熱軋支撐輥的堆焊再制造技術

田宗偉

摘 要：通過對本鋼熱連軋1700軋機支撐輥材質、使用及失效情況分析，合理選用埋弧自動堆焊金屬材料，制定焊接工藝及熱處理工藝，有效地修復了1700軋機支撐輥。堆焊修復后，各主要指標符合上機標準。軋制使用后跟蹤檢測，比較同型號鍛鋼軋輥，該輥磨損量、磨削量略小。

關鍵詞：支撐輥堆焊焊接工藝

1.前言

支撐輥主要是用來傳遞壓力，是熱軋機中重要部件，工作時其與熱軋機工作輥相接觸，以防止工作輥在軋制鋼坯時發生撓曲變形，從而影響軋制出來的產品質量，其工作壓力高達2000t。作為熱軋機的重要部件，由于生產條件惡劣，需要頻繁更換。以本鋼熱連軋廠為例，其支撐輥的常見失效形式有裂紋、剝落、磨損等，大量生產實際表明支撐輥主要消耗部分是在軋輥表面的工作層，重量約占軋輥總重的10%左右，如果僅僅因為軋輥表面工作層的失效而更換昂貴的新支撐輥，對軋鋼廠來說是較為沉重的負擔，本文通過對于本鋼熱連軋1700mm支撐輥使用狀況的分析，合理選擇焊材，利用現有設備，制定一套焊接工藝，實現了熱軋支撐輥的輥身整體堆焊，并成功上機試軋。

2.工藝流程

焊接前預處理→焊前預熱→堆焊再制造→焊后熱處理→無損檢測→機械加工→出廠

2.1焊接前預處理

待堆焊輥坯均為熱軋機報廢下機輥，由于軋制時工作條件惡劣，軋輥下機狀態不明，因此在進行對焊前必須對軋輥進行預處理，以保證后續工序的順利進行。首先對輥面進行除銹處理，并進行全方位探傷，進行修復可行性評估。采用半精車的加工方式除去可用軋輥工作疲勞層。有缺陷部位，將缺陷完全加工去除，并對缺陷較深部位邊緣加工坡口。車削加工后，輥面直徑應在保證除去疲勞層及所有缺陷前提下，最大限度的接近于原始直徑，并預留打底層和過渡層的厚度。

車削加工完成后，對輥面進行著色探傷或磁粉探傷，依據探傷結果除去表面微裂紋，并再次進行超聲波探傷。保證焊接部位無缺陷后進行下步作業。

2.2焊裝引弧環

輥坯進行焊接預熱之前，應在輥身的兩端焊裝引弧環（擋圈）。引弧環為焊接式，采用Q235鋼板（厚度≥焊接最大熔深）制作而成，環焊在輥身兩側。引弧環的主要作用為承托焊劑，保證堆焊時熔渣不發生流淌，并保證在輥身兩側可以得到良好的堆焊形狀。

3堆焊材料

3.1焊絲合金系統的選擇：

本文堆焊再制造支撐輥成分見表1。熱軋支承輥的碳當量較高，堆焊時母材熱影響區的淬硬傾向及焊接裂紋敏感性較大，可堆焊性較差，同時堆焊層厚度一般均在30mm以上，堆焊時的焊接應力較高。因此，在堆焊工作層前需先堆焊打底層及過渡層。過渡層材料為低碳低合金鋼，要求強韌兼備，硬度適中，堆焊層及與母材結合面無裂紋等缺陷，與母材及工作層均能良好結合，并在二者之間起到過渡緩沖作用，從而確保大厚度工作層堆焊的順利進行。對工作層材料的要求是堆焊層無超標工藝缺陷、耐磨性好、屈服強度高并有一定強韌性;經焊后去應力回火，硬度滿足技術條件要求。兩種堆焊焊絲的典型成分見表2。

4焊接工藝設計

4.1預熱溫度和層間溫度的確定

為了降低堆焊過程中堆焊金屬及熱影響區的冷卻速度，降低淬硬傾向并減少焊接應力，防止母材和堆焊金屬在堆焊過程中發生相變導致裂紋產生，堆焊前需要對支撐輥進行預熱。

預熱溫度的確定需依據母材以及堆焊材料的碳含量和合金含量而定，參考經驗公式：

T（oF）=1020-630（%C）-72（%Mn）-63（%Si）-36（%V）-36（%Cr）-3l（%Ni）-18（%Cu）-18（%Mo）-9（%W）+27（%Co）+54（%Al）

其中℃=5/9（oF-32）。

考慮到熱軋支撐輥母材及堆焊材料的合金含量均相對偏高，同時支承輥的尺寸及堆焊厚度均較大，材料的拘束力大，焊接應力大，所以適當提高預熱和層間溫度，預熱溫度確定為400～450℃，焊道層間溫度控制在350℃以上。

4.2堆焊工藝參數

堆焊工藝參數是指堆焊時所采用的焊接極性、焊絲直徑、焊接電流、焊接電壓以及堆焊速度等。在研究進行的軋輥堆焊修復中，對于Φ4.0mm藥芯焊絲：

4.3中間去應力退火

由于熱軋支撐輥的堆焊厚度較大（單邊35mm），連續堆焊完成，堆焊金屬將產生非常大的焊接累積應力，增加堆焊輥產生裂紋的傾向，嚴重時將發生支撐輥開裂的嚴重事故。因此在堆焊厚度到20-30mm后，需在堆焊進行中間階段穿插一次中間退火，以降低或消除焊接累積應力。在研究進行的軋輥堆焊修復中采用熱處理工藝曲線如圖1所示。

4.4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。同時使堆焊組織產生“二次硬化”，進一步提高和改善堆焊金屬的耐磨性及耐熱疲勞性。依據本文所用焊絲合金成分以及支撐輥母材的合金成分，回火溫度選取在550±10℃之間，且保溫時要略長于同等尺寸工件，這樣一方面能使應力充分釋放，另一方面則可以促進基體組織中細小碳化物的彌散析出，增加堆焊層的耐磨性。

4.5堆焊過程質量控制

按照制定焊接工藝輥坯預熱規范進行預熱溫度檢查，層間溫度350℃，并在堆焊過程中保持這一溫度。隨時檢查焊接電流、電弧電壓、焊接線速度、焊槍步進寬度、焊道成型及尺寸等工藝參數，保證堆焊結束后軋輥外觀整齊美觀。

5.上機試軋情況

堆焊支撐輥成品出廠后于本鋼熱連軋廠1700線上機使用。每軋制滿一個周期后下機，進行表面硬度檢測和堆焊層無損探傷。輥面及堆焊層內部質量均保持良好，堆焊層與輥體結合層未發現異常。比較同型號鍛鋼軋輥，該輥磨損量、磨削量略小。

6.結論

（1）結合熱軋支撐輥的工作條件，采用文中所述工藝，對大型熱軋支撐輥進行堆焊修復，可以取得良好效果。堆焊修復后的熱軋支撐輥無缺陷，其強韌性和耐磨性優于Cr3/Cr5輥的性能。

（2）堆焊修復后熱軋支承輥在生產線上進行了運行考核，滿足其使用要求，并大大降低了生產成本。

參考文獻：

[1]曹葉，趙慶華，劉誠民.大型支承輥的堆焊修復[J].焊接，2006，（7）：33-36

[2]陸寅松，張智峰，胡學輝等.5%Cr帶鋼支承輥制造技術[J].金屬加工（熱加工），2011，（9）：15-18