽、葛洲壩、長征二號火箭、核電站、航天載人工程）建設和國防建設中發(fā)揮了積極作用。
鄭州機械研究所從事焊接材料研究已有40多年的歷史，是國內從事焊接材料及工藝研究的主要科研單位之一，也是國內最早從事藥芯焊絲研究的單位，在國內享有很高聲譽。
二、特種焊接材料研究室介紹
特種焊接材料研究室是專門從事特種焊條及藥芯焊絲，尤其耐磨堆焊材料及工藝研究的處室，從事焊接材料研究、開發(fā)及生產已有30多年歷史，擁有一批專門從事焊接材料、磨損機理研究的技術人員。市場營銷人員也均是技術人員，熟練掌握焊接及磨損機理，可以針對客戶的不同需要，根據(jù)不同的工作條件、不同的基體金屬、不同的磨損工況，選用合適的搭配材料及相應的工藝，滿足用戶的需求，同時可以為用戶提供現(xiàn)場技術服務。具有相當?shù)纳a規(guī)模和修復條件，擁有自己的藥芯焊絲和特種焊條生產線，以及設施齊全的堆焊基地。生產品種多樣的耐磨堆焊材料（焊條及藥芯焊絲），可承接各種易損部件的修復，是研究所主要生產基地之一，經過幾十年的努力，不斷發(fā)展壯大，已形成科、工、貿為一體的實體。
三、 特焊室耐磨堆焊材料在水泥行業(yè)的應用
1. 在輥壓機擠壓輥堆焊方面的應用
輥壓機是20世紀80年代末從國外引進的一種高壓粉磨設備，具有高效節(jié)能的特點，經過不斷改進和完善，這種設備得到了在水泥行業(yè)得到了大量推廣。
輥壓機是用途廣泛的一種高效節(jié)能的粉磨設備。尤其適用于水泥熟料的粉磨，而且對石灰石、高爐礦渣、石灰砂巖、原煤、石膏、石英砂、鐵礦石等的粉磨也很有效。輥壓機的主要特點就是高壓，主要利用50-300Mpa的高壓對物料進行擠壓，達到粉碎的目的。輥壓機在水泥工業(yè)中已使用了十幾年，主要用于水泥熟料的粉磨。輥壓機極其惡劣的工作條件造成輥面磨損嚴重，因此，在制造輥壓機時就必須對擠壓輥表面進行有效防護。而在擠壓輥表面堆焊耐磨材料是目前全世界公認的最有效、最簡便的方法。這主要有兩個原因：一是堆焊材料和工藝便于不斷進行改進和調整；二是擠壓輥在使用一段時間后必然要產生磨損，而由于擠壓輥非常昂貴，絕大多數(shù)情況下不可能更換，只有在現(xiàn)場繼續(xù)對其進行修復。在這種情況下，只有采用堆焊的方法才能進行快速、有效的修復。
鄭州機械研究所特種焊接材料研究室于1991年就開始與洛陽礦山機器廠一起從事輥壓機擠壓輥表面耐磨堆焊材料的國產化和應用研究。借鑒德國洪堡（KHD）公司的先進技術和工藝，結合進口輥壓機在我國應用中存在的問題，形成了我們獨特的焊接材料和焊接工藝。經過多年的精心改進及大力推廣，我們所研制生產的輥壓機專用系列耐磨藥芯焊絲及手工焊條已在國內眾多水泥廠家得到應用，可達到輥面連續(xù)使用6000~9000小時不需補焊之效果，受到了用戶的廣泛好評。到目前為止，全國各地用鄭州機械研究所研制的材料和工藝制造或修復堆焊的輥壓機已超過180臺。其中包括￠1400×1000、￠1400×650、￠1200×800、￠1200×450、 ￠1200×360、￠1200×450、￠1000×630、￠1000×400、￠1220×760、￠1000×300、 ￠1000×260、￠800×200 等多種規(guī)格的進口和國產輥壓機。修復后的使用壽命均優(yōu)于原輥體的壽命。
僅2004年一年中信重型機械公司（即原洛陽礦山機器廠）就用我所堆焊材料制造輥壓機48臺，其輥面堆焊全部采用我所研制的藥芯焊絲。
我們?yōu)橹貞c拉法基水泥有限公司堆焊的一對Φ1220×760新擠壓輥，從2004年6月初投入使用至2005年7月，運行時間超過9000小時，這期間未堆焊過，該公司非常滿意，認為這遠遠超過了該輥子的預期使用壽命，其耐磨性能遠優(yōu)于該廠原裝進口輥。為廣東塔牌集團堆焊修復的一對1200×800擠壓輥，從2004年2月初投入使用至今，還未堆焊過，表面耐磨條紋高度還剩余2~3mm（新條紋高度5mm）。多年來大量的應用實例表明：無論是耐磨性還是焊接工藝性，我們的輥壓機堆焊材料完全可以與國外的材料相媲美，材料和堆焊工藝達到了國際先進水平。
我所是國內最早從事藥芯焊絲研究的單位，在國內率先研制出輥壓機表面堆焊專用ZD系列（ZD1、ZD2、ZD3、ZD310）及其它型號的耐磨藥芯焊絲及手工焊條。焊絲有埋弧焊（Ф4.0、Ф3.2）和CO2氣體保護焊（Ф1.6）兩種。該系列材料包括過渡層、緩沖層、硬面層和耐磨花紋層。通過這幾種材料的合理搭配，形成輥面硬度梯度，可有效地保證輥面的使用壽命。下面就我們的系列輥壓機堆焊材料做一詳細說明：
⑴ ZD系列手工電焊條（包括過渡層焊條ZM、硬面層焊條ZD3和耐磨花紋層焊條ZD310），適用于現(xiàn)場焊補輥面的小面積磨損或剝落。以及全位置（立焊和橫焊）焊接情況下的焊補。缺點是焊接效率較低。
⑵ ZD系列CO2氣體保護焊藥芯焊絲（Ф1.6），包括過渡層ZD1、緩沖層ZD2、硬面層ZD3和耐磨花紋層ZD310。適用于現(xiàn)場修復輥面的大面積磨損或剝落，以及輥面整體不拆卸大修。堆焊效率是手工電焊條的3~4倍，堆焊質量也明顯優(yōu)于手工電焊條。非常適合檢修時間緊張、又沒有備用輥子的水泥廠使用。
⑶ ZD系列埋弧焊藥芯焊絲（Ф4.0、Ф3.2），包括過渡層ZD1、緩沖層ZD2、硬面層ZD3和耐磨花紋層ZD310。該焊絲具有極高的焊接效率和優(yōu)異的焊接質量。適用于輥子的拆卸大修，這種情況下的大修能夠充分滿足堆焊的工藝要求，焊縫成型美觀，具有最可靠的堆焊質量保證。采用這種工藝修復堆焊的舊輥子，其使用壽命完全可達到新輥子的水平。
見于水泥廠檢修時間普遍比較緊張這一現(xiàn)狀，我們推薦廠家在不拆卸焊補或大修時盡量采用焊絲進行堆焊，這樣可有效保證焊補的進度和質量。同時建議，在經濟條件允許的情況下，定做一套備用輥，這樣就有可能作到每年更換一次輥子，而運行中輥子無需進行任何焊補，這樣可大大減少輥壓機的維修成本，提高企業(yè)的生產效率。
在對耐磨堆焊材料進行不斷改進的同時，我們還在輥壓機輥面磨損疲勞破壞機理及堆焊應力分析方面做了深入的研究工作，據(jù)此對堆焊工藝進行優(yōu)化，使輥面的堆焊質量不斷提高。
由于我所研制的堆焊材料抗裂性能優(yōu)良，所以用其堆焊的輥壓機輥面非常容易現(xiàn)場補焊，且堆焊工藝比較簡單。
實踐證明，用我所堆焊材料堆焊的輥壓機使用壽命可達到6000—9000小時，在我們保證的使用時間內，輥面可連續(xù)使用，不需進行任何處理。
我們在輥壓機堆焊方面可為用戶提供以下服務：
⑴.提供由我所自行開發(fā)研制的輥壓機表面堆焊專用系列焊接材料，包括焊條和焊絲；
⑵.我所從事輥壓機堆焊已有十多年的歷史，擁有完備的堆焊設施、熱處理設施和檢測設備，這些可有效地保證堆焊質量。我們可承接各種規(guī)格新舊擠壓輥的預保護堆焊和修復堆焊工程；
⑶.我所具有豐富的輥壓機現(xiàn)場堆焊修復經驗，可派技術人員和焊接操作人員為用戶提供現(xiàn)場技術服務，包括提供堆焊工藝指導、輥面局部堆焊修復和輥面整體不拆卸大修工程。
2. 在立磨磨輥及磨盤堆焊方面的應用
立磨又稱中速磨，已有近百年發(fā)展歷史。前期由于受耐磨材料性能所限，只能用于粉磨軟質物，
如煤、石膏等，在20 世紀70年代隨著新型干法水泥技術的飛速發(fā)展，立磨以其集粉磨、烘干和選粉于一體、運行經濟的特點被廣泛用于水泥原料粉磨。20 世紀70年代末德國非凡（Pfeiffer）公司的MPS立磨首次用于粉磨礦渣水泥，拓寬了立磨的應用范圍。20 世紀90年代，立磨粉磨水泥及礦渣在國外得到較廣泛的應用。在國內，目前水泥廠使用立磨以粉磨原料和煤為主，用于水泥和礦渣粉磨較少。由于立磨得到了越來越廣泛的應用，所以對磨輥和磨盤的耐磨性就提出了越來越高的要求。目前國內使用立磨磨機的水泥廠有很多家，一部分使用的是進口的立磨磨機，如德國的萊歇公司、伯力鳩斯公司、非凡公司，日本的宇部公司等，一部分則使用的是國產立磨磨機。立磨磨機極其惡劣的工作條件造成輥面磨損嚴重，因此，在制造磨機時，立磨磨輥輥套及磨盤襯板一般采用整體耐磨合金鑄造（高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵）或復合耐磨堆焊的方法制造，以期提高輥體及磨盤的耐磨性和使用壽命。
用整體耐磨合金鑄造的磨輥及磨盤雖然有著較好的耐磨性，但存在兩個問題：1. 輥體成本較高，磨損到一定尺寸后整個輥體就要報廢，雖然可采用堆焊方式修復，但只可修復1~2次；2..輥體本身脆性大，容易出現(xiàn)輥體斷裂、開裂現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)這種情況，會嚴重影響設備的運行安全。因此，國外多家公司在制造大型立磨磨輥及磨盤時已開始傾向于采用復合耐磨堆焊的方法，即：輥體基體采用韌性良好的低碳鋼和低合金鋼，表面堆焊耐磨材料進行有效防護。這樣既可以保證工件表面具有優(yōu)良的耐磨性，又可使輥體具有良好的綜合機械性能，不存在開裂或斷裂的危險。另外，這種鋼機體的工件可反復進行堆焊，這樣可大大減少設備的備件成本。
尤為重要的一點是，堆焊金屬具有組織均勻、晶粒細密等特點，這有利于保證堆焊金屬均勻、優(yōu)良的耐磨性能。而鑄造組織相對比較粗大，且容易產生偏析，這就使鑄造合金的組織均勻性、耐磨性能受到很大影響。
由于立磨磨輥工作中承受著擠壓力及摩擦力，這就要求輥面堆焊時必須采用特殊的堆焊工藝和堆焊材料，如果選用材料或焊接工藝不當，有可能造成輥面嚴重剝落損壞。鄭州機械研究所特焊室研制的MD（MD621、MD611、MD601）系列耐磨堆焊藥芯焊絲，屬于高碳高鉻合金焊絲，其堆焊層金屬含有大量的、細密的碳化物硬質點，這些硬質點具有優(yōu)良的耐磨性能。該系列焊絲適用于受不同程度磨粒磨損工件的預保護和修復堆焊，特別是立磨磨輥輥套及磨盤襯板，以及各種溜槽的堆焊。我所研制的該系列焊絲不但可在各種鋼基體上堆焊，而且可在高鉻鑄鐵或鎳硬鑄鐵基體上堆焊（結合我所制定的特有的焊接工藝），結合性能良好。不會產生剝落現(xiàn)象。我所研制的立磨堆焊專用系列焊絲具體介紹如下：
⑴ MD（MD621、MD611、MD601）系列埋弧堆焊藥芯焊絲，適用于新的鋼基體輥套的堆焊，以及拆卸下來的舊的鋼基體或鑄鐵基體的輥套的修復堆焊。特點是堆焊效率高、焊縫成型美觀、堆焊質量穩(wěn)定。另外，埋弧堆焊設備技術早已成熟，且價格低廉，非常使用。用戶可針對不同的工況及物料選擇不同型號的焊絲。
⑵ DH（DH621、DH611、DH601）CO2氣體保護堆焊和明弧堆焊藥芯焊絲，適用于在現(xiàn)場對磨輥或磨盤進行不拆卸堆焊修復。工藝簡單，使用方便。
我們已為日本宇部公司等國內外多家水泥設備或水泥生產企業(yè)堆焊了磨輥輥套或磨盤，包括鑄鋼基體和鑄鐵基體，受到用戶的普遍好評。
3. 錘式破碎機錘頭及錘盤的堆焊.
錘式破碎機是水泥企業(yè)常用的破碎設備，多用于破碎生料。多年來，這種設備有越來越大型化的趨勢，特別是由天津院開發(fā)的單段錘式破碎機，得到了普遍應用。隨著設備越來越大，設備的備件成本也越來越高，也就對錘頭及錘盤的耐磨性能提出了更高的要求。錘頭越大，磨損越劇烈，就越具有較高的修復價值。多年以來，我們已為國內多家水泥廠修復了很多副單段錘式破碎機錘頭，也為這種設備的制造廠家提供了大量的預保護堆焊焊絲或焊條。
錘頭的工況很復雜，既要受劇烈的沖擊磨損，又要受劇烈的磨粒磨損（犁削磨損）。因此，要求錘頭既要有優(yōu)良的韌性，又要有優(yōu)良的耐磨性。國內錘頭多采用高錳鋼（ZGMn13Cr2）或超高錳鋼（ZGMn18Gr2）鑄造，之所以采用高錳鋼作錘頭，是因為高錳鋼具有優(yōu)良的沖擊韌性，并具有表面沖擊硬化作用。少數(shù)采用進口鍛造合金鋼（如30CrMoV9）。由于中國地域遼闊，所以國內各水泥廠原料，尤其是南方和北方，其性能指標相差很大。例如，某水泥廠的單段破碎機錘頭的使用壽命是破碎4萬多噸石灰石。而在另一水泥廠，同樣的錘頭可破碎100多萬噸石灰石。顯然，前者的設備備件成本是后者的幾倍甚至是十幾倍。這種情況說明，在很多情況下高錳鋼的沖擊硬化作用并未顯現(xiàn)出來。
因此，許多水泥廠都有修復高錳鋼頭的愿望。針對這種狀況和需求，我所在多年以前就研制出了高錳鋼錘頭堆焊修復專用材料及特殊的焊接工藝。實踐證明，用我所堆焊材料和工藝修復的錘頭，使用壽命一般可提高1倍以上。
大型錘式破碎機的錘盤因價格昂貴，具有較高的修復價值。我所用自己特有的焊接材料和堆焊工藝為國內多家水泥廠現(xiàn)場修復了大型錘式破碎機的錘盤，為企業(yè)的節(jié)能降耗做出了貢獻。
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4．風機葉輪的堆焊修復
風機是水泥廠非常常用的設備，多數(shù)風機過風時要攜帶大量的各種粉塵，因此風機葉輪要受到不同程度的沖刷磨損，這就要求葉輪的葉片必須具有優(yōu)良的耐磨性。針對如何提高風機葉片的耐磨性能，我們做了大量的工作，研制出了多種耐磨焊條，其中以TN65型焊條耐磨性能最為優(yōu)良。我們已為國內幾十家水泥廠修復過風機。實踐證明，用我們的焊條堆焊修復的風機，壽命可提高4~8倍。
5．立窯塔篦齒的堆焊修復
塔篦是機立窯中的關鍵部件，其工作在很高的溫度下，承受著劇烈的磨粒磨損，因此堆焊耐磨焊條是提高塔篦的壽命的最有效的方法。我所研制的立窯塔篦齒堆焊專用焊條TDL-60等具有優(yōu)良的耐磨性能，和優(yōu)良的堆焊工藝性能。堆焊后的塔篦可使用一年以上。
除上述部件以外，鄭州機械研究所研制的耐磨堆焊焊條和焊絲也適用于各種挖掘機鏟齒、各種下料溜槽、攪拌機葉片、磨機襯板等部件的修復堆焊。可顯著提高這些部件的使用壽命。
?鄭州機械研究所特焊室從事耐磨堆焊材料和工藝研究已有近20年的歷程，具有豐富的耐磨堆焊經驗。我們不斷跟蹤國外的先進技術和經驗，已開發(fā)出幾十種堆焊材料品種。我們同水泥行業(yè)的合作已有十多年的歷史，見證了國內水泥行業(yè)耐磨堆焊技術不斷進步的過程，我們?yōu)樽约耗軌蛴米约旱目蒲挟a品和技術為這些進步做出貢獻而感到由衷的驕傲。
隨著各種能源的不斷緊張，廣大水泥企業(yè)越來越意識到節(jié)能降耗的重要性，也越來越重視提高各種易磨損部件的壽命，重視對這些部件的修復工作。對于水泥行業(yè)來講，耐磨堆焊技術是一個朝陽產業(yè)，有著不可估量的前景，意義非常重大。鄭州機械研究所特焊室愿與廣大水泥行業(yè)的同仁一道，發(fā)奮圖強，攜手并進，使中國水泥行業(yè)的耐磨堆焊修復技術提高到一個新的水平。
