650軋機軋輥埋弧焊修復工藝

（廣西工業職業技術學院，廣西南寧530003）

0 前言

某初軋廠650軋機為3架橫列式軋機，第一架軋機和第二架軋機為3輥軋機，機前設有翻鋼滑板，機后設有升降臺；第三架為二輥軋機。650軋機所用主要錠型為710 kg錠、850軋機開坯240 mm×260 mm、電渣坯 255 mm×255 mm、鍛坯 255 mm×255mm、連鑄坯240mm×240mm和320mm×280mm。在生產軋制過程中，由第一架軋機向第二架軋機精軋提供 170方、160方、150方、140方、120方等坯料，依次經過第二架軋機的扁孔型、立壓孔型以及橢圓孔型，最后由第三架軋機的圓鋼成品孔型后軋制成φ80～160 mm圓鋼。其中軋機軋輥承擔著縮減坯料斷面的任務，而且坯料經加熱爐后鋼坯溫度高達1 000℃，在坯料軋制過程中，軋輥表面溫度將近600℃，軋制溫度高，軋輥工作條件惡劣。當軋輥孔型磨損到一定程度影響軋材表面質量后，需更換軋輥。對于換下來的軋輥，目前最常用的較為先進的工藝方法是孔型堆焊修復工藝，對已磨損的軋輥孔型表面進行堆焊修復，再經退火處理和重新加工后使用。焊接材料的選擇和焊接工藝決定軋輥的強度、表面硬度、抗裂性能和高溫耐磨性能[1]。因此制定合理的軋輥孔型修復焊接工藝尤為重要。

1 焊前準備

1.1 軋輥表面清理

采用車削工藝去除軋輥表面疲勞層和缺陷，直至無銹斑、表面光亮以及探傷劑檢驗無裂紋。對于經過多次修復的軋輥，累計車削量達軋輥尺寸的1/3時應做報廢處理[2]。

1.2 焊接設備及焊接材料

軋輥的堆焊使用MZ-1-1000型變速式電弧電壓反饋調節系統埋弧自動焊機，配用直流電源，具有陡降的電源外特性。該埋弧焊機的焊絲送給速度能隨電弧電壓的變化而變化，對于堆焊修復時發生電源電壓的波動能較快速地恢復到正常狀態。

該初軋廠的軋輥母材為低合金高強度鋼，牌號70Mn，其化學成分及力學性能見表1，選用低錳高硅焊劑HJ260配合不銹鋼焊絲H2Cr13，如表2所示，焊絲規格 φ4.0 mm。焊劑中的 Mn、Si、Ca、Al與焊絲中的Cr、Ni、Mo等元素可滿足軋輥孔型表面堆焊層金屬的硬度要求、抗裂性要求和高溫耐磨性要求[3]。

表1 軋輥母材70Mn化學成分及力學性能

表2 焊絲與焊劑的主要化學成分%

2 焊接工藝要點

2.1 埋弧焊焊接工藝參數

為減少熔化母材對堆焊金屬的稀釋，堆焊第一層選用較小的焊接規范，第二層、第三層可適當增大焊接規范。具體工藝參數：焊接電流400～450 A，電弧電壓28～32 V，焊接速度400 mm/min，橫向螺旋堆焊焊道搭接量為焊道寬的1/3～1/2。

2.2 焊前預熱

為防止因堆焊層金屬結晶偏析而產生熱裂紋，需要降低軋輥堆焊層金屬的冷卻速度。軋輥焊前在加熱爐中緩慢加熱至500℃并保溫5 h，以減小淬硬傾向，加速氫逸出，并消除部分內應力[4]。

2.3 軋輥孔型圓角的焊接工藝

650軋機示意如圖1所示，主要生產規格為φ80～160 mm的圓鋼。軋輥有一系列深淺不等的軋槽，當堆焊軋槽圓弧處時，由于焊道的焊縫成形系數低，容易形成窄而深的焊縫。熔池凝固結晶過程中的雜質在窄而深的焊縫中易形成區域偏析，特別是含有較多合金元素的焊接材料加劇了區域偏析程度，極易出現熱裂紋。因此堆焊軋槽圓弧處時應降低焊接電流，避免產生窄而深的焊縫。

2.3 堆焊過程保溫及焊后熱處理

軋輥修復是多層多道焊，焊層在多次熱影響作用下會降低焊層硬度，增大拘束應力，需在堆焊機床上設置電加熱保溫裝置，保持層間溫度在300℃以上。堆焊工作必須連續進行直至完工，不能中途停止。為消除焊接殘余應力，焊后以0.5℃/min的速率加熱至550～600℃，保溫7 h后，以0.4℃/min速率緩慢冷卻到軋輥溫度低于100℃可出爐空冷[5]。

圖1 650軋機軋輥示意

3 機加工與檢驗

堆焊后的軋輥按孔型圖加工至所需尺寸，經超聲波探傷檢查無超出規定的焊接缺陷，硬度測試合格可投復使用。

4 結論

嚴格按照此焊接工藝修復的軋輥，在該初軋廠使用過程中不僅能滿足生產的質量要求，而且堆焊材料的高硬度和高耐磨性使軋輥的使用壽命提高近一倍；降低了軋輥消耗費用，經濟效益顯著。軋輥堆焊修復能夠使輥芯重復使用，節約了金屬合金材料，充分合理地利用資源，具有較好的社會效益。

[1] 張瀠月，包曄峰，蔣永鋒，等.軋輥堆焊的現狀和發展趨勢[J].電焊機，2010，40（10）：17-20.

[2] 胡健，顧雙全，付鵬.軋輥堆焊修復工藝的實踐[C].2012全國軋輥使用與制造技術交流會論文集，2012：46-47.

[3] 朱艷.φ650軋機軋輥使用燒結焊劑的堆焊修復[J].機械設計與制造，1997（3）：37-38.

[4] 譚文振，高明杰.φ650/φ630 mm型鋼軋機軋輥堆焊技術優化及應用[J].軋鋼，2006，23（3）：28-30.

[5] 任大春.普通軋輥孔型的堆焊和經濟性分析[J].特鋼技術，2009，15（58）：51-52.