硬面堆焊之探讨及其在水泥工业之应用

高铬铸铁是目前使用于磨辊及磨盘衬块最理想之材料，其原理是由于较高含量的碳及铬在高温下生成cr7c3散布于铁基之中，而同时铁之组织也随之发生变化，大部分形成马氏体，因而变为一种相当耐磨之结构，在20世纪80年代此种材料被广泛应用于立磨上。开始被电厂、水泥厂应用于磨煤机上，由于立磨相较于球磨机具有相当多的优点，如占地空间少，噪音较小，节省能源，故逐渐取代了传统的球磨机，90年代水泥设备制造厂，开始用于生料磨及水泥磨上。立磨之维修较为困难，而其大部分的维修都是由于磨损而引起的，而此期间水泥生产大型化之进度更是一日千里，随着磨料之增加，磨损情况也更进一步的加骤。 
    在此期间硬面堆焊之技术也有显著的进步，其原理与高铬铸铁完全相同，只是将高含碳量及含铬量之焊条或焊丝利用电焊之方法而生成cr7c3，而由于工艺上之不同，利用电焊的方法可以有较高之含碳量（铸造时约为3%，电焊约为5%）及含铬量（铸造时为15-25%。电焊时为25%-30%），所以其硬度比铸造品高，且由于冷却时间很短仅需几秒钟（铸造需几小时）故所生成之cr7c3之金相组织远优于铸造品，进而耐磨性会增加很多。 
    当电焊进行时，由于空气中含有大量的氧，必须加以隔绝，否则必生成cr2o3而非cr7c3，因此为了隔绝空气中的氧，一般有以下三种方法： 
    一、埋伏焊：此法于施工时在焊物体上覆盖一层砂，可以隔绝空气中的氧。 
    二、气体保护焊：此法在焊枪口加上一个环套，而导入与焊丝不产生化学变化的气体（如co2、n2、a等）以隔绝空气中的氧。 
    三、自保护明弧：此法于焊丝之药剂中加入可产生自保护气体之化学物，以隔绝空气中的氧。 
    上述三种方法之区别，埋伏焊和气体保护焊一般需将焊物体预热至200℃—300℃，否则焊道与母材之牢度不足，另此二法在焊道外层会形成壳状物，此壳状物必须敲掉，否则进行第二层焊接时无法牢固，影响品质甚巨，而自保护明弧焊一般采取冷焊（即无须预热）且不生成壳状物，工艺上较为简单，无须任何保护与敲壳动作，所以施工中较不易造成人为的失误，且因施工时温度较低，故产生cr7c3之金相组织较理想，因而其使用寿命会较长。 
    硬面堆焊之优劣取决于下列三个条件： 
    一、焊丝（或焊条） 
    焊丝之品质是影响堆焊之最主要条件，就目前而言，使用欧洲生产之此类焊丝品质较佳，国产之焊丝在下料填充时较不均匀，焊丝接缝不密合（导致漏粉现象），再加上配方较为不理想，所以其产品远不如欧洲之产品，寄望于国内焊丝制造厂加紧研制与改良。 
    二、工艺技术 
    堆焊时的施工步骤与方法相当重要，如处置不当，将导致于运转时产生崩落，促使磨轮发生跳动，粉磨效率下降，严重时则损坏设备，使整条生产线停产，后果相当严重。 
    三、员工素质 
    由于磨机之磨辊和磨盘衬块其磨损面相当不规则，大多呈犁沟状，所以堆焊时员工之技术水平与敬业精神就相当重要，否则完工后，如真圆度不佳或表面高低落差过大时，均会影响运转效率，浪费能源，甚至损坏磨机主体，所以如何训练员工提高其技术水平与耐心，从而堆焊出高寿命高效率之产品，就值得业界之经营者深思之。 
    总之硬面堆焊是一门非常专业的行业，国内有很多的磨机使用单位成立了第三产业从事磨辊和磨盘衬块的焊补工作，笔者百思不得其解，因为良好的焊补不仅可以延长使用寿命，降低维修费用，另外可以降低电耗量节省能源，此点是大家所忽视的，根据笔者的经验良好的堆焊能源节省的金额甚至超过其焊补费用，所以将堆焊修补工作交付专业的厂家去完成才是正确的选择。 
    笔者于1989年在台湾成立上庆栗本钢铁工来股份有限公司的，采用最先进的自保护明弧焊法，专门从事磨辊及磨盘衬块的硬面之焊补，又于1993年开始研究制作碳化铬复合式耐磨钢板up-plate，于1995年正式推出。很快就占有台湾的全部市场。1998年开始拓展海外市场，目前已外销50余国家，同年并将此up-plate耐磨板引进国内，广泛的应用于严重的磨损部位（如下料溜槽、管道、选粉机之导向叶片、风机叶片、壳体等），另于2001年在昆山成立昆山惠丰耐磨工业有限公司，从事磨辊及磨盘衬块之堆焊修复施工。由于产品之优良、诚信之服务，截至目前已拥有广大的水泥厂用户，其中大都为大型水泥集团（如海螺集团、华新集团、三狮集团等）。此外为改进高铬铸铁制作的磨辊与磨盘衬块易断裂之缺点，同时开发硬面堆焊之新品磨辊及磨盘衬块铸造堆焊，其方法是以高拉力钢为铸造材质，并预留耐磨面以硬面焊丝堆焊之，此种新品具有相当多的优点，其中最重要的是不易断裂，可以重复修复使用，大幅的降低维修费用，增加了使用效率，此项业务目前已推广至海外市场（如日本ube公司产品、polysius公司产品、德国loesche公司产品等）。