轧辊堆焊

lyshn4228

各位同仁：请参与讨论一下大型轧辊堆焊问题

常州通

轧辊本体的材质和堆焊的要求是什么啊？

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在轧制生产中，轧辊与所轧金属直接接触，使金属产生塑性变形，是轧机的主要变形工具。轧辊是轧机大型消耗性不见，在整个生产过程中轧辊因磨损而消耗的部分约占轧辊总重量的10%~20%，而大量的轧辊消耗是由于修复过程中局部缺陷而导致报废的。因此，如何提高轧辊的使用寿命，对轧辊进行修旧利废，成为降低产品成本的一个重要途径。

$ O) q: |- z% ]. M. @    轧辊堆焊是指去除轧辊表面的疲劳层或缺陷后，用合适的堆焊材料、采用科学的工艺方法将其修复至原始辊径的过程，它的主要优点是轧辊使用前后的辊径不变。因此轧辊堆焊技术为轧辊生产中降低轧辊消耗、提高轧辊使用寿命提供了可能。

3 y& e) c( y! \; u/ U, z% _0 E, Q& T7 C    各种堆焊技术的特点
3 r1 I, v! e* W0 ]* K* V
. \* q: g, ~" v. V' G    目前在国内外冶金行业使用的堆焊技术有喷镀、气体保护焊、埋弧焊、电渣焊，其中轧辊埋弧焊是应用最广泛的工艺，具有生产效率高、质量好、经济效益较好的优点。各种工艺特点如表1。
    表1 各种工艺特点
9 C: z! h# y, w9 D- c0 y   
喷镀
1 v( {3 y# i9 |! o+ Y8 H0 \  Z. [6 O0 \ 气体保护焊
0 y6 `( q1 j; j0 C 埋弧焊
7 Z) E$ h/ s4 s7 y 电渣焊
' p3 i. l2 r) ?0 B; [* Q
' o7 E4 H# e; w/ m& h4 L  j熔敷速度/kg·h-1
＞20
＞10
+ @1 Q% X) P. T2 T! W/ n5 Y, I8 T/ f ＞30
  {1 n0 S/ a) M( N: G: P 200~400
9 r1 @  N, I6 F( b8 O( v
堆焊厚度/mm
＞4
10~20
＞100
15~100

9 r1 o. I( Q, F+ b" L7 y堆焊特点
( K# n' W6 L& q9 i% O+ W 单层或多层
, ~3 V$ u' V0 s) V: m; I 多层
0 c# ~  P0 X$ [! M/ z' w 多层
多层

第一层稀释率/%
' m* m( H4 V/ Q0 M: Z: E 理论上为0
; D9 w& }) d& K9 d2 _' D 8~50
( o4 M% b7 _5 @. v( U) R8 e 8~50
8~50

  p: k% Z: V) W% x4 l. R结合形式
! h2 b" q7 `6 ?; |, Z7 W 机械
冶金
" L1 R( H/ [. z3 j 冶金
冶金



' ?: ~. e0 h8 x2 k" n* x0 b    轧辊堆焊材料
9 O; e$ B; R/ L' l
9 L. H% q# C0 h( d( R; d% i    轧辊根据其使用要求的不同，对堆焊材料的选择也不同，按其合金类型可归纳为八类：
# h1 p8 K2 F( z& ?# G/ x) |2 d" Z
4 {0 L4 _* p& a3 `. G0 ~3 e  F    1 低合金钢：此类合金价格便宜，堆焊金属组织以索氏体或屈氏体为主，冲击韧性好，抗裂性好，硬度HRC30~35，易于加工。具有一定的耐磨性，但不能进一步提高轧辊使用寿命。
& f9 ?8 f6 h' u
    2 热作模具钢：该类材料具有良好的红硬性、高温耐磨性及较高的冲击韧性，焊后消除应力退火后，硬度一般在HRC45~50，使用寿命比原轧辊提高1~5倍。
! z# y) x* \7 y/ \
0 d/ g; y. d9 P; Z4 @. g) _    3 马氏体钢：焊接性能好、耐磨、耐热性能也较好，但成本较贵。
* C# q0 d$ G, c  S) R# z
    4 弥散硬化钢：15Cr3Mo2MnV等，焊态硬度HRC35~38，易加工。经560℃，保温15小时弥散硬化处理后，硬度可提高到HRC46~47。

, j3 |. W0 U  S  D% E& g: g) C    5 奥氏体加工硬化钢：此类材料焊后硬度较低，但使用过程中由于冷加工硬化而大幅度提高。该合金系多用于深孔槽轧辊的孔型堆焊。
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    6 合金铸铁：这类合金具有很高的硬度和耐磨性、良好的热稳定性和抗氧化性。由于含碳很高，无法拔丝故埋弧焊很难，只能铸成管子作为电极进行电渣堆焊。堆焊轧辊比同样成分铸造辊耐磨性提高1.5~2倍，而成本比复合铸铁轧辊低1倍。

    7 高碳合金钢：该类材料含炭量及合金元素较高，为防止堆焊时出现裂纹，要求较高的预热温度和层间温度，堆焊后要进行一定的热处理。

    8 马氏体时效钢：该材料为Fe-Ni-Co-Mo合金系，焊态低硬度，便于加工，经时效处理硬度大为提高。

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上面介绍了集中主要堆焊合金系统的可焊性、抗裂性、加工性及经济性，在具体选材时要根据轧辊类型、工作条件，预期寿命及设备条件等，进行综合分析、以选区合适的材料。
: J( w2 z) o. A6 G0 y* M    轧辊堆焊工艺
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' b& r. Y2 f- Z( p7 t    严格执行正确的轧辊堆焊工艺，是保证轧辊堆焊质量的好坏及成功与否的决定性因素。轧辊堆焊过程包括以下步骤：

. u5 @9 Y" j2 h) s    1 堆焊前采用机械加工方法，对堆焊孔型进行粗加工，去除轧辊表面的疲劳层及缺陷，特别是裂纹必须彻底清除，对多次堆焊的轧辊，应经超声波探伤，检查内部情况，在确认无裂纹的情况下方可进行焊接。
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) A( F) S) x: I) b2 A  r    2 预热
, G9 m& R  l3 N: I3 _9 k8 o
! A! G, i: a- y3 f; L) o5 g4 b    由于轧辊及堆焊材料均为含炭量和合金元素较高的材料，加之轧辊辊径大、刚性大、冷却速度快，很容易在焊接时造成脆性区，并且由于温度不均形成很大的热应力造成裂纹。为了防止裂纹的发生，堆焊前必须对轧辊进行预热，预热温度由辊身及堆焊材料成分而定。为了使轧辊表面得到均匀的硬度，预热温度应在材料的Ms点以上。为了减少热应力，加热速度也应当控制，特别是大轧辊，升温速度开始100℃采用约20℃/h，之后可为40℃/h。要求均匀加热。
, S9 P+ `7 b8 _2 t; K
# _$ K* R6 Q% P: ^    3 焊接
' u4 n% X! ^+ R
    焊接是堆焊成败的关键环节，要获得理想的堆焊层必须综合考虑某些可变因素，如：焊接电压、焊接速度、轧辊转速、轧辊的保温、焊接电流、焊接材料等，对一些含碳及合金元素高的辊芯，为防止脆性区的裂纹，除一定的预热措施外，多采用低碳低合金过渡层进行预先堆焊过渡层。

7 @+ s* r& V0 m2 q9 s    4 焊后处理
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& Q6 h8 S* c0 J3 N4 p/ p9 N    这是轧辊堆焊的最后一道工序，为了减少由于表面和内部冷速不一造成体积应力而引起裂纹，要控制冷速。一般控制冷速和加热速度大致相同，冷至100℃时要保温一定时间，冷至50℃以下可不再控制冷速。为了消除焊接残余应力，必须进行回火处理，回火温度视轧辊使用条件，一般控制在450~600℃之间。回火温度高，内应力消除彻底，但硬度降低。因而回火温度的选择，既要保证轧辊表面一定的硬度，又要尽量消除内应力。回火的保温时间通常取每一寸直径保温一小时，多在4~10小时内选取，冷却大部分是随炉缓冷，降温至150℃后可空冷。
+ @% d1 q; [2 W; R+ H2 H: Y5 i    结论

    轧辊堆焊作为“复活”轧辊的一项先进技术，具有如下优点：

    1 堆焊后的轧辊使用寿命普遍提高一倍以上。
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    2 极大的降低了吨钢成本，提高了生产效率。

9 G$ \4 ]' L6 j* F: |    3 堆焊后的轧辊具有良好的抗裂性、耐磨性、耐冷热疲劳性。