大直徑熱軋夾送輥堆焊修復(fù)技術(shù)

1、大直徑熱軋夾送輥堆焊修復(fù)技術(shù) 李春波 (湖南湘船重工有限公司，長沙) 摘要： 針對大直徑熱軋夾送輥使用時間短，堆焊修復(fù)困難，本文詳細(xì)介紹了采用藥芯焊絲埋弧表面堆焊技術(shù)，可修復(fù)各 類型大直徑熱軋夾送輥，堆焊修復(fù)該類輥的堆焊技術(shù)要求、堆焊材料的選擇、堆焊修復(fù)制造工藝的特點(diǎn)及流程，有效提高 了熱軋夾送輥的質(zhì)量和使用壽命。 關(guān)鍵詞 ：大直徑，熱軋夾送輥，堆焊修復(fù) 0 前言 隨著鋼廠熱軋板帶軋機(jī)向大型化、高速化、 自動化方向發(fā)展，相應(yīng)對熱軋夾送輥的要求也越 來越高。夾送輥質(zhì)量的好壞直徑影響著鋼胚的質(zhì) 量。由于熱軋夾送輥的工作溫度在550750 C,且 承受較大的壓力，輥表面容易出現(xiàn)凹坑、龜裂、 粘鋼、剝

2、落等現(xiàn)象，因此要求熱軋夾送輥能夠滿 足如下軋制的特性要求： (1) 具有較高的抗壓強(qiáng)度和良好的剛性，足以 承受高軋制力和峰值負(fù)荷； (2) 具有良好的韌性，以避免斷輥、輥身裂紋 和表面剝落； (3) 輥面有良好的耐磨損性能和抗疲勞性能， 以降低輥耗； (4) 輥面具有均勻的組織和硬度，使得全輥面 具有均勻的耐磨損性； (5) 具有良好的耐蝕性，以抵抗熱軋過程中高 溫與潤滑或冷卻媒介的腐蝕。 基于以上特性要求，熱軋夾送輥輥面硬度應(yīng) 達(dá)到 5560HRC ，以及兼有良好的耐磨性和較好的 機(jī)械性能。 使用大直徑熱軋夾送輥的熱軋板帶軋機(jī)主要 有：寬帶鋼熱連軋機(jī)、薄板坯(連鑄)連軋機(jī)、 中厚板軋機(jī)、寬厚

3、板軋機(jī)等，其熱軋夾送輥是各 生產(chǎn)線上的重要備品備件之一，每個軋鋼廠每年 都要消耗大量該類軋輥，由于消耗量大，且軋輥 價格昂貴，軋輥質(zhì)量的優(yōu)劣，不僅直接影響其使 用壽命，而且對鋼材的質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本 都有很大影響。采用藥芯焊絲埋弧堆焊方法修復(fù) 的熱軋夾送輥，特別是大直徑熱軋夾送輥，不但 修復(fù)成本低，而且能提高軋輥使用壽命，降低軋 輥耗量。因此，對熱軋夾送輥進(jìn)行表面堆焊修 復(fù)，進(jìn)一步提高其性能和使用壽命顯得十分重 要。 1 埋弧堆焊技術(shù)要求 對于大直徑熱軋夾送輥，埋弧堆焊修復(fù)的一 般技術(shù)要求有： (1) 堆焊層應(yīng)滿足特定的化學(xué)成分的要求； (2) 堆焊層應(yīng)具有適宜的金相組織(包括基 體組織和

4、碳化物)； (3) 堆焊層要具有較高的抗剝落性能、良好 的耐磨損性能和抗疲勞性能； (4) 堆焊層應(yīng)有一定厚度(不小于5mm)； (5) 堆焊層應(yīng)有良好的可加工性能； (6) 連續(xù)埋弧堆焊作業(yè)中，焊材工藝性能優(yōu) 良，焊渣具有良好的脫渣性(指不粘渣、自動脫 渣)； (7) 具有較高的(堆焊、加工)生產(chǎn)效率，同時 要求使用后能多次堆焊修復(fù)； (8) 堆焊層經(jīng)熱處理后的硬度及硬度均勻性滿足 熱軋夾送輥技術(shù)要求； (9) 堆焊層中不得有裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺 陷。 (10) 堆焊修復(fù)后的大直徑熱軋輥，其上機(jī)使用壽 命不得低于原輥。 2 堆焊設(shè)備和輔助裝置 由于大直徑熱軋夾送輥表面堆焊修復(fù)量大，一次

5、堆焊焊絲在 300Kg 以上，連續(xù)堆焊時間長，這樣 就對堆焊設(shè)備及輔助裝備提出了較高的性能要 求。 堆焊修復(fù)大直徑熱軋夾送輥，堆焊專用設(shè)備和輔 助裝置應(yīng)具備以下設(shè)備能力要求： 2.1 大型軋輥堆焊專用設(shè)備要求 (1) 工件轉(zhuǎn)動及支撐系統(tǒng)確保輥?zhàn)訉?shí)現(xiàn)軸向不竄動 的穩(wěn)定勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并且轉(zhuǎn)速要無級連續(xù)可 調(diào)； (2) 采用單絲雙機(jī)頭(條件允許，可采用36個 機(jī)頭)同時施焊，各機(jī)頭軸向移動應(yīng)單獨(dú)控制， 并在堆焊作業(yè)時，做到同步、穩(wěn)定、可靠。機(jī)頭 移動采用交流變頻調(diào)速，調(diào)速范圍滿足堆焊夾送 輥連續(xù)轉(zhuǎn)動參數(shù)要求； (3) 機(jī)頭的垂直升降，調(diào)整過程須平穩(wěn)，提升高 度范圍滿足堆焊夾送輥參數(shù)要求； (4) 由

6、于連續(xù)堆焊作業(yè)時間長，要求整個堆焊系 統(tǒng)各個部分都要保持穩(wěn)定、可靠，不出任何故 障。 22大型軋輥堆焊輔助裝置要求 輔助系統(tǒng)中必須有電加熱(或燃?xì)饧訜?及保溫 罩裝置，目的是為了確保夾送輥堆焊作業(yè)過程中 的層間溫度要求，這一點(diǎn)對于大直徑熱軋夾送輥 的堆焊修復(fù)尤其重要。另外為了滿足長時間的連 續(xù)埋弧堆焊作業(yè)需求，應(yīng)配備焊劑自動送給裝 置。 3堆焊修復(fù)工藝 3.1 堆焊材料的選擇 3.1.1 焊絲的選擇 針對熱直徑熱軋輥的不同材質(zhì)(50CrMo、 70Cr3Mo、30CrMoV)以及軋制的特性要求，可選 用馬氏體系不銹鋼或耐磨性、強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定性 好的Cr-Mo-V (或Cr-Mo-W-V-Nb)

7、低碳熱工具鋼 成分的埋弧堆焊用藥芯焊絲材料進(jìn)行堆焊修復(fù)。 由于熱直徑熱軋夾送輥母材的含碳量或合金含量 過高，為確保母材和堆焊金屬之間的良好冶金結(jié) 合，即保證二者具有強(qiáng)韌性俱佳的結(jié)合性能，推 薦先使用低碳抗壓強(qiáng)度較高的焊絲材料進(jìn)行過渡 層堆焊(堆焊層數(shù)不少于2層)。為進(jìn)一步降低 母材和堆焊層界面的脆化以避免夾送輥使用過程 中產(chǎn)生局部剝落，在過渡層材料堆焊前，可先實(shí) 施打底層材料的堆焊(對于直徑大于1m的熱軋夾 送輥推薦使用)。 為滿足大直徑熱軋輥的軋制特性要求以及堆焊技 術(shù)要求，輥面堆焊金屬基體組織設(shè)計為強(qiáng)度高、 相對韌性好的單一低碳回火馬氏體，同時在基體 上分布著均勻細(xì)小的彌散合金碳化物。 由

8、于針對原輥使用中發(fā)生的輥面局部剝落情況， 經(jīng)微觀斷口組織分析，造成的原因大多為片狀或 長條狀的非金屬夾雜物，因此，這里特別強(qiáng)調(diào)， 要對焊絲材料的純度提出較高的要求，即盡可能 降低S、P、H以及有害的非金屬夾雜物(硫化 物、硅酸鹽、氧化物等)含量。 焊絲規(guī)格為： 3.2mm或4.0mm。 3.1.2焊劑 選用國產(chǎn)經(jīng)專門研制生產(chǎn)的堿性燒結(jié)焊劑。堿性 燒結(jié)焊劑的渣系為：MgO-AI2O3-CaF2-SiO2，堿度 BIIW約為：1.8，化學(xué)活性系數(shù) Af為：0.15。 選用原因： (1) 提高焊劑堿度可以降低焊縫金屬的含氧量和含 硫量，提高其韌性和抗裂能力； (2) 為解決高溫脫渣問題，應(yīng)降低焊劑的

9、化 學(xué)活性(熔煉焊劑 HJ260的化學(xué)活性系數(shù)Af - 0.46 )并加強(qiáng)脫氧。 應(yīng)用實(shí)踐表明：選用的國產(chǎn)堿性燒結(jié)焊劑比 HJ260、HJ108、SJ301等焊劑具有更優(yōu)良的工藝性 能，尤其是具有優(yōu)良的高溫脫渣性能，完全能滿 足大直徑熱軋夾送輥的堆焊要求。 3.2堆焊修復(fù)工藝方案 采用下述工藝流程對大直徑熱軋輥進(jìn)行堆焊修 復(fù)： 大直輕 熱軋翱胚 眾胚 澤前預(yù)熱 加熱 堆焊 H 焊后 熱it理 中 熱處理 3* 成品 檢查 半成品 精機(jī)加工 半成品 檢査 焊后祖 機(jī)加工 圖1大直徑熱軋夾送輥堆焊修復(fù)工藝流程圖 3.2.1 堆焊用輥坯整備 堆焊修復(fù)前，對舊輥輥坯進(jìn)行疲勞層車削、超聲 波和滲透探傷、

10、局部缺陷焊補(bǔ)、保證堆焊厚度車 削的整備工作。 (1) 軸頸探傷 在輥面加工前，對軸頸進(jìn)行超聲波和滲透 探傷，若發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重缺陷(特別是輥身與軸頸過 渡區(qū)內(nèi))，則終止對該輥的后道加工。 (2) 輥面車削加工 將輥面疲勞層完全去除，并車削至保證堆焊層厚 度要求。 (3) 局部缺陷焊補(bǔ) 對于局部缺陷，首先要確保缺陷完全清除，車削 較深之處，可采用打底和過渡層焊材進(jìn)行焊補(bǔ)， 使之平整。 (4) 輥面探傷 對已車削輥面進(jìn)行檢測，檢查疲勞層是否車削凈 及輥身是否存在裂紋等缺陷，若仍有缺陷，則需 繼續(xù)車削，消除隱患。如果超聲探傷出輥坯有嚴(yán) 重內(nèi)傷，則不允許再進(jìn)行該輥坯的堆焊修復(fù)工 作。 3.2.2 焊前準(zhǔn)備工

11、作 輥坯預(yù)熱前，要在輥身的兩端裝上擋環(huán)。擋環(huán)為 焊接式（一次性），用鋼板（厚度6mm制成， 寬度不小于 20mm并環(huán)向?qū)狱c(diǎn)焊在輥身兩端。 擋環(huán)的作用是托住焊劑，防止在堆焊時發(fā)生熔渣 流淌，從而保證在輥身兩端得到良好的堆焊層形 狀。 3.2.3 預(yù)熱 預(yù)熱的主要目的是降低堆焊過程中堆焊金屬及熱 影響區(qū)的冷卻速度，降低淬硬傾向并減少焊接應(yīng) 力，防止母材和堆焊金屬在堆焊過程中發(fā)生相變 導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。預(yù)熱溫度的確定需依據(jù)母材以及 堆焊材料的碳含量和合金含量而定； 堆焊過程中應(yīng)控制預(yù)熱及層間溫度高于 Ms 點(diǎn)，避 免堆焊金屬發(fā)生馬氏體相變及淬回火效應(yīng)，使整 個堆焊層焊完之后在熱處理電爐中同時進(jìn)行馬氏

12、體轉(zhuǎn)變，只有這樣才能保證堆焊層的組織、硬度 均勻性。由于大直徑熱軋夾送輥母材及堆焊材料 的合金含量均相對偏高，再加之夾送輥的尺寸及 堆焊厚度均較大，焊接應(yīng)力大，故應(yīng)盡量提高預(yù) 熱和層間溫度，又考慮到實(shí)際操作上容許程度， 將預(yù)熱溫度確定為 400450 C,焊道層間溫度控 制在350 C以上。在預(yù)熱過程中要求：預(yù)熱升溫速 度w 30 C /h ;預(yù)熱保溫時間根據(jù)支撐輥外徑尺寸 大小來確定（原則是確保輥坯從外到里熱透）。 3.2.4 保溫堆焊作業(yè) （1）施焊前，選用焊絲和配用燒結(jié)焊劑分別按其要 求進(jìn)行烘焙。 （2）使用具有下降電源特性的直流電源，配備帶自 動測溫、控溫系統(tǒng)的電加熱（或燃?xì)饧訜幔┍?/p>

13、 罩裝置和焊劑自動送給裝置，在大直徑軋輥?zhàn)詣?埋弧堆焊專用設(shè)備上，進(jìn)行多機(jī)頭單絲圓周方向 連續(xù)螺旋自動埋弧堆焊。 （3）堆焊過程必須連續(xù)施焊，中途不允許停止。如 遇意外情況停焊時，在層間溫度保溫裝置不能保 證夾送輥層間溫度時，應(yīng)盡快進(jìn)爐按預(yù)熱溫度要 求保溫。 （4）進(jìn)行圓周方向螺旋線堆焊時，為防止在輥身兩 端出現(xiàn)“缺肉”現(xiàn)象，在輥身的兩端，即始焊部 位和終焊部位，均應(yīng)先沿圓周方向堆焊一周（即 在不移動堆焊機(jī)頭的情況下堆焊一周），然后再 進(jìn)行螺旋線堆焊。同時為保證各堆焊層間硬度的 均勻性，要求堆焊時應(yīng)使各堆焊層間的焊道位置 相互錯開 1/2 焊道寬度。 （5）對于3.2mm藥芯焊絲，要求： 焊接

14、電流： 380 450A 焊接電壓： 28 32V 焊接速度：350450mm/min （指軋輥堆焊層轉(zhuǎn)動 圓周線速度） 焊道搭接：相鄰焊道搭接60 80%，具體搭接量應(yīng) 視焊道平整光滑情況。 焊縫寬度： 18 25mm 焊接極性：采用直流反接。 電源特性：采用具有弧壓反饋的下降特性。 焊弧導(dǎo)前距離：一般在 2050mm范圍內(nèi)，具體導(dǎo) 前距離視焊道成形情況。 焊絲伸出長度： 30 45mm 焊道層間溫度： 350400C 3.2.5 中間去應(yīng)力熱處理 根據(jù)大直徑熱軋夾送輥的堆焊厚度情況而 定，穩(wěn)妥的措施是在堆焊2030mm后，進(jìn)行一次 中間去應(yīng)力熱處理。去應(yīng)力熱處理溫度要求控制 在480500

15、C,時間則由堆焊厚度來確定。對于 堆焊厚度較大的軋輥，如果一次連續(xù)堆焊完成， 將使得堆焊金屬產(chǎn)生非常大的焊接累積應(yīng)力（盡 管始終保持在較高的預(yù)熱和層間溫度下），該累 積應(yīng)力的存在，將大大增加堆焊輥產(chǎn)生裂紋的傾 向，嚴(yán)重時將發(fā)生夾送輥開裂的嚴(yán)重事故。因此 在堆焊厚度到一定范圍時，須進(jìn)行中間去應(yīng)力熱 處理，以降低或消除焊接累積應(yīng)力。對于堆焊厚 度在30mm以內(nèi)的輥，可一次堆焊完畢。 3.2.6 焊后熱處理 焊后熱處理的主要目的是為改善焊后組織和消除 焊接應(yīng)力。堆焊修復(fù)夾送輥的焊后熱處理應(yīng)在專 用的熱處理電爐中進(jìn)行，要求爐內(nèi)溫度均勻性 好，溫度測定準(zhǔn)確，控溫過程精確。 堆焊夾送輥完畢后，應(yīng)立即吊至熱

16、處理電爐進(jìn)行 回火處理，送爐過程中，可用厚石棉墊包裹以防 止軋輥溫度快速下降，同時爐膛不能冷爐，初始 溫度應(yīng)在支撐輥預(yù)熱溫度或?qū)娱g溫度要求范圍 內(nèi)，不得低于 350Co升溫過程中，為保證溫度均 勻，升溫速度要緩;降溫過程中，為防止產(chǎn)生新 的應(yīng)力，也應(yīng)緩慢冷卻。為充分發(fā)揮材料的性 能，選擇 540620 C進(jìn)行中高溫回火，以產(chǎn)生充 分的彌散強(qiáng)化效應(yīng)?；鼗鸷?，待夾送輥逐漸冷卻 至50C以后，才可以出爐，并要求在靜止空氣中 自然冷卻至室溫。熱處理工藝曲線如圖 2 所示： 時間” h 圖2焊后熱處理工藝曲線圖 327熱處理后檢查、機(jī)加工及成品檢測 對經(jīng)過焊后回火熱處理后的堆焊支撐輥進(jìn)行粗加 工，然后進(jìn)

17、行半成品檢驗(yàn)，包括：超聲波探傷、 硬度檢查、外觀檢查、幾何形狀及粗加工尺寸檢 查等。堆焊層的著色探傷（PT）或磁粉探傷 （MT）檢查在支撐輥?zhàn)罱K機(jī)械加工完成后進(jìn)行。 3.3堆焊層缺陷的手工修焊工藝 對于藥芯焊絲埋弧自動堆焊層中出現(xiàn)的局部微小 缺陷，如缺肉、咬邊、夾渣、氣孔、裂紋等，可 采用手工電弧焊方法進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，修復(fù)工藝如 下： （1）焊前要用砂輪打磨方法除去缺陷，并進(jìn)行著色 探傷檢查。確認(rèn)缺陷已完全清除后，才可著手修 焊。 （2）用煤氣或氧-乙炔焰局部預(yù)熱，要保證缺陷周 圍50mm范圍內(nèi)達(dá)到300C的預(yù)熱溫度。 （3）焊條選用與堆焊層化學(xué)成分相同或接近的堆焊 焊條產(chǎn)品牌號，直徑 3.2m

18、m。使用前300350 C 烘焙12小時。 選用較小的焊接電流，通常為90110A,采用 直流電源，焊條接正極。為了防止出現(xiàn)焊接裂 紋，要采用熱錘擊焊縫的方法。補(bǔ)焊修復(fù)可在焊 后熱處理后進(jìn)行，修焊后可不進(jìn)行熱處理。 格證的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行軸頸（特別是軸頸到輥身的 過渡部位）的質(zhì)量（UT、MT或PT和尺寸（保證 堆焊層厚度車削）檢查。 （2）溫度檢查 按照質(zhì)量檢查要領(lǐng)書中規(guī)定的輥坯預(yù)熱規(guī)范 進(jìn)行預(yù)熱溫度檢查，堆焊過程中用接觸式表面溫 度計測量工件的層間溫度。測量部位選在輥身的 兩端和中心，層間溫度較預(yù)熱溫度低2050 C, 并在堆焊過程中保持這一溫度。 （3）堆焊工藝參數(shù)檢查 在堆焊過程中應(yīng)隨時檢查焊接電流、電弧電壓、 焊接速度、機(jī)頭移動速度、焊弧導(dǎo)前距離、焊道 成型及尺寸等工藝參數(shù)，并填寫在記錄表內(nèi)。 （4）外觀質(zhì)量檢查 在堆焊過程中應(yīng)隨時檢查堆焊層的外觀質(zhì)量，包 括焊道成型，有無裂紋、氣孔、夾渣、咬邊等焊 接缺陷，如有缺陷產(chǎn)生，應(yīng)及時處理。 焊后檢查 焊后要進(jìn)行宏觀檢查、尺寸檢查和堆焊層質(zhì)量檢 查，在確認(rèn)無堆焊缺陷和堆焊層有足夠的加工余 量的情況下，才能進(jìn)行焊后熱處理。熱處理完成 后對輥面進(jìn)行車削加工（留出后道磨削加工余