限動芯棒的堆焊修復制造技術及應用

摘 要:采用藥芯焊絲埋弧堆焊硬面技術，可修復制造熱連軋無縫管機組用限動芯棒。本文介紹了堆焊修復制造該類芯棒的堆焊技術要求、堆焊材料的選擇、堆焊修復制造工藝的特點及流程，并結合現場使用情況對芯棒堆焊利弊進行分析。

關鍵詞:限動芯棒 堆焊修復制造技術 應用

中圖分類號:TG455文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0041-02

限動芯棒是冶金行業連軋管機組軋制生產無縫鋼管所必需的確定無縫鋼管內徑和壁厚的重要的軋管工具，它是無縫鋼管連軋生產中的主要消耗部件[1]，連軋管機組設備的生產維護費用中約50%以上是用于芯棒的消耗和報廢更換。芯棒上機使用壽命低，是我國鋼鐵制管企業目前普遍存在而且亟待解決的重大技術難題。由于芯棒質量的優劣，不僅直接影響其使用壽命，而且對提高無縫管材的質量、生產率和降低生產成本都至關重要。而采用堆焊方法修復制造的復合芯棒，不但修復成本低，而且能提高并延長芯棒使用壽命，降低芯棒耗量，同時能夠提高軋機的效益和產品的質量，是一種有效的技術經濟措施。因此，對熱連軋無縫管限動芯棒進行堆焊修復制造，進一步提高其性能和使用壽命顯得十分重要。

1 堆焊技術要求

對于熱連軋無縫管限動芯棒，堆焊修復制造的一般技術要求有:

(1)堆焊層應滿足特定的化學成分要求及具有適宜的金相組織;

(2)堆焊層要兼具有較高的抗冷熱疲勞性能、抗剝落性能和良好的耐高溫綜合服役性能;

(3)堆焊層中不得有裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷;

(4)堆焊層經熱處理后的硬度及硬度均勻性滿足芯棒技術要求;

(5)堆焊層具有良好的可電鍍硬鉻性能;

(6)堆焊修復制造后的芯棒，其上機使用壽命應接近于或超過原芯棒。

2 堆焊修復制造工藝

2.1 堆焊材料的選擇

(1)焊絲的選擇

針對限動芯棒的材質(H13)以及軋制的特性要求[2]，可選用耐冷熱疲勞性能優異的Cr13不銹耐熱特殊工具鋼成分或強韌性及熱穩定性好的Cr-Mo-V熱工具鋼成分的埋弧堆焊用藥芯焊絲材料進行堆焊修復。

為滿足限動芯棒的軋制特性要求以及堆焊技術要求，芯棒表面工作層堆焊金屬基體組織設計為強度高、相對韌性好的低碳回火馬氏體或索氏體，同時在其基體上分布著均勻細小的彌散合金碳化物。

(2) 焊劑的選擇

選用國產經專門研制生產的堿性燒結焊劑。堿性燒結焊劑的渣系為:MgO-Al2O3-CaF2-SiO2，堿度BIIW約為:1.8，化學活性系數Af為:0.15。如圖1所示。

2.2 堆焊修復制造工藝過程

采用下述工藝流程對熱連軋無縫管限動芯棒進行堆焊修復制造[3]:

(1)堆焊用芯棒坯整備

堆焊修復前，對舊芯棒坯進行疲勞層車削、局部缺陷焊補、超聲和磁粉探傷、全長及局部直線度檢測、保證堆焊工作層厚度車削的整備工作。

(2)預熱

綜合考慮芯棒母材和堆焊材料成分、芯棒尺寸、以及實際操作上容許程度等因素，將預熱溫度確定為250～300℃，焊道層間溫度控制在200～250℃。

(3)保溫堆焊作業

使用具有下降電源特性的直流電源，配備帶自動測溫、控溫系統的移動電加熱(或燃氣加熱)保溫裝置，在芯棒自動埋弧堆焊專用設備上，進行多機頭單絲圓周方向連續螺旋自動埋弧堆焊，共堆焊3～4層，堆焊總厚度為7～9mm。

(4)焊后熱處理

焊后熱處理的主要目的是為改善焊后組織和消除焊接應力。具體熱處理工藝曲線如圖2所示:

(5)熱處理后機加工及鍍鉻前焊層檢測

對經過焊后熱處理后的堆焊芯棒進行粗加工，然后進行半成品檢驗包括:超聲波探傷、硬度檢查、外觀檢查、幾何形狀及粗加工尺寸檢查等。堆焊層的磁粉探傷(MT)檢查在芯棒鍍鉻前的最終機械精加工完成后進行。

(6)芯棒鍍硬鉻、去氫處理及成品檢測

堆焊修復芯棒在移動式專用電鍍生產線上鍍鉻，芯棒表面硬鉻層的厚度要求為:0.055～0.065mm。最后進爐在200～300℃進行保溫去氫處理。

成品檢測內容包括:表面硬度及均勻性、鉻層厚度及均勻性、直線度、規格尺寸、表面光潔度等。

3 生產應用情況

堆焊芯棒上線使用時，在生產中未發現任何問題，等同于原H13芯棒。堆焊芯棒在使用過程中，在軋制約1600支時，出現龜裂現象，但此時未影響生產使用，在2600支時，部分芯棒龜裂較為嚴重。考慮到芯棒改規余量，將對這類芯棒下線改車為其它小規格芯棒;而原H13芯棒，在使用過程中龜裂現象不明顯，在軋制約2000支時，才出現龜裂現象。顯然，原H13芯棒材質性能均勻性上要好于堆焊芯棒，在對比使用過程中，原H13芯棒壽命優于堆焊后芯棒。表1為堆焊芯棒及原H13芯棒生產應用壽命對比。

芯棒生產使用下線后，兩種芯棒經表面車削4mm(直徑方向)后的表面龜裂狀況如圖3所示。從圖3可以明顯看出，兩種芯棒表面都出現了龜裂現象，但原H13芯棒表面龜裂不嚴重，堆焊芯棒表面龜裂則較為嚴重，因此在芯棒使用過程中，要求生產人員在堆焊芯棒使用超過2000支以上無縫管時，應加強對芯棒的監控，防止因芯棒嚴重龜裂影響鋼管內表面質量。

注:堆焊芯棒(190.5-43～190.5-48)由原H13芯棒(190.5-13～190.5-18)生產應用下線后堆焊修復制造。

堆焊芯棒雖然在使用性能上比原H13芯棒差些，使用壽命約為原H13芯棒的90%，但在生產上能夠滿足生產需要，保證鋼管內表面質量，并且節約大量芯棒成本。因此堆焊修復制造芯棒對于無縫鋼管廠來說，現實意義重大，是一種有效的技術經濟措施。

4 結語

采用藥芯焊絲埋弧堆焊硬面技術，可成功修復制造熱連軋無縫管機組用限動芯棒。為滿足限動芯棒生產應用要求，堆焊修復制造芯棒，其表面堆焊金屬必須兼具有較高的抗冷熱疲勞性能和良好的耐高溫綜合服役性能。經大量生產應用考核，堆焊修復制造芯棒使用壽命約為原H13芯棒的90%，完全能夠滿足生產需要，并保證鋼管內表面質量。由于可大幅降低芯棒耗量，是一種有效的節約生產成本的技術經濟措施，值得在行業內普遍推廣。

參考文獻

[1]嚴澤生.現代熱連軋無縫鋼管生產[M].北京:冶金工業出版社，2009:148-158.

[2]謝培力.影響限動連軋機組芯棒使用壽命的原因分析[J].金屬材料與冶金工程，2007，35(5):30-33.

[3]沈風剛，劉景鳳.冶金軋輥堆焊技術綜述[J].中國表面工程，2006，19(3):14-19.