CN104002018A - 连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法 - Google Patents

连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法 Download PDF

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Abstract

一种连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，包括如下步骤：1)焊接材料选择；2)明弧焊堆焊工艺；3)辊面焊接。本发明堆焊修复方法使连铸辊堆焊层要具有较高的抗剥落性能、良好的耐磨损性能和抗疲劳性；良好的可加工性能；堆焊具有较高的生产效率，能满足多次堆焊修复要求；堆焊修复后的连铸辊，其使用寿命不低于原辊。

Description

连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法
技术领域
本发明涉及连铸设备，特别涉及连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法。
背景技术
连铸辊使用的工况条件极为恶劣，连铸坯从结晶器出来到扇形段的表面温度为850～1000℃左右，在连铸坯和冷喷淋水的共同作用下，连铸辊表面承受高温极冷和挤压磨损，辊子转动一周表面温度在240～480℃间变化，辊面交替承受拉、压应力。连铸辊在与高温铸坯接触的同时，受到高压冷却水的快速冷却，承受冷热循环造成的严重的冷热疲劳作用。连铸辊受到机械应力作用的同时，还承受高温铸坯的热应力作用。另外，辊面与高温铸坯接触，受高温氧化和冷却水的腐蚀作用，引起氧化与腐蚀鳞皱，辊面磨损等问题，进而严重影响铸坯质量和使用性能。
目前连铸辊堆焊制造及修复主要有埋弧堆焊焊带、药芯焊丝、自保护焊接。
埋弧焊工艺较复杂(需焊前预热，焊后热处理)，工厂需增加热处理设备。焊缝表面易出现裂纹，且使用寿命短，不适应多次修复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，使连铸辊堆焊层要具有较高的抗剥落性能、良好的耐磨损性能和抗疲劳性；良好的可加工性能；堆焊具有较高的生产效率，能满足多次堆焊修复要求；堆焊修复后的连铸辊，其使用寿命不低于原辊。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，包括如下步骤：
1)焊接材料选择
选择合适的焊接材料，其中，过渡层选用430-O(北京澳邦焊接材料有限公司、英国WA集团(Welding Alloys Group)，焊丝；工作层选用414N-O(北京澳邦焊接材料有限公司、英国WA集团(Welding Alloys Group)，焊丝；
2)明弧焊堆焊前准备
2.1连铸辊焊前检验，检查辊面是否有油污、锈蚀、裂纹；
2.2引弧圈制作
引弧圈材料选用圆钢，引弧圈外圆比连铸辊名义尺寸减径10～12mm，引弧圈焊接连铸辊端面，引弧圈外圆与辊面的高低差不大于0.5mm；采用J502焊条(国标)焊接，焊条直径使用交直流焊机，焊接电流180A～200A，焊缝长度为10～15mm，间隔距离50～60mm，引弧圈与连铸辊端面缝隙不大于0.5mm；
2.3焊层设计
2.3.1新辊焊层设计，
焊接层数，新辊第一层即过渡层焊层厚度为3～5mm，采用430N-O焊丝，焊丝直径第二层即工作层焊层厚度为4～6mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径第三层即工作层及加工余量，焊层厚度为5～7mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径为
2.3.2复用辊焊层设计，
复用辊减径量3mm以下，焊层厚度为5～7mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径为
复用辊减径量3～8mm，减径后的连铸辊焊第一层焊层厚度为5～7mm，采用414N-O，焊丝直径第二层焊层厚度为6～8mm，采用414N-O，焊丝直径
复用辊减径量大于8mm，焊层设计同新辊焊层设计。
3)辊面焊接
焊接参数：连铸辊辊径Φ140～Φ290mm、电流240～380A、电压20～30V、焊丝接正极，干伸长度25～35mm、辊面线速度Φ×0.18，焊枪摆动宽度25～35mm，相应焊缝宽度20～40mm，摆动速度2.4～2.6米/分钟，焊道搭接量8～14mm，焊枪角度5°～10°；
连铸辊旋转方向为由外侧向内侧旋转；焊接时焊枪位置随着辊径大小变化，辊径越小焊枪中心距辊子垂直中心距离越远；焊枪角度应逆向与辊子的旋转方向，在焊枪中心不变的条件下，辊径越小焊枪越向焊接方向逆向倾斜。
进一步，所述的连铸辊基体材质为21CrMoV。
又，本发明所述的连铸辊辊径有φ140、φ180、φ230、φ260、φ290。
本发明采用明弧焊，明弧焊丝熔敷率高，明弧焊无需熔化焊剂。当焊接电流为400A时，明弧焊可达8Kg/h。明弧焊对母材的热输入速度慢，由于焊接过程中焊缝表面的熔渣薄，热量易于散发，适于堆焊空心或以下的实心辊，当焊接电流为400A时，焊接线能量为1.8KJ/mm。明弧焊焊接熔流可观察，易于控制调整焊接工艺。
明弧自保护焊的连铸辊耐磨性和抗热疲劳裂纹性较好，主要是因为一方面：明弧焊材料将C含量降到最低，以N代C，时N与Cr等强氮化物元素形成细小弥散分布在晶粒中的氮化物，有效消除了C与Cr在晶界反应形成的铬贫化区，提高了焊层的韧性、耐蚀性、抗热疲劳性和硬度的均匀性。另一方面，明弧焊材料中的Ni、Mo等元素以不同机理提高了焊层和回火稳定性、高温强度和韧性，从而提高焊层的高温耐磨性和热疲劳能力。
在本发明方法设计中：
a.焊材选择
选择与堆焊层相同的焊丝(过渡层选用430-O，金相组织为铁素体+马氏体+屈氏体，适用于多种低合金钢及中、低碳钢，焊接性能良好，可多层堆焊；工作层选用414N-O，金相组织为马氏体，其性能具有强度高、韧性好、耐磨损、耐腐蚀、抗热疲劳等特点，电弧稳定、脱渣容易、可获得化学成分均匀的堆焊层；北京澳邦焊接材料有限公司、英国WA集团(Welding Alloys Group))，如点数较多或面积较大应在明弧焊堆焊设备上进行补焊，此时应将焊接电流(A)和焊接电压(V)降低10～15％，个别点数凹坑可采用TIG方式进行补焊。
b.焊前处理
焊前应将辊子表面的油、锈清洗打磨干净，清洗油污可采用0#柴油，锈斑可采用钢丝刷或气动钢丝刷，使用气动钢丝刷时可将气压调至3～4kg，启动时应逐渐增加进气量，并检查各接口处是否牢固，使用柴油清洗时应避开明火，焊前如气温较低时应将辊子进行预热，预热温度150℃。
c.焊后处理
一般情况下可不做处理，如气温较低(室温低于10℃)可做缓冷处理，用石棉布或将辊子放入保温箱内。
本发明的有益效果：
1.本发明与现有埋弧焊工艺相比，工艺简化，辊面堆焊时不需要采用焊前预热和焊后热处理手段等热处理，连铸辊使用寿命增加，可反复修复。
2.本发明方法保证了工作层厚度，又有利于再下线修复时在绝大多数情况下可保留过渡层。(无需将过渡层车削)
3.堆焊后的连铸辊使用寿命普遍提高一倍以上。
4.降低使用成本，提高了生产效率。
5.堆焊后连铸辊具有良好的韧性、耐蚀性、抗疲劳性和硬度的均匀性。
附图说明
图1为本发明新辊焊层设计示意图。
图2为本发明复用辊焊层设计示意图。
图3为本发明辊子旋转方向及电极移动示意图。
图4为本发明焊枪位置示意图。
具体实施方式
参见图1～图4，本发明的一种连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，包括如下步骤：
1.焊接材料选择
选择合适的焊接材料，其中，过渡层选用430-O，焊丝；工作层选用414N-O，焊丝。
2.明弧焊堆焊工艺
2.1连铸辊焊前检验，检查辊面是否有油污、锈蚀、裂纹。
2.2引弧圈制作
引弧圈材料选用低碳φ10mm圆钢，引弧圈30外圆比连铸辊10名义尺寸减径11mm，引弧圈焊接连铸辊端面，引弧圈外圆与辊面的高低差不大于0.5mm；采用J502焊条焊接，焊条直径使用交直流焊机，焊接电流180A～200A，焊缝长度为10～15mm，间隔距离50～60mm，引弧圈与连铸辊端面缝隙不大于0.5mm。
2.3焊层设计
2.3.1新辊焊层设计，
参见图1，焊接层数，新辊第一层即过渡层焊层厚度为2mm，采用430N-0焊丝，直径焊丝第二层即工作层焊层厚度为3mm，采用414N-0，焊丝直径第三层即工作层及加工余量，焊层厚度为3mm～3.5mm，采用414N-0焊丝，焊丝直径为
2.3.2复用辊焊层设计，
参见图2，复用辊减径量3mm以下，焊层厚度为5～7mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径为
复用辊减径量大于10mm，应先采用430-O焊丝将减径后的连铸辊焊，减径9～10mm，然后用414N-O焊丝，焊二层工作层，每层厚度5～7mm。
3.辊面焊接
焊接参数：辊径Φ140～Φ290mm、电流240～380A、电压20～30V、焊丝接正极，干伸长度25～35mm、辊面线速度Φ×0.18，摆动宽度25～35mm，相应焊缝宽度20～40mm，摆动速度2.5米/分钟，摆动停留时间：左0.4右0.2秒，相应摆动频率22次/分，步进距离25～35mm，焊道搭接量8～14mm，步进速度0.04～0.07米/分钟，焊枪角度α＝5°～10°。
焊枪X轴参数设置：行走速度2.2m/min、左停位置15mm、右停位置15mm、左停时间0.4min、右停时间0.2min、步进速度0.06m/min、步进距离28～30mm、步进方向POS。
焊枪Y轴参数设置：行走速度2.2m/min、步进方向POS，步进开关：关，步进距离28～30mm。
参见图3、图4，电极20移动方向为由左向右移动，摆动幅度为30mm；连铸辊10旋转方向为由外侧向内侧旋转；焊接时焊枪40位置随着辊径大小变化，辊径越小焊枪中心距辊子垂直中心距离越远；焊枪角度应逆向与辊子的旋转方向，在焊枪中心不变的条件下，辊径越小焊枪越向焊接方向逆向倾斜。

Claims (3)

1.一种连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，包括如下步骤：
1)焊接材料选择
选择合适的焊接材料，其中，过渡层选用430-O，焊丝；工作层选用414N-O，焊丝；
2)明弧焊堆焊前准备
2.1连铸辊焊前检验，检查辊面是否有油污、锈蚀、裂纹；
2.2引弧圈制作
引弧圈材料选用圆钢，引弧圈外圆比连铸辊名义尺寸减径10～12mm，引弧圈焊接连铸辊端面，引弧圈外圆与辊面的高低差不大于0.5mm；采用J502焊条焊接，焊条直径使用交直流焊机，焊接电流180A～200A，焊缝长度为10～15mm，间隔距离50～60mm，引弧圈与连铸辊端面缝隙不大于0.5mm；
2.3焊层设计
2.3.1新辊焊层设计，
焊接层数，新辊第一层即过渡层焊层厚度为3～5mm，采用430N-O焊丝，焊丝直径第二层即工作层焊层厚度为4～6mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径第三层即工作层及加工余量，焊层厚度为5～7mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径为
2.3.2复用辊焊层设计，
复用辊减径量3mm以下，焊层厚度为5～7mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径为
复用辊减径量3～8mm，减径后的连铸辊焊第一层焊层厚度为3～5mm，采用414N-O，焊丝直径第二层焊层厚度为5～7mm，采用414N-O，焊丝直径
复用辊减径量8～12mm，再焊第三层，焊层厚度为5～7mm，采用414N-O焊丝，焊丝直径
3)辊面焊接
焊接参数：连铸辊辊径Φ140～Φ290mm、电流240～380A、电压20～30V、焊丝接正极，干伸长度25～35mm、辊面线速度Φ×0.18，焊枪摆动宽度25～35mm，相应焊缝宽度20～40mm，摆动速度2.4～2.6米/分钟，焊道搭接量8～14mm，焊枪角度5°～10°；
连铸辊旋转方向为由外侧向内侧旋转；焊接时焊枪位置随着辊径大小变化，辊径越小焊枪中心距辊子垂直中心距离越远；焊枪角度应逆向与辊子的旋转方向，在焊枪中心不变的条件下，辊径越小焊枪越向焊接方向逆向倾斜。
2.如权利要求1所述的连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，其特征是，所述的连铸辊基体材质为21CrMoV。
3.如权利要求1或2所述的连铸扇形段连铸辊明弧焊堆焊修复方法，其特征是，所述的连铸辊辊径有φ140、φ180、φ230、φ260、φ290。
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