CN1012145B - 白口铁轧辊焊补的焊条及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的白口铁轧辊焊补的焊条及其工艺，属铸铁焊补技术领域。本发明研制出用于白口铁轧辊焊补的BT-1、BT-2两种焊条。BT-1焊条作焊缝底层，BT-2焊条作焊缝覆盖层，焊缝软硬结合。在焊接工艺上采用熔敷金属分块弧立堆焊；扩大熔敷金属与母材料的接触面；并采用能最大限度地消除焊接热应力的措施，经焊后的白口铁轧辊能满足使用要求，焊缝有较长的使用寿命。本发明还可用于各种铸铁、高碳钢等可焊性较差的大型结构件的焊补修复。

Description

本发明属铸铁焊补技术领域，特别是用于白口铁及白口铁轧辊的焊补修复。

白口铁具有硬度高、耐磨性好、价格低廉等优点，被广泛用于制造热轧辊、冷轧辊，型钢导卫板及矿山机械等，但由于白口铁硬而脆，随温度降低收缩率大，在使用过程中容易发生掉皮，局部疲劳龟裂，铸造缺陷外露等，从而导致白口铁铸件报废率很高。如无限冷硬白口铸铁轧辊，在轧钢过程中，承受很大的轧制压力、传动力距以及弯曲力距、扭转力距，并反复经受着从50℃到700℃的温度波动，轧辊表面承受较大的接触压力、磨损、疲劳等，在交变重复的热应力和机械应力作用下，轧辊表面容易引起热疲劳和机械疲劳，造成局部剥离掉皮，严重影响轧辊的使用寿命。

在已有的技术中，为了减少堆焊时的焊接应力，防止裂纹产生，国内外在焊接工艺上有过研究，如日本昭60-206568公开的专利提出一种在不锈钢基本上先条状的相隔开一定间距的堆焊一种金属，然后再用一种焊条以较小的热能输入堆焊完其间隙的方法。我国机械工业出版社1981年出版的《焊工手册》中指出焊接铸铁时应采用合理的焊接顺序、断续焊和锤击等方法。

但由于白口铁硬、脆、塑性极低，故其可焊性甚差。美国焊接学会1982年出版的《焊接手册》指出白口铸铁在常规条件下是不可焊的。到目前为止，对于白口铸铁的焊补，特别是白口铁热轧辊的焊补修复，在国内外尚未见有资料报导。

本发明的目的在于研究用于白口铸铁焊接的专用焊条及其焊接工艺，解决长期以来在铸铁焊补技术领域中认为白口铸铁是不可焊补的这一难题，通过焊补修复，延长白口铁轧辊的使用寿命。

白口铁轧辊中心内部是球墨铸铁，轧辊表层一般为20～35mm厚的白口铁，显微组织为连续的硬、脆的渗碳体的基体上分布着少量珠光体。轧辊的白口铁组织在350℃以下，其ak约0.01J/cm²，δ＝0，H_S＝60～70，体积收缩率为4.5～5.4%，线收缩率为1.6～2.3%。当焊补轧辊时，轧辊承受焊接热应变的能力极差，用已有的铸铁焊条和传统工艺焊补，不可避免要沿熔合区产生剥离性裂纹。

为了使焊补后的白口铸铁能满足使用要求和焊缝有较长的使用寿命，本发明研制出BT-1和BT-2两种焊条，白口铁轧辊焊缝由BT-1焊条和BT-2焊条焊接而成。整个焊缝由两部分组成，BT-1焊条为焊缝底部的高塑性镍一铁层;BT-2焊条为硬度较高、耐磨性与白口铁相匹配的表面层，同时熔敷金属在线膨胀系数上与白口铁相接近，并且与白口铁有良好的熔合性，而且焊缝韧性较高，有较强的抗裂性、抗疲劳性和较高的抗回火稳定性，提高熔合区抗剥离与裂纹的能力。在焊接工艺上，扩大焊缝与母材的接触面，并且采用能最大限度地消除焊接热应力的措施，防止剥离性裂纹产生。

本发明的焊接工艺，采用异质焊缝手工电弧冷焊工艺，突破了灰口铸铁的常规冷焊工艺，其焊接工艺为：

1、焊接白口铁轧辊焊缝用BT-1焊条打底层，用BT-2焊条作焊缝的复盖层，使焊缝软硬结合。

2、熔敷金属先分块弧立堆焊，使其热胀冷缩处于较自由状态。焊缝与周边白口铁的熔合区在焊补的最后阶段形成。

3、在堆焊底层时，用φ4.0mm焊条采用240A电流焊补，用电弧冲击熔池，形成大熔深，使母材与熔融金属充分混合，扩大底层与母材的接触面，焊缝底部熔合区形成一个较大的曲折熔合面。

4、当焊接后熔池刚凝固时应及时重锤击，随着堆焊层增高，锤击用力和锤击次数可相应减少，既要保证让高温金属充分延展，降低焊接热应力，又不至因冲击力造成熔合区机械性疲劳破坏。

5、焊接破口的边缘与底部夹角按90°修整，使焊缝上、下部收缩量相同，以降低轧辊表面熔合区裂纹倾向。

6、在焊接过程中，以分散跳跃式点状焊为基本操作手法。

采用该焊补工艺，具有明显的降低焊接热应力，防止剥离性裂纹发生的效果。

用于焊补白口铁轧辊掉皮底部的BT-1焊条，药皮中加有足量的石墨和适量的球化剂，熔敷金属组织为高镍奥氏体和球状石墨，与白口铁有良好的熔合性，塑性较高，锤击时有较好的延展性，并且有较高的抗裂性。

BT-1焊条的焊芯为镍铁芯，其药皮配比（按重量%）分别为：

大理石15～19%

萤石20～24%

碳酸钡26～31%

石墨5.1～6.1%

稀土镁8.1～9.0%

硅钙合金3.8～4.4%

铝粉2.5～3.2%

固体钠水玻璃3.5～4.2%

用K-Na混合水玻璃粘结

BT-1焊条药皮中加有较多的石墨，使焊缝结晶过程中析出大量的球状石墨，促使焊缝膨胀而降低焊缝收缩量;加入适量的钡、钙和稀土镁做球化剂，对石墨有较强的球化能力，从而提高焊缝的抗裂性。

BT-2焊条用于焊补白口铁轧辊掉皮的复盖层，所熔敷的金属组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体。熔敷金属合金***能够满足轧辊表面对耐磨性、抗回火稳定的要求，在40～600℃之间，在同一温度下其线膨胀系数与白口铁的线膨胀系数十分接近，可适应轧钢时的温度波动。

BT-2焊条的焊芯为H08A，其药皮配比（按重量%）分别为：

大理石26～32%

萤石9.5～10.3%

钛白粉9.2～11.2%

金红石6.0～7.0%

中碳锰铁2.9～3.6%

钛铁10.0～13.0%

镍粉8.0～8.8%

石墨1.0～1.5%

钨铁1.4～2.1%

钒铁1.8～2.5%

钼铁6.0～7.0%

高碳铬铁4.1～5.6%

固体钠水玻璃2.8～3.6%

钾钠合金变质剂3.5～5.5%

用K-Na高模数水玻璃粘结。

BT-2焊条药皮成份中加入的W-Fe，石墨，高C铬铁，V-Fe，Mo-Fe，使熔敷金属形成C-W-Cr-Mo-V的耐磨合金***，其中C与W、Cr、V可形成多种高硬度的碳化物，提高焊缝的耐磨性。加入镍，使焊缝组织中保留少量残余奥氏体。加入钾钠合金变质剂，使熔合区网状碳化物成为团球状，提高熔合区抗剥离、裂纹的能力。

BT-2焊条熔敷金属的化学成份为：

C0.4～0.46%

Si0.16～0.22%

Mn1.0～1.40%

Cr1.50～1.70%

Mo1.8～2.20%

Ni4.0～4.50%

W0.65～0.75%

V0.30～0.37%

BT-2焊条熔敷金属的冲击韧性αk＝20～30J/cm²，硬度HRC＝43～48。熔敷金属的硬度稍低于母材，但耐磨性与白口铸铁相当，既保证了焊缝的耐磨性，又提高了焊缝的抗裂性。

本发明解决了白口铁轧辊长期以来难以焊补的技术关键，延长了白口铁轧辊的使用寿命，并可用于冶金、矿山机械中的白口铁件的焊补修复，还可用于各种铸铁、高碳钢等可焊性较差的大型结构件的焊补修复，具有 明显的社会效益和经济效益。本发明成本低廉，工艺简单，操作方便，易于推广使用。

实施例：

对白口铁轧辊掉皮缺陷的焊补。

1、焊补前掉皮部位的修整。

图1为白口铁轧辊掉皮部位修整前的剖视图，图2为白口铁轧辊掉皮部位修整后的剖视图。〔1〕为轧辊表层。用砂轮片、扁凿、手锤对轧辊的掉皮〔2〕和脱离层〔3〕进行彻底清理。坡口〔4〕边缘与底部夹角按90°修整。

2、坡口底层的堆焊

图3为坡口的俯视图，图4为坡口的剖视图。在清理好的坡口底部，先标出焊点〔5〕，焊点之间及与边缘间隔约为30mm，采用BT-1焊条在标出的焊点上进行跳跃式点状焊。BT-1焊条的焊芯为镍铁芯，焊条药皮成份为：大理石19%，萤石24%，碳酸钡31%，石墨6%，稀土镁8.5%，硅钙合金4.3%，铝粉3.2%，固体钠水玻璃4%，用K-Na混合水玻璃粘结。

焊条直径Φ4.0mm，L＝400mm，电流240A，层间温度70℃，在焊接时用电弧不断冲击熔池，形成大熔深〔6〕，熄弧后，在熔池刚凝固时应及时重锤击，不便于锤击的边缘点用扁凿锤击，焊后的焊点体积Φ30mm，高5mm。

3、第二层以上分块弧立堆焊

图5为分块弧立堆焊剖视图。图6为分块弧立堆焊俯视图。在焊接完底层后，把整个堆焊区划分成40×40mm面积若干块，其分块〔7〕 之间留有间隙〔10〕、〔11〕，间隙宽约6～8mm，然后用BT-1焊条在划分的块上进行堆焊。焊接电流180A，层间温度70℃。当用BT-1焊条堆焊到离轧辊工作面10mm时，换用BT-2焊条焊到高于轧辊工作面2～3mm时停止堆焊。BT-2焊条的焊芯为H08A，焊条药皮成份为：大理石28%，萤石10%，钛白粉10%，金红石6%，中碳锰铁3.0%，钛铁11%，镍粉8.0%，石墨1.5%，钨铁1.5%，钒铁2%，高碳铬铁5%，钼铁6%，固体钠水玻璃3.5%，钾钠合金变质剂4.5%。用K-Na高模数水玻璃粘结。

焊接时仍为点状分散焊，每次焊后应进行锤击。堆焊层越高，锤击用力和次数可相应减少。分块弧立堆焊的下部为BT-1焊条焊层〔8〕，上部为BT-2焊条焊层〔9〕。

4、分块弧立间隙的焊补

图7为熔敷金属与四周白口铁间隙的俯视图，图8为图7的剖视图。图9为焊缝的剖视图。间隙焊补分两步进行。

（1）熔敷金属内部间隙的焊补。熔敷金属内部间隙〔10〕用BT-1焊条打底层，BT-2焊条作复盖层。焊接电流180A，层间温度70℃。仍采用跳跃分散焊，熄弧后应立即锤击，达到层间温度后再焊另一段。用BT-1焊条焊到对应高度后改用BT-2焊条，与整个焊缝焊平。

（2）熔敷金属与周边白口铁间隙的焊补。将熔敷金属与周边白口铁间隙〔11〕分成35～40mm若干段，焊接每层时均按图7中A→B→C→D→E→F→G顺序进行。焊接底层时用BT-1焊条，电流240A，层间温度70℃。焊接第二层改用180A电流，当间隙〔11〕 用BT-1焊条完成焊层〔12〕焊补时，改用BT-2焊条焊到低于轧辊表面2～3mm时停止，焊完焊层〔13〕，再用BT-2焊条焊完表层〔14〕，其电流180A，层间温度50℃，焊接时仍按图7中A→B→C……顺序进行，采用点状焊分三次焊满一段，如按图7中（1）→（2）→（3）进行，焊点应高出轧辊表面2～3mm。整个掉皮部位的焊缝〔15〕焊完后，用砂轮将焊缝表面粗磨后，再到磨床加工。

Claims (5)

1、一种利用合理的焊接顺序、断续焊和锤击等消除铸铁焊接应力的方法，其特征在于该技术用BT-1软质焊条打底层，用BT-2硬质焊条作复盖层，焊缝软硬结合。熔敷金属先分块孤立堆焊。在焊接底层时，用电孤冲击熔池形成大熔深，扩大底层与母材的接触面，焊缝底部熔合区形成一个较大的曲折熔合面。孤立的熔敷金属之间，及与周边白口铁间留有间隙，焊缝与周边白口铁的熔合区在焊补的最后阶段形成，当焊接熔池刚凝固时应及时重锤击，随着堆焊层增高，锤击用力和锤击次数可相应减少。在整个焊接过程中，以分散跳跃式点状焊为基本操作手法。

2、根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于所述的BT-1焊条的焊芯为镍铁芯，药皮配比（按重量%）为：

大理石15～19%

萤石20～24%

碳酸钡26～31%

石墨5.1～6.0%

稀士镁8.1～9.0%

硅钙合金3.8～4.4%

铝粉2.5～3.2%

固体钠水玻璃3.5～4.2%

用K-Nα混合水玻璃粘结。

3、根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于所述的BT-2焊条的焊芯为HO8A，药皮配比（按重量%）为：

大理石26～32%

萤石9.5～10.3%

钛白粉9.2～11.2%

金红石6.0～7.0%

中碳锰铁2.9～3.6%

钛铁10.0～13.0%

镍粉8.0～8.8%

石墨1.0～1.5%

钨铁1.4～2.1%

钒铁1.8～2.5%

钼铁6.0～7.0%

高碳铬铁4.1～5.6%

固体钠水玻璃2.8～3.6%

钾钠合金变质剂3.5～5.5%

用K-Nα高模数水玻璃粘结。

4、根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于所述的BT-2焊条熔敷金属的化学成份为：C0.40～0.46%，Si0.16～0.22%，Mn1.0～1.4%，Cr1.5～1.7%，Ni4.0～4.5%，W0.65～0.75%，V0.30～0.37%，Mo1.8～2.20%。

5、根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于焊接坡口的边缘与底部夹角按90°修整。

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