CN108453467A - 一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，属于堆焊技术领域。本发明提供一种堆焊后辊面不粘钢且使用寿命长的堆焊方法。本发明方法包括选择合适的焊材和调整工艺参数进行堆焊工作，焊材为镍铬铝型镍基合金药芯焊丝和与之匹配用的焊剂，堆焊后熔敷化学成分重量比是：Cr︰Al︰Ni＝6～8︰6～8︰80～86；所述堆焊工作包括以下步骤：辊心预处理→探伤检验→调整工艺参数并堆焊→机加工→成品检验。采用本发明方法进行堆焊修复、制作弯曲辊，焊前不需要预热、不需要堆焊过渡层、层间不需要保温，节省堆焊步骤，同时堆焊时间短、焊材使用量少，达到低碳环保的要求。

Description

一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法

技术领域

本发明涉及一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

热连轧热卷箱安装于粗轧末机架和精轧飞剪之间，它的工作是将末道次抛钢后的中间坯高速无心卷取成一个钢卷，然后再反向开卷，同时将中间坯送至精轧机组进行轧制。在生产过程中，为加快生产节奏，热卷箱一般采用双站的工作方式：当精轧首机架咬钢后，把卷取站的钢卷移送到开卷站继续开卷工作，让卷取站继续为卷取下一个中间坯作准备。弯曲辊是热卷箱的关键部件，它的主要作用是将轧制的中间坯辅助成卷。弯曲辊在卷取工作开始和结束之前，一直承受着1200～1300℃的高温，并承受着热轧中间坯的摩擦，工作条件极为恶劣。由于工作条件的特殊性，弯曲辊的使用寿命短，在攀钢通常不足3个月；而且在使用过程中辊面还粘钢，这直接影响轧机的作业效率、钢材的质量、维修的费用，最终影响钢材的制造成本。

目前修复、制作弯曲辊的工艺如下：准备辊心→探伤检验→焊前预热→堆焊过渡层并保温→堆焊工作层并保温→焊后热处理→焊后机加工→成品检测→成品涂油、包装等复杂工艺流程。目前堆焊弯曲辊工作层的焊丝一般为马氏体型合金焊丝，上述马氏体型堆焊金属，具有空淬特性，在高温堆焊下为马氏体组织，并有碳化物析出，堆焊后辊面硬度达45～55HRC。为满足修复工作硬度、金相组织稳定、消除焊接应力等要求，焊后需要热处理，具体地使碳化物在堆焊工作层金属的基体组织上弥散析出，而这样会形成二次硬化。同时由于这类合金成分的裂纹敏感性高，需要焊前预热，在焊接过程中保温和焊后缓冷措施；此外为了改善熔合区性能，需堆焊过渡层，之后再堆焊工作层。利用这种马氏体型合金焊丝堆焊后，弯曲辊表面硬度高于45HRC，且在使用过程中仍然存在辊面粘钢和使用寿命短的问题。由于辊面粘钢会影响钢材质量，严重时会导致弯曲辊提前下机，安装新辊。同时，由于上述堆焊方法需要焊前预热和在堆焊过程中保温处理等，其中预热和保温处理中温度一般为200～400，℃甚至更高的温度。为满足堆焊过程的温度要求，一般采取电加热、煤气加热等方法，这使堆焊操作人员的工作环境极差，同时不利于堆焊修复、制作弯曲辊质量的稳定。因此，选择合适的焊材和采用一种方便、易操作的堆焊方法以满足堆焊后辊面不粘钢且使用寿命长，这对堆焊技术人员是一个重要的课题。

发明内容

本发明提供一种一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，堆焊后的弯曲辊表面不粘钢同时使用寿命长。

本发明一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法包括选择合适的焊材和调整工艺参数进行堆焊工作，其特征在于：

所述焊材为镍铬铝型镍基合金药芯焊丝和与之匹配用的焊剂，堆焊后熔敷化学成分重量比为Cr︰Al︰Ni＝6～8︰6～8︰80～86；

所述堆焊工作包括以下步骤：辊心预处理→探伤检验→调整工艺参数并堆焊→机加工→成品检验。

其中，所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝的外皮为纯镍带，其中药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝13.4～44.5％、金属铬：12.6～42.2％、萤石：5～13.3％、金属镍粉：0～69％。

具体的，上述药芯焊丝中药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝22.2～36％、金属铬：21～33％、萤石：5.8～10％、金属镍粉：21～61％。

优选的，上述药芯焊丝中药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝26.8～31.4％、金属铬：24.6～28.8％、萤石：7.6～8.8％、金属镍粉：31～41％。

具体的，上述药芯焊丝的药芯中金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉的粒径分别为：金属铝：40～60目、金属铬：70～90目、萤石：50～70目、金属镍粉：100～140目。

优选的，药芯中金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉的粒径分别为：金属铝：50目、金属铬：80目、萤石：60目、金属镍粉：120目。

其中，所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝中药芯的重量占药芯焊丝总重量的比例为20～50％。

上述药芯焊丝按照一般药芯焊丝的制备方法制作，具体为：以纯镍带为外皮原料，以金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉作为药芯成分，经过镍带裁剪、镍带去油干燥、药芯配料干燥，轧制、药芯填入外皮中，拉丝成不同直径规格的药芯焊丝。

采用上述药芯焊丝堆焊弯曲辊，堆焊工作层的金属金相组织为奥氏体，由于奥氏体金相组织具有冷作硬化性能，焊后对工作层硬化处理，可以进一步提高辊面的硬度。具体的，堆焊后工作层硬度大于32HRC，通过后续的车削加工后对其进行冷作硬化处理，辊面硬度大于54HRC，这完全满足弯曲辊的上机工作要求。同时与之前的堆焊方法相比，以前焊材在堆焊工作层形成的金相组织为马氏体加碳化物的结构，这就需要通过焊前预热、层间保温、焊后热处理等工序来保证修复、制作弯曲辊的质量和堆焊工作层的硬度的要求。但采用以前的堆焊方法堆焊后，辊面粘钢问题仍未解决，同时使用寿命短。

其中，所述辊心预处理是旧辊车削或新辊制作。

具体的，所述旧辊车削，以旧辊为辊心，将旧辊表面的疲劳层和表面缺陷车削干净，使辊面直径为(D－6)mm，即在弯曲辊成品直径范围内预留6mm的工作层，其中D为弯曲辊成品的直径(后同)。若经车削表面疲劳层和表面缺陷后，辊心直径不满足(D－6)mm，将进行焊补堆焊至这一尺寸。

具体的，所述新辊制作，采用一种强韧性的低碳合金锻钢或中碳合金锻钢制作新辊，堆焊将辊面直径为(D－6)mm，即在弯曲辊成品直径范围内预留6mm的工作层，其中公差为±0.10mm。

其中，堆焊工作中探伤检验，采用磁粉探伤检查表面缺陷，超声波探伤检查内部缺陷，其中没有影响堆焊操作和使用的缺陷时，即探伤检验合格，再进行后续堆焊工作。

具体的，上述探伤检验，若弯曲辊(包括辊心内部和辊面)有严重内伤，则不允许再进行堆焊工作，重新选择其他旧辊，再进行车削和探伤检验。

其中，堆焊工作中调整工艺参数，具体为调整焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝干伸长、焊丝后置量、搭接量等。通过调整上述堆焊条件，准确控制堆焊工作参数使堆焊工作顺利，保证堆焊质量和弯曲辊成品的质量。

其中，堆焊工作中堆焊，焊前将堆焊表面清理干净，采用埋弧自动焊方法，以镍铬铝型镍基合金药芯焊丝和匹配焊剂进行堆焊工作，沿着弯曲辊的圆柱形表面堆焊使辊面直径至少为(D+2～5)mm，即多堆焊2～5mm预留给后续机加工步骤，其中辊面平整，同时保证弯曲辊机加工后辊面半径方向的有效使用厚度不少于3.0mm，其中公差为±0.05mm。

在堆焊工作中，首先将堆焊表面清洗干净，确保无油污、无水分及其它杂物，再采用上述焊材和方法进行堆焊。因为堆焊表面清洁，堆焊时焊丝中熔敷化学成分不会受到污染，保证焊接处的物理、化学性质稳定。如果焊接表面清理不干净，在堆焊工作层处会出现白点、气孔等缺陷。

采用上述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝堆焊修复、制作弯曲辊。上机后的弯曲辊在1200～1300℃的高温下辅助中间坯成卷，由于上述药芯焊丝中金属铝、金属铬和金属镍以及外皮的纯镍带都为高温合金元素，经堆焊后辊面具有高温稳定性和高的硬度；同时，堆焊金属的化学成分和轧制中间坯(其中多为普通碳钢)的化学成分差异大，两者的组织结构差异大，这也决定了弯曲辊辊面和钢卷在高温下相互作用的可能性小，这从根本上解决辊面粘钢的问题。因此，堆焊后的弯曲辊使用寿命长。发明人通过大量的堆焊工作实践得出，当堆焊后弯曲辊的辊面半径方向的有效使用厚度不低于3.0mm时，弯曲辊的使用寿命就成倍增长，具体为以前堆焊方法的使用寿命的3～4倍及以上。

其中，堆焊工作中机加工，当堆焊后的弯曲辊冷却至室温，再进行车削和冷作硬化处理使辊面直径为D mm，公差为±0.10mm。经这样处理后弯曲辊表面硬度进一步增大，基本满足弯曲辊上机使用的技术要求。具体的，当弯曲辊的辊面硬度≥52HRC，并且满足耐磨要求，才允许弯曲辊上机使用。

其中，堆焊工作中成品检验，将堆焊后弯曲辊成品进行磁粉探伤检验，其中无夹渣、未熔合、裂纹等缺陷即为合格，再将合格的弯曲辊表面涂油、包装以待用。

采用上述方法堆焊弯曲辊的过程中不需要焊前预热、工作层保温、堆焊过渡层及焊后热处理等步骤。因为本发明堆焊方法采用镍铬铝型镍基合金药芯焊丝堆焊后工作层的金属金相组织为奥氏体，在焊接过程中不发生相变；同时上述焊丝堆焊后熔合区的韧性好，辊面不易断裂、耐磨层不易剥落，堆焊工作层组织性能稳定、焊接应力小，不需要焊后热处理。

采用以前堆焊方法，焊前预热是必要工序，预热的主要目的是降低堆焊过程中堆焊金属热影响区的冷却速度，降低淬硬倾向并减少焊接应力，防止母材和堆焊金属在堆焊过程中产生裂纹。同时在堆焊过程中需要保温处理，以避免堆焊金属发生马氏体相变及淬火效应，改善母材熔合区的韧性，防止辊面断裂或耐磨层剥落。同时必须有焊后热处理，以改善焊后组织、消除焊接应力效应等。

以前堆焊方法中焊丝为马氏体型合金焊丝，为保证堆焊工作性能和熔敷化学成分要求，需要堆焊过渡层和工作层，同时工作层通常需要堆焊三层及以上。而本发明堆焊方法只需堆焊工作层，且保证弯曲辊成品加工后辊面半径方向的有效使用厚度不小于3.0mm，弯曲辊的使用寿命长且在使用过程中不粘钢。故本发明方法堆焊工作量少、工作时间短并节省焊材和能耗。

本发明的有益效果是：

1、本发明的堆焊修复、制作弯曲辊方法步骤简单，与之前堆焊方法相比，省去焊前预热、堆焊过渡层、层间保温、焊后热处理等步骤并节省能耗。

2、本发明的堆焊修复、制作弯曲辊方法，只需要保证堆焊后弯曲辊的辊面半径方向的有效使用厚度不小于3.0mm，其使用寿命就能成倍提高，且在使用过程中不粘钢。与以前堆焊方法相比，堆焊工作量少、焊材耗量少、修复时间短。

3、本发明堆焊方法修复弯曲辊后，在后续的修复过程中只需将辊面的污物清洗干净，无需车削疲劳层，在确保基体不影响使用缺陷的情况下，按本发明方法直接堆焊即可。这样减少预处理步骤，减少工作量。

具体实施方式

本发明提供一种易操作、流程简单的堆焊弯曲辊方法，其关键在于选择合适的焊材和调整堆焊工艺参数进行堆焊工作。

本发明方法堆焊修复弯曲辊，以旧辊为辊心，将旧弯曲表面的疲劳层和表面缺陷车削干净，使辊面直径为(D－6)mm，即在弯曲辊成品直径范围内预留6mm的工作层，其中公差为±0.10mm。经探伤检验合格后，将堆焊表面的污物清理干净，通过调整堆焊工艺参数进行堆焊使辊面直径为(D+2～5)mm，即在弯曲辊成品直径范围内多堆焊2～5mm。然后当弯曲辊冷却至室温后，进行车削、冷作硬化处理，使辊面直径为D mm，公差为±0.10mm。最后进行磁粉探伤检验，其中无夹渣、未熔合、没有裂纹等焊接缺陷即为合格成品，然后进行涂油、包装等待上机使用。

本发明方法堆焊制作弯曲辊，采用一种强韧性满足要求的低碳合金锻钢或中碳合金锻钢制作新辊，然后沿着弯曲辊的圆柱形表面堆焊使辊面直径为(D－6)mm，即在弯曲辊成品直径范围内预留6mm的工作层，其中公差为±0.10mm。经探伤检验合格后进行堆焊，首先将堆焊表面的污物清理干净，并调整堆焊工艺参数进行堆焊使辊面直径为(D+2～5)mm。然后当弯曲辊冷却至室温后，进行车削、冷作硬化处理，使辊面直径为D mm，公差为±0.10mm。最后经磁粉探伤检验，无夹渣、未熔合、没有裂纹等焊接缺陷即为合格成品，然后进行涂油、包装等待上机使用。

其中，上述堆焊修复、制作弯曲辊的焊材为镍铬铝型镍基合金药芯焊丝，其中匹配焊剂为HJ107或SJ601。具体的，药芯焊丝的外皮为纯镍带，药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝13.4～44.5％、金属铬：12.6～42.2％、萤石：5～13.3％、金属镍粉：0～69％，堆焊后熔敷化学成分重量比为：Cr︰Al︰Ni＝6～8︰6～8︰80～86。

优选的，上述药芯焊丝中药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝22.2～36％、金属铬：21～33％、萤石：5.8～10％、金属镍粉：21～61％。

优选的，上述药芯焊丝中药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝26.8～31.4％、金属铬：24.6～28.8％、萤石：7.6～8.8％、金属镍粉：31～41％。

具体的，上述药芯焊丝的药芯中金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉的粒径分别为：金属铝：40～60目、金属铬：70～90目、萤石：50～70目、金属镍粉：100～140目。

优选的，药芯中金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉的粒径分别为：金属铝：50目、金属铬：80目、萤石：60目、金属镍粉：120目。

其中，上述药芯焊丝中药芯的重量占药芯焊丝总重量的比例为20～50％。

上述药芯焊丝的制作方法为：以纯镍带为外皮原料，以金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉作为药芯成分，经过镍带裁剪、镍带去油干燥、药芯配料干燥，镍带轧制、药芯填入外皮中，拉丝成不同直径规格的药芯焊丝。

采用上述堆焊方法堆焊弯曲辊，当弯曲辊机加工后辊面半径方向的有效使用厚度≥3.0mm时，弯曲辊的使用寿命大于1年，明显比以前堆焊方法修复、制作的弯曲辊的使用寿命长，且辊面不粘钢。

实施例

1、本发明中药芯焊丝的组分和制备

本发明药芯焊丝以厚度为0.3～0.8mm、宽度为8.0～16.0mm的镍带为外皮原料，以金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉作为药芯组分，经过镍带裁带、镍带去油烘干、药芯组分干燥，镍带轧制成U型并向其中装填药芯，然后再轧制成O型，最后拉拔成直径为2.0～4.0mm的药芯焊丝。通过调整外皮和药芯组分的重量制成表1中各例的药芯焊丝。

2、采用上述药芯焊丝堆焊修复弯曲辊

下面以堆焊修复弯曲辊为例对本发明作进一步阐述。修复后的弯曲辊辊面成品规格为ф420mmх1450mm(即辊面直径为ф420mm，辊面长1450mm)

选用焊丝直径为Ф2.5mm药芯焊丝堆焊修复弯曲辊。

焊材：镍铬铝型镍基合金药芯焊丝和HJ107匹配焊剂。

工艺流程：辊心预处理→探伤检验→调整工艺参数并堆焊→机加工→成品检验。

其中堆焊工艺参数如下：

电源极性：直流反接；

焊接电流：220～260A；

焊接电压：28～32V；

焊接速度：200～250mm/min；

焊丝干伸长：25～28mm；

焊丝后置量：25～30mm；

搭接量：相邻焊道搭接50-60％。

有效使用厚度：3.0mm；焊丝用量：76kg；匹配焊剂用量：92kg；修复时间：85h。

具体操作：采用埋弧堆焊方法和上述焊丝在上述堆焊工艺条件下进行堆焊。堆焊前将旧辊车削至辊面直径为Ф414mm，堆焊1～2层，堆焊后辊面直径为Ф422～423mm，最后经车削、冷作硬化等后续处理后弯曲辊的成品直径为420mm；其中公差为±0.10mm。

堆焊后弯曲辊在使用过程中不粘钢且使用371天后未见损坏痕迹。

由上述实施例和对比例可以看出，利用本发明方法进行堆焊修复弯曲辊后，辊面不粘钢且使用寿命明显增长。同时可以推测出利用上述堆焊方法制作弯曲辊后也不粘钢且使用寿命长。方法本发明一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法与之前的堆焊方法相比：在堆焊过程中省去焊前预热、堆焊过渡层、层间保温、焊后热处理等工序。在修复相同量的母材的前提下，焊材使用量小、修复时间短，同时也达到环保、能耗低的效果。

以上所述仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图具以对本发明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (9)

1.一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，包括选择合适的焊材和调整工艺参数进堆焊工作，其特征在于：

所述焊材为镍铬铝型镍基合金药芯焊丝和与之匹配用的焊剂，堆焊后熔敷化学成分重量比是：Cr︰Al︰Ni＝6～8︰6～8︰80～86；

所述堆焊工作包括以下步骤：辊心预处理→探伤检验→调整工艺参数并堆焊→机加工→成品检验。

2.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝的外皮为纯镍带，药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝13.4～44.5％、金属铬：12.6～42.2％、萤石：5～13.3％、金属镍粉：0～69％。

3.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝的外皮为纯镍带，药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝22.2～36％、金属铬：21～33％、萤石：5.8～10％、金属镍粉：21～61％。

4.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝的外皮为纯镍带，药芯由下述重量百分比的组分组成：金属铝26.8～31.4％、金属铬：24.6～28.8％、萤石：7.6～8.8％、金属镍粉：31～41％。

5.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝的药芯中金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉的粒径分别为：金属铝：40～60目、金属铬：70～90目、萤石：50～70目、金属镍粉：100～140目。

6.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝的药芯中金属铝、金属铬、萤石和金属镍粉的粒径分别为：金属铝：50目、金属铬：80目、萤石：60目、金属镍粉：120目。

7.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述镍铬铝型镍基合金药芯焊丝中药芯的重量占药芯焊丝总重量的比例为20～50％。

8.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述堆焊，焊前将堆焊表面清理干净，调整堆焊工艺参数，以镍铬铝型镍基合金药芯焊丝和匹配焊剂堆焊使辊面直径至少为D+2～5mm，其中D为弯曲辊成品直径，即至少预留2～5mm的工作层给后续机加工步骤。

9.根据权利要求1所述的一种使用堆焊修复技术制造弯曲辊的方法，其特征在于：所述机加工，待堆焊的弯曲辊冷却至室温后，再进行车削和冷作硬化处理使辊面直径为D mm，公差为±0.1mm；同时弯曲辊成品半径方向的有效使用厚度≥3mm，其中公差为±0.05mm。