冶金轧辊堆焊工艺分析.pdf

第41卷第4期 20t3年8月 现代冶金 M oder n M et al l urgy V01．41 No．4 A ug．2013 冶 金 轧 辊 堆 焊 工 艺 分 析 王节亮 安徽马钢工程技术有限公司，安徽马鞍山 243000 摘要从冶金轧辊堆焊设备、工作条件、材料与工艺等方面，分析了轧辊堆焊技术。并对轧辊堆焊常见缺陷提出了 预防措施。 关键词轧辊堆焊；技术；堆焊材料 中图分类号TG455 引言 钢铁生产过程中，轧辊作为轧钢重要部件，需求 量很大，其质量好坏直接关系着钢材生产效率与质 量优劣。冶金轧辊质量要求与价格高、消耗量较大， 运用堆焊技术修复轧辊，不仅能提高新辊应用寿命， 还能修复旧辊，提高轧辊应用率，减少冶金轧辊成 本。 冶金轧辊堆焊设备与材料 1．I轧辊堆焊设备 轧辊堆焊技术是指在轧辊表面堆敷层一定性能 材料，运用焊接方法进行堆焊的工艺过程，在确保芯 部韧度基础上，可以提高轧辊耐热、耐磨与耐腐蚀等 方面性能。堆焊技术作为焊接方法中的一个分支， 其物理本质、热过程与冶金过程等基本相同，和普通 焊接工艺无明显差异。国内目前堆焊设备主要专用 与改装两类形式。其中，专用堆焊设备包含焊接、轧 辊夹持、辅助与控制等系统。焊接系统中含有焊接 电源、机头、焊枪与焊接控制箱等；轧辊夹持系统含 有轧辊转动、机头移动机构、升降系统、距离调整机 构与支撑机构等；辅助系统含有除尘系统、保温装置 与轧辊加热等；控制系统为主轴驱动调速、升降驱 动、主控制台与焊剂送给等。改装堆焊设备则是由 回转系统、轧辊装夹与焊机系统等构成，焊机运用埋 弧型的自动焊机，把一般埋弧机头改为堆焊的机头， *收稿日期20130301 作者简介王节亮，男，工程师。电话13378216668 其电源所采取的是直流弧焊形式的，回转系统与轧 辊装夹由堆焊厂家进行自行设计制造。在堆焊设备 上，存在专用设备少、改装设备多、智能设备少、机械 设备多等问题，设备自动智能水平还有待提高。 1．2堆焊材料 堆焊的目的不仅在于修复轧辊尺寸，还要增强 堆焊层耐磨耐热性能。影响堆焊冶金性能因素主要 是焊丝，依据轧辊使用要求不同，焊丝选择是不同 的，其合金类型可归纳为热作模具钢、低合金钢、合 金铸铁、硬化钢与奥氏体的硬化钢、高碳合金钢、马 氏体钢与时效钢。其中，低合金钢的价格相对便宜， 轧辊堆焊的金属以屈氏体与索氏体为主，其抗裂性 与韧性较好，容易加工，耐磨性也好，但轧辊的应用 寿命并不能得到提高；马氏体钢具有耐磨耐热与焊 接性好的优点，但成本相对高一些；热作模具钢材料 具有耐磨高温与冲击韧性好等优点，应用寿命与原 轧辊相比，其寿命提高了1～5倍；奥氏体的硬化钢 材料焊后的硬度相对低一些，应用过程因冷加工硬 化，硬度大幅度提高，合金系较多应用在深孔槽的轧 辊堆焊当中；合金铸铁材料具有高硬度、热稳定、抗 氧化与耐磨性等优点，含碳量高，不能拔丝，仅能铸 成管子当作电极实施电渣堆焊．与同种成分铸造辊 相比，耐磨性提高1．5倍以上，与复合铸铁轧辊的成 本比较，要低出1倍以上；马氏体的时效钢材料是 FeCoN i M o系，硬度较低，容易加工，通过时效处理 之后，硬度有大幅度提高。 在堆焊过程当中，焊剂具有将熔融金属熔池以 及空气进行隔开作用，熔融焊剂与液态金属能够在 现代冶金 第4l卷 电弧热作用之下，具有化学调节作用，在堆焊当中具 有关键作用，根据制造方法不同，能够分成非熔炼与 熔炼焊剂，其中非熔炼焊剂又能分为烧结与粘结焊 剂，焊剂选择需要根据焊丝与堆焊层材料进行确定， 低碳钢焊接时，可选择高锰高硅焊剂，焊丝含M n 时，应选择低M n或者无M n的焊剂。低温钢焊接 时，应选择高碱度焊剂，便于获得低温韧性，并采取 特有烧结焊剂，焊缝当中过渡B，Ti 元素，韧性会更 好。高合金钢焊接时，可选择高碱度焊剂，减少合金 元素烧损。在轧辊失效当中，磨损是主要原因之一， 同时，轧辊材料磨损也给轧钢厂造成很大损失，解决 堆焊材料磨损问题是非常重要的。国内在堆焊材料 上已获得很大进展，不过与国外堆焊材料相比，堆焊 材料品种相对较少，很多焊接材料需要进口。 2轧辊工作条件与堆焊工艺 2．1轧辊工作条件 轧制生产时，轧辊和待轧金属会直接接触，让金 属出现塑性变形，因此在轧钢过程中，轧辊是主要消 耗部件，其轧辊质量优劣与使用寿命直接关系着轧 机生产率与钢材质量，并对钢材成本产生影响。轧 辊表面与轧材直接接触，工作环境较为恶劣，须承受 工作压力、磨损、冲击与热作用。使用一段时间之后， 轧面会出现损坏，其失效主要是因磨损引发的，磨损 是个复杂动态过程，磨料磨损具有高应力、低应力、 冲击、冲蚀及腐蚀等特征。由于磨料磨损约占整个 磨损一半以上，对磨料磨损进行预防，可有效减少整 个机件的损耗，从而获得良好经济效益。 2．2堆焊工艺 冶金轧辊堆焊成功的关键因素是实施准确严格 的堆焊工艺，轧辊堆焊过程包含焊前准备、辊芯加 工、预热、过渡层堆焊、工作层堆焊与焊后处理等。 1轧辊堆焊前，需对轧辊实施恰当切削，清除 轧槽表面龟裂、裂纹、油污、铁锈。车削当中，发现深 孔砂眼，应使用砂轮或者电钻把砂眼扩大，使用焊条 电弧焊进行补焊，其目的是消除轧辊表面各种缺陷。 对于新轧辊可依据图样尺寸，先把轧辊直径车削减 小不少于8m m ；确保堆焊之后，车L辊工作表面位于 堆焊层第3层之上，堆焊能让轧辊直径处于定值，改 变原来轧辊工作由最大直径车削为最小直径状况。 2 保证预热与层间温度。堆焊层合金元素与 含碳量较高，其轧辊残余的应力较大，为降低堆焊金 属冷却速度与应力，在堆焊过程中，实施预热与保温 是防止裂纹最有效方法。其预热温度应依据堆焊金 属中的合金元素与碳含量进行确定，避免表面硬度 出现不均匀性；温度要在材料M s点之上，保温时间 要根据辊面温度积心部的温度平衡作为基础，依据 轧辊成分与尺寸进行确定；升温速度也应严格控制， 防止心部与表面温差太大，整个堆焊过程，应该始终 确保层阎温度高于预热温度30～504C ，因故停焊的 时候，需要继续加热让其缓慢变冷。 3合理确定堆焊的过渡层与规范，在气体保护 焊、埋弧焊与等离子堆焊当中，有时为了工艺与成分 需要，通常在堆焊表面前，先堆焊过渡层，材料含碳 量应比表面层低一些，电流小一些，让辊芯的熔深最 小。要确保轧辊堆焊技术规范，需要对堆焊参数进 行合理确定，堆焊的焊缝良好，电弧的燃烧稳定，生 产效率高，消耗少。采取低电压、小电流与薄层多册 的堆焊方式进行焊接时，电弧的电压不可太高或者 太低，电弧电压过低，会造成引弧问题，容易出现熄 弧，金属与轧辊基体的金属无法有效焊合，致使堆焊 层的剥落。因此，电弧电压要控制在恰当范围之中。 冶金轧辊的焊后处理应保证焊后均匀缓慢冷却，避 免因堆焊层的金属加工与加热不均造成内应力最 小，轧辊缓冷方法有装入保温炉或缓冷坑 ，轧辊堆焊 后，要立即缓冷，一直冷却到100。C上下出炉，再实 施机械加工。 3轧辊堆焊常见缺陷预防 3．1横向裂纹预防 横向裂纹常出现于高硬度的合金钢金属堆焊当 中，金属的淬硬倾向较大，容易出现冷裂纹，其预防 措施为增强层间温度与预热温度，堆焊之后，加强 冷却速度控制，让轧辊温差应力减小。这种焊道裂 纹归属热裂纹，是因堆焊工艺不恰当造成的。堆焊 金属当中含有低熔点的共晶物也会出现此裂纹，裂 纹严重，会出现轧辊断裂。预防措施为选择与辊芯 材料相匹配的堆焊材料；选择适当的堆焊规范；彻底 消除辊芯原始裂纹。 3．2掉块预防 掉块现象常开始于轧辊表面之下的6～12 I 13rI l 位置，该位置受到剪切应力较大，如果应力高于材料 剪切的强度就会出现裂纹，并向四周传播，造成表面 出现成块的脱落，其主要原因是堆焊层的上下软硬 第4期王节亮冶金轧辊堆焊工艺分析 59 性相关较大，其塑性的变形程度也不一致，辊芯含锈 蚀污物，让堆焊熔合不好出现缺陷。其预防措施为 选择与辊芯材料相匹配的堆焊材料；选择适当的堆 焊规范；彻底消除辊芯裂纹与锈蚀污物。 3．3搓板预防 搓板现象是因堆焊对相邻的焊道具有回火作 用，造成堆焊层硬度不均，致使表面磨损。其预防措 施为尽可能采用较高的层间与预热温度，通常温度 比堆焊材料熔点要高；不得出现气孔与夹渣等缺陷。 4 结束语 轧辊作为轧钢生产重要部件，对轧钢生产效率 与轧制产品质量具有重大影响。随着科技进步，轧 辊堆焊技术获得很大发展，但竞争性也日益激烈，轧 辊堆焊应从堆焊材料、设备与堆焊工艺等方面加强 技术改进，实现焊接设备的自动化、智能化、专用化， 增强生产效率，提高轧辊堆焊技术能力，降低轧钢生 产成本。随着复合材质轧辊的兴起，对于冶金轧辊 的堆焊复合技术要求更高，加强高效、优质、清洁与 低耗等堆焊技术研发，已成为冶金轧辊堆焊必然发 展方向。 参考文献 [1]柴井龙，刘广民．◇650／∞50m m 型钢轧枧轧辊堆焊技 术及应用[J]．黑龙江冶金，2009，2912628，32． [2] 张潆月，包哗峰，蒋永锋，等．轧辊堆焊的现状和发展趋 势[ J]．电焊机，2010，40i 01720． [3]杨敬雷，杨新禄，杨钢．热轧辊堆焊用药芯焊丝的研制 及堆焊工艺研究[J]．金属加工热加工，2011．02 3536．