CN104975288B - 一种拉矫辊的快速再制造方法 - Google Patents

Abstract

一种拉矫辊的快速再制造方法，首先切割分离辊颈与辊身，彻底清除辊身内冷却管路中的水垢，检测拉矫辊磨损尺寸，然后去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；配制合金粉末，采用三维混粉器混合合金粉末；采用重力送粉方法，通过大功率半导体激光器扫描固定在数控加工机床上的拉矫辊，将合金粉末熔覆在拉矫辊表面；对熔覆后的拉矫辊与辊颈借助金属套环完成焊接，完成辊身与辊颈的快速组装，并对拉矫辊表面进行机械加工，获得尺寸、形状及精度均达到要求的拉矫辊。本发明工艺简单、可控性强、节能环保、成本低，实现了磨损后拉矫辊的再制造及水垢的彻底清理，再制造后的拉矫辊性能好，使用寿命长。

Description

一种拉矫辊的快速再制造方法

技术领域 本发明涉及一种机械部件的修复方法。

背景技术 拉矫辊是连铸机上最重要的部件之一，在连铸机上使得经过结晶器、密排段后的红热钢坯形成需要的板型，直接影响成型板坯的平整度及质量。伴随着现代科技的飞速发展，对拉矫辊的要求越来越高：拉矫辊辊身的工作层必须具有优良的耐高温磨损性能和抗热疲劳性能。但拉矫辊辊面在长期反复承受压应力后会出现诸如：腐蚀、剥落、点蚀、热疲劳裂纹等失效形式，导致板坯的厚度起伏以及外形质量的不佳，严重影响了产品质量。目前，对于出现较深层剥落的拉矫辊采用的措施是削辊，即对拉矫辊发生表面疲劳缺陷的部位通过车削对其去除，再采用埋弧堆焊方法修补。目前对钢坯的质量要求越来越高，所以对拉矫辊的要求也越来越高，传统埋弧堆焊已经无法满足拉矫辊长寿命和高质量的要求，而且钢坯生产效率越来越高，若拉矫辊因出现表面缺陷而更换，则会给用户企业造成巨大的经济损失。

因此为了提高生产效率，开展针对拉矫辊这一作为连铸生产线最值得注意的部分的研究，实现关键部件的再制造对于提升我国连铸设备的使用寿命、使用效率和增强竞争力具有重要的理论意义与实用价值。

目前对失效后的拉矫辊进行再制造，其难点有两个方面：一是表面缺陷修复。目前表面缺陷修复多是采用埋弧堆焊的方法，但由于堆焊的热影响区大、对堆焊层组织影响大，极易导致修复后的拉矫辊表面组织粗大，同时有效合金元素在堆焊过程中烧损严重，导致修复后拉矫辊高温工况下耐磨性能下降，实际使用中寿命远远低于新品寿命，增加了企业成本；二是辊身内冷却管路的水垢无法彻底清理，由于拉矫辊采用水冷的方式进行冷却，工作时辊面产生大量的热量，使冷却水温度升高，在管路内形成大量水垢残留，温度越高，生成的水垢就越快，越多越硬，减小了管路内水流道的截面积，增加了水循环的阻力，阻碍正常的热交换，随水垢层的不断加厚，严重降低了拉矫辊的冷却效果，导致拉矫辊工作层短期内失效，缩短了设备使用寿命，增加了维修的成本。

发明内容 本发明的目的在于提供一种工艺简单，可控性强，节能环保，成本低的拉矫辊的快速再制造方法。实现熔覆层组织细化，添加的有效合金成分在熔覆中基本没有烧损，达到辊体表面具有良好、均匀的硬度，硬化层深度较深的优秀品质，满足拉矫辊对高温耐磨性，良好的抗剥落性、抗疲劳性能的要求；同时彻底清除冷却管路内壁的水垢，不仅使失效的拉矫辊可再次使用，而且性能更好、使用寿命远高于新拉矫辊。

本发明的技术方案如下：

(1)对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；

(2)对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；

(3)配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C0.1～0.3％、Si 0.8～1.1％、Cr 15～17％、Ni 9～12％、Mo 1.5～1.9％、Nb 3～5％，余量为Fe；所述粉末的粒度为120～325目；

(4)将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合2～3小时；

(5)将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝1500～3500W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为150～200g/min、搭接率50％、扫描速度V＝250～700mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆2～3层，合金熔覆层厚度达到3～4mm；

(6)对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与辊身结合组装，完成拉矫辊的组装；

(7)按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；

(8)对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、解决了传统方法无法对辊身内冷却管路中水垢的清理难题，还利用安装金属套环焊接的方法完成辊颈与辊身的快速组装。

2、工艺简单、节能环保、成本低，可以实现拉矫辊的多次再制造，再制造后的拉矫辊具有良好的高温耐磨性、抗剥落性和抗疲劳性、其使用寿命已经达到新辊寿命的2倍,具有突出的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明金属套环在拉矫辊中的安装位置图。

具体实施方式

实施例1

对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.1％，Si 0.8％,Cr 15％，Ni9％，Mo 1.5％，Nb 3％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合2小时；将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝1500W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为150g/min、搭接率50％、扫描速度V＝250mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆2层，合金熔覆层厚度达到3mm；对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，如图1所示，根据拉矫辊辊颈3的大小制造一种45钢材质金属套环2，采用焊接方式将辊颈与带有熔覆层1的辊身4结合组装，再按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

实施例2

对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.3％，Si 1.1％,Cr 17％，Ni12％，Mo 1.9％，Nb 5％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合2.5小时；将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝3500W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为200g/min、搭接率50％、扫描速度V＝700mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆3层，合金熔覆层厚度达到4mm；对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与带有熔覆层辊身结合组装，再按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

实施例3

对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.15％，Si 0.85％,Cr 15.5％，Ni9.5％，Mo 1.9％，Nb 3.5％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合3小时；将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝1800W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为170g/min、搭接率50％、扫描速度V＝350mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆3层，合金熔覆层厚度达到4mm；对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与带有熔覆层辊身结合组装，再按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

实施例4

对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.2％，Si 1％,Cr 16.5％，Ni10％，Mo 1.6％，Nb 4％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合2小时；将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝1800W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为180g/min、搭接率50％、扫描速度V＝400mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆2层，合金熔覆层厚度达到3mm；对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与带有熔覆层辊身结合组装，再按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

实施例5

对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.25％，Si 0.9％,Cr 16％，Ni10.5％，Mo1.8％，Nb 4.5％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合2小时；将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝2500W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为180g/min、搭接率50％、扫描速度V＝450mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆2层，合金熔覆层厚度达到3mm；对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与带有熔覆层辊身结合组装，再按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

实施例6

对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.15％，Si 0.85％,Cr 15.5％，Ni9.5％，Mo 1.9％，Nb 3.5％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合3小时；将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝1800W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为170g/min、搭接率50％、扫描速度V＝550mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆3层，合金熔覆层厚度达到4mm；对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与带有熔覆层辊身结合组装，再按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。

Claims (1)

1.一种拉矫辊的快速再制造方法，其特征是：它包括以下步骤：

(1)对拉矫辊进行拆卸，用氧气切割机将辊颈与辊身切割分离，使用加长杆圆头锥形硬质合金钻头对辊身内冷却管路中的水垢进行打磨、清理；检测辊身尺寸，确定拉矫辊表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除拉矫辊表面疲劳层和裂纹；对待修复拉矫辊辊面使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待熔覆部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；

(2)对车削后的辊面和辊颈采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷；

(3)配制金属陶瓷合金粉末，所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C 0.1～0.3％，Si 0.8～1.1％,Cr 15～17％，Ni 9～12％，Mo 1.5～1.9％，Nb 3～5％，余量为Fe；其粉末的粒度为120～325目；

(4)将按上述比例配制好的合金粉末放入三维混粉器中，混合2～3小时；

(5)将探伤后的拉矫辊固定在大功率半导体激光熔覆加工数控机床上，利用卡盘带动拉矫辊旋转，采用大功率半导体激光器熔覆扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复的拉矫辊表面采用重力送粉方法对辊颈和辊身进行激光熔覆，激光器功率P＝1500～3500W、矩形光斑2×10mm、送粉速度为150～200g/min、搭接率50％、扫描速度V＝250～700mm/min，将合金粉末在拉矫辊表面熔覆2～3层，合金熔覆层厚度达到3～4mm；

(6)对已完成熔覆过程的拉矫辊进行组装，为实现快速安装，根据拉矫辊辊颈的大小制造一种45钢材质金属套环，采用焊接方式将辊颈与辊身结合组装，完成拉矫辊的组装；

(7)按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的拉矫辊进行机械加工，达到图纸要求的尺寸和精度，并使得轴颈和辊身满足同轴度要求；

(8)对加工后的拉矫辊进行表面着色探伤，检测是否有影响拉矫辊机械性能的缺陷，保证拉矫辊的尺寸、形状、精度及表面质量均达到合格标准。