CN1067312C

CN1067312C - 高碳合金钢轧辊局部修复冷焊技术

Info

Publication number: CN1067312C
Application number: CN96115610A
Authority: CN
Inventors: 任登义; 邹增大; 张元彬; 董建
Original assignee: Shandong Polytechnic University
Current assignee: Shandong Polytechnic University
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 2001-06-20
Anticipated expiration: 2016-01-10
Also published as: CN1136985A

Abstract

本发明涉及一种高碳合金钢轧辊局部修复冷焊技术。本发明首次提出高硬度冷焊焊缝液析韧化和基体贫碳的强韧化理论，研究出合理的焊接顺序、断续焊、锤击焊缝等消除焊接应力的冷焊技术，用GTD-30铁粉焊条打底层，用GT-55焊条分块孤立堆焊，用GTF-55焊条焊接周边表层，焊缝金属硬软结合，焊接熔敷金属中形成大量弥散球状碳化物和高韧性位错马氏体基体组织，焊缝焊态韧性、耐磨性和抗疲劳性可满足使用要求，具有显著的推广使用价值。

Description

高碳合金钢轧辊局部修复冷焊技术

本发明属钢轧辊堆焊技术领域，特别适用于高碳合金钢轧辊局部修复冷焊技术。

高碳合金钢轧辊是轧制材料的大型工具，由于工作条件恶劣，要经受强烈的冲击、磨损、热疲劳等，而使轧辊工作面硬化层出现局部的掉皮、龟裂，导致轧辊整体报废，其非正常报废率占45％。目前国内外对高碳合金钢轧辊的修复主要采用整体预热堆焊法，即先将整个辊面切削(或磨削)至轧辊局部缺陷消失，然后整体轧辊预热至400℃，并在堆焊中保持这个温度，再用烧结焊剂配合合金焊丝，沿整个辊面连续多层多道堆焊，直至达到焊层厚度要求，最后进行焊后热处理，包括消应力退火，调质，淬火和低温回火，使焊层达到硬度要求。这种整体预热堆焊法不仅设备投资大，能源消耗高，修复周期长，而且劳动条件恶劣，并因局部缺陷而加工掉大量完好辊面硬化层，造成极大的浪费。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种劳动条件好、能源消耗低、焊补质量高、操作方便的高碳合金钢轧辊局部冷焊技术。

高碳合金钢轧辊的工作表层为高硬度淬火组织，其硬度一般为HRG60-65，常温冲击值为60-70J，可焊性极差，在轧辊原硬化层的高碳马氏体层上进行局部冷焊修复，焊补难度极大，是国内外焊接技术领域长期未能解决的难题。本发明从焊接冶金理论研究入手，首次提出高硬度冷焊焊缝液析韧化和基体贫碳的强韧化理论，并研制出三种冷焊专用堆焊焊条，利用合理的焊接顺序、断续焊补、锤击焊缝等消除高碳合金钢焊接应力的冷焊技术。其关键技术在于用所研制的GTD-30高效铁粉堆焊焊条打底层，用GT-55堆焊焊条分块弧立堆焊，用GTF-55堆焊焊条焊接周边表层，周边熔合区在焊补的最后阶段形成，焊缝金属硬软结合，焊接熔敷金属中形成大量弥散球状碳化物和高韧性的位错马氏体基体组织。本发明的高碳合金钢轧辊局部缺陷修复冷焊技术，焊前对轧辊不退火、不预热，焊后不作热处理，在室温下只焊满缺陷即可，其焊缝焊态韧性、耐磨和抗疲劳性可满足轧辊的使用要求。

本发明的GT-55和GTF-55堆焊焊条，其焊芯均为H08A，可交直流两用。其GT-55堆焊焊条的药皮配比(按重量％)为：大理石30-36，莹石18-21，钛白粉3-4.5，金属锰4-5.5，高碳铬铁4-6，钼铁2.5-4、钛铁10-12，固体钠水玻璃4-5.5，复合变质剂19-23。GTF-55堆焊焊条的药皮配比(按重量％)为：大理石28-34，莹石17-20，钛白粉4-7，金属锰1.5-3.5，高碳铬铁2.5-4，钼铁2-3.5，钛铁9-12，固体钠水玻璃4-6，金属镍4-6，复合变质剂22-26。

在GT-55和GTF-55药皮成份中，大理石、萤石为造渣剂，钛铁作脱氧剂，铬、钼铁合金为基体强化元素，锰、镍为控制残余奥氏体元素，GTF-55焊条成分中增加金属镍，其作用是适当降低周边熔合区因母材的熔入而增加碳的溶入，且铬、碳的降低和镍的增加有利于抑制高碳马氏体的形成，以防熔合区的脆化。

在GT-55和GTF-55堆焊焊条中加入复合变质剂，其作用在于显著改善熔敷金属的韧性，该复合变质剂的组份分别为(按重量％)，金属Nb18-32，金属Ti18-22，金属Zr13-16，V-F合金13-16，稀土Mg-Si13-16，Si-Ca合金9-12，碱金属化合物(Na₂CO₃、K₂CO₃)9-12，泥状石墨7-9.5。

采用该复合变质剂，可使堆焊焊条具有以下功能：使熔敷金属产生大量弥散碳化物，如NbC,TiC,VC促使碳化物的早期析出，形成液析碳化物，从而抑制了二次网状析出，消除了网状形态而产生液析韧化的效果；利用Nb、Ti、V强碳化物形成元素夺取熔池中的碳，使结晶后的焊缝基体组织贫碳，形成高韧性的位错马氏体基体组织，避免了高碳马氏体的产生；用Re、Mg、Ca等元素细化晶粒，净化焊缝。在高碳高硬度轧辊进行局部修复冷焊时，利用加入复合变质剂，能使焊缝综合机械性能显著改善。

本发明约GTD-30堆焊焊条，焊芯为H08A，其药皮配比(按重量％)为：大理石16-19，萤石8-12，金红石2-4，钛白粉1.5-3，锆英砂1.5-3，纯碱1-2，中碳锰铁3.5-5，硅铁3-4.5，钛铁7-9，钼铁1.5-3.5，稀土镁2-4，雾化铁粉50-55。GTD-30焊条是碱性高效铁粉焊条，熔敷效率160-180％，其焊态显微组织为100％铁素体，成分属低碳低合金钢，HRC20-30。该焊条专门用于轧辊缺陷的底部过渡层堆焊，其熔敷金属塑性高，对热应力敏感性极低。

为防止焊接裂纹，本发明在焊接工艺上采用断续焊补、锤击焊缝，分块孤立堆焊，可有效防止焊补区过大内应力产生，同时利用分区隔离焊补，各区域间保留间隙，使熔敷金属热胀冷缩有较大自由度，以降低残余应力。在整个焊接过程中，以分散跳跃式点状焊为基本操作手法，以防止应力叠加和热能分布不匀，焊缝与母材的环形熔合区在焊补的最后阶段形成，有利于提高焊缝的抗剥离能力。

本发明的三种专用堆焊焊条和修复冷焊技术，可使焊接区焊后处于低应力状态，最大限度的消除焊接热应力，从而防止焊接裂纹和工作中的疲劳裂纹，有效地解决了高碳合金钢轧辊局部冷焊修复。本发明GT和GTF熔敷金属各有HRC50和HRC55两个系列，可分别焊补HRC50-65的不同硬度轧辊。(本发明选用焊缝硬度一般比辊面低10-15％，而其耐磨性相当)。

实施例：高碳合金钢轧辊局部修复，其表层硬度HRC56，剥落面积约95×140mm。

先用装有薄砂轮片的角磨机对缺陷切割后，用扁凿、手锤清理缺陷并修整缺陷坡口，再将坡口底部划成若干焊补区，各区预留间隙及与周边母材间隙约8mm，用GTD-30堆焊焊条在各区范围内断续跳跃焊补，并适时锤击焊缝，焊接电流第一层约为230A，以后各层逐渐减少至正常值，焊接底层各区高度离辊面约15mm即改用GT-50堆焊焊条进行焊补，各区焊补高度应超过辊面1-2mm。然后，用GTD-30堆焊焊条对预留间隙进行焊补，填满底层间隙时，用GT-50堆焊焊条再堆焊表层间隙。最后进行周边环形间隙焊补，用GTD-30焊条沿环形断续跳跃焊补，电流约150A，堆焊至底层高度后，再用GTF-55堆焊焊条断续跳跃焊补，环形间隙最后一层高度应使辊面与焊缝呈圆滑过渡。高碳合金钢局部缺陷经冷焊后，焊缝工作中不脱落，不龟裂，其焊态硬度、耐磨性、焊接抗裂性均能满足轧制工作的要求，有效地延长轧辊的使用寿命，该发明也适用于同材质的大型模具的局部缺陷修复，具有显著的经济和社会效益。

Claims

1、一种利用合理的焊接顺序、断续焊补、锤击焊缝等消除高碳合金钢焊接应力的冷焊技术，其特征在于该技术用GTD-30高效铁粉堆焊焊条打底层，用GT-55堆焊焊条分块孤立堆焊，用GTF-55堆焊焊条焊接周边表层，周边熔合区在焊补的最后阶段形成，在GT-55和GTF-55堆焊焊条中加入复合变质剂，焊缝金属硬软结合，焊接熔敷金属中形成大量弥散球状碳化物和高韧性的位错马氏体基体组织，三种堆焊焊条的药皮配比和复合变质剂的组份(按重量％)分别为：

a、GT-55堆焊焊条的焊芯为H08A，药皮配比为：大理石30-33、萤石18-21、钛白粉3-4.5、金属锰4-5.5、高碳铬铁4-6、钼铁2.5-4、钛铁10-12、固体钠水玻璃4-5.5、复合变质剂19-23；

b、GTF-55堆焊焊条的焊芯为H08A，药皮配比为：大理石28-34、萤石17-20、钛白粉4-7、金属锰1.5-3.5、高碳铬铁2.5-4、钼铁2-3.5、钛铁9-12、固体钠水玻璃4-6、金属镍4-6、复合变质剂22-26；

c、GTD-30高效铁粉堆焊焊条的焊芯为H08A，药皮配比为：大理石16-18、萤石8-12、金红石2-4、钛白粉1.5-3、锆英砂1.5-3、纯碱1-2、中碳锰铁3.5-5、硅铁3-4.5、钛铁7-9、钼铁1.5-3.5、稀土镁2-4、雾化铁粉50-53；

d、复合变质剂的组份分别为：金属Nb18、金属Ti18、金属Zr13、V-Fe合金13、稀土Mg-Si13、Si-Ca合金9、碱金属化合物(Na₂CO₃,K₂CO₃)₉、泥状石墨7。