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。

    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。
" g: Q' U5 q. C  ~
- i4 H' s* f. [0 A9 y    各种堆焊技术的特点
. \1 n. ]4 Z5 K! {. O, `" }
    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
   
喷镀
# S+ @2 K+ o1 V) ?" P 气体保护焊
! t9 w8 |# e7 i" J 埋弧焊
电渣焊
% h8 n# _) @/ E8 A3 v1 l) M
7 _. |) \5 f: K" p5 q熔敷速度/kg·h-1
: N& ^$ [! E0 _" E* M ＞20
; C3 c+ n5 K. v* I/ T ＞10
＞30
200~400

+ h; E1 `1 S+ r堆焊厚度/mm
2 E, @1 R/ H- q4 x) X& d8 V: e ＞4
10~20
＞100
15~100
4 w6 P  Q1 o2 _# H% I; S
) Y. C: q) J. R# \3 s$ E, D堆焊特点
单层或多层
) l. a+ b; T" L: |+ ?% g- ~ 多层
多层
; E2 q( q! f$ A/ J! k4 q  s 多层

$ m' A, M, {% l; I$ I1 A第一层稀释率/%
* x0 f1 h# D% m5 F6 m+ o3 [ 理论上为0
2 e( N9 J( a2 P  c+ l7 H* P* _ 8~50
- k; a! V4 q' \8 E$ h% F 8~50
8~50
6 b+ k! n* J4 \
结合形式
1 J0 F0 i- h1 C5 N3 O7 M 机械
冶金
冶金
3 H& _( D7 j- g 冶金
' H1 C5 B3 u# Z0 W
9 A) ?8 f" f" U% d1 K! h
; U8 V% E; |; d- \
2 n. Z8 e7 \4 H% H) Q    轧辊堆焊材料
$ |7 ~0 T" b  Q& m0 {9 }
' z; G* f: V4 z8 d    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：
& }% v# P+ P; `2 C' T4 E0 D4 d
    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。

    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。
6 A0 D0 C+ w3 \' z* m2 j& H; {' q; J
    3 马氏体钢：焊接性能好、耐磨、耐热性能也较好，但成本较贵。
7 P, o0 H1 T9 v0 r& t' q! u- @
, S. ?7 L( N- g6 Y    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。

& g9 T2 `& }! L    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 k8 s* {  z& y& z4 L5 O" Y    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。

4 {; t1 e8 k5 N) B6 Q    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。
    轧辊堆焊工艺
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" r# D% j& B! b, z9 L    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：
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/ C  R% }* ~  g# F! N    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。

$ ]8 I, x, y# r8 L# E1 x9 r    2 预热
% H6 @, E. e9 W. H
    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。

    3 焊接

: n9 T7 a; W/ \' T. {$ b' 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。

+ U5 ?. {# F7 H% q& E    4 焊后处理
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8 w; D2 }% Q) f. d6 B+ T4 K    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。
4 D/ O6 d! L, K& n    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：
4 l4 ?; ]* Z9 v: Z+ R. V+ r  t
" W  C3 |5 @% e2 \7 B+ H    1 堆焊后的轧辊使用寿命普遍提高一倍以上。

    2 极大的降低了吨钢成本，提高了生产效率。
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    3 堆焊后的轧辊具有良好的抗裂性、耐磨性、耐冷热疲劳性。