CN107378287A - 堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：所述方法为应用埋弧或明弧方式配合堆焊材料、堆焊方法补焊表面局部缺陷，补焊一定厚度后，利用等离子弧对补焊焊道进行重熔。本发明一方面在保证焊接层与基体的充分冶金结合，降低了焊接层与基体或原堆焊层之间裂纹，焊道浸润性等缺陷产生的概率；另一方面，避免了采用传统埋弧或明弧补焊后表面组织粗大、合金便析严重等缺陷，利于轧辊使用寿命的提高。

Description

堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法

技术领域

本发明涉及一种采用埋弧或明弧补焊和等离子电弧重熔相结合修复轧辊表面局部剥落，剥离，磨损严重等缺陷的工艺，属于焊接技术领域。

背景技术

轧辊表面失效易造成轧辊的报废，热轧工作辊的失效主要是由于粘着磨损以及钢板表面氧化皮等硬质点引起的磨粒磨损造成的；而冷轧工作辊主要是由于工作应力的引起表面剥离、掉块、磨损等缺陷，造成轧辊的失效。因此，轧辊的失效主要表现形式为：磨损严重，局部剥离或掉块，黏渣严重，腐蚀严重，裂纹严重等；而在这些表现形式中，轧辊表面局部剥离或掉块表现的尤为突出，特别是冷轧辊。

轧辊局部存在剥离或掉块等缺陷的区域一般不会超过轧辊表面的15%，为修复这些缺陷，目前一般的堆焊要对整个轧辊辊面进行退火后再车削、探伤，预热，保温，堆焊，中间热处理，焊后热处理，车削，磨损，检测等重复步骤，不仅耗时耗力，而且堆焊风险大，热应力很大，同时难以获得优良的工作层，因此对整体处理特别是对大型轧辊来说是人力，物力，财力的巨大浪费。而其他的一些修复方法如焊条、气保护修复，存在母材结合的润湿性差、结合性不足、均匀性不好等缺陷；采用激光熔敷焊接，存在成本高，重熔效率低等缺陷。因此，冶金行业急需一种简单有效的修复方法对轧辊表面的剥离或掉块进行局部修复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，一方面在保证焊接层与基体或原焊道的充分冶金结合，在与基体或原焊道焊接的首层或二层，立刻进行等离子重熔，重熔的深度3～5mm，且保证重熔的深度高于焊接层与基体或原焊道的稀释层，因此重熔后的焊接层与基体或原焊道的冶金结合更强，降低了焊接层与基体或原焊道之间裂纹，焊道浸润性等缺陷产生的概率；另一方面，避免了采用传统埋弧或明弧堆焊组织粗大、合金便析严重等缺陷，利于轧辊使用寿命的提高。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法：

可采用以下两种方案修复局部区域。

一、局部区域集中，亦采用车削局部区域，采用埋弧等补焊方式补焊焊接一层或两层后立刻进行等离子重熔；后补焊到一定厚度后再进行等离子重熔。

二、局部区域分散，采用手砂轮等方式打磨缺陷区域，采用气保焊接等补焊方式补焊一层或两层后，进行等离子重熔；后在进行补焊一定厚度后进行等离子重熔。

使缺损部位得以修复，然后用机械加工恢复辊面形状，本发明通过重熔焊道不仅解决新焊接材料与母材，原焊道之间的润湿性差、结合性不足、均匀性不好等缺陷，也细化了晶粒，增加了组织的均匀性，强化了力学性能；同时通过部分热处理及少量的人力，物力，财力即可获得一个可重新使用的轧辊。

补焊、重熔相结合的方式修复轧辊表面缺陷工艺，包含电弧补焊、等离子重熔两个部分：

1、轧辊局部补焊：

补焊方法包括焊条电弧焊、熔化极气体保护电弧焊（包括熔化极自保护焊）、钨极惰性气体保护焊、丝极埋弧焊及其组合。配合合适的补焊材料，补焊工艺进行轧辊补焊。

一般步骤为：

1.1 辊面补焊应按补焊工艺指导书进行；补焊应按补焊工艺指导书进行。特别是补焊电流，电压，轧辊旋转速度，机头行走速度，搭接量，导前，焊丝伸出长度，热处理，补焊材料，检测等参数的合理匹配。

1.2 补焊材料的烘干、使用、保管应符合补焊材料制造厂提供的说明书的要求。

1.3 辊坯宜选用火排进行局部预热，亦可全部预热。辊面补焊预热温度及层间温度应按照工艺评定结果选取。预热时，在室温至100℃范围内，升温速度不应高于40℃/h；大于100℃之后，不应高于50℃/h，均匀加热。

1.4 补焊过程中，补焊环境要求相对封闭，保温可采用燃气加热或保温炉加热两种方式。燃气加热必须防止燃气产生的碳黑污染。

1.5 补焊过程必须采取自动或人工的方式不间断的进行层间温度和施焊质量的监控，出现缺陷应立即处理，不得在有缺陷的焊层上直接补焊。

2、补焊焊道等离子重熔

2.1辊面重熔应按补焊工艺指导书进行。特别是电流，电压，轧辊旋转速度，机头行走速度，搭接量，导前，气流量，钨极形貌，钨极伸出长度，重熔部位，检测等参数的合理匹配。

2.2重熔前，应补焊及清理轧辊表面，尽量将表面缺陷补焊完毕，后清理掉表面的灰尘。

2.3等离子重熔时，为提高重熔效率，尽量提高补焊表面温度。

2.4等离子重熔时出现缺陷应及时处理，亦可在缺陷区域进行二次重熔或重熔，不得在有缺陷的焊层上直接补焊。

优选地，面积较大的补焊区域，轧辊冷却到室温后进炉热处理，在室温至100℃以内，升温速度不应大于40℃/h，之后不应大于50℃/h，降温速度不应大于25℃/h；保温时间不低于轧辊直径除以50.5，单位小时；当炉温降低到150℃时，可出炉置于专用箱内或用石棉遮盖缓冷至室温。

优选地，局部较小补焊区域，加热到400℃-500℃，保温时间不低于4小时。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明将补焊技术，重熔技术的优点有机结合起来，实现了补焊焊道的细化晶粒，合金便析及夹杂、夹渣等缺陷的减少，同时提高了补焊与基体或原焊道之间的冶金结合能力及降低缺陷概率，利于补焊轧辊表面性能及使用寿命的提高。突破了目前单一方式补焊轧辊的局限性，真正实现完全意义上高性能轧辊的修复。

采用本发明工艺修复的轧辊补焊过程中未出现剥落，裂纹等缺陷，目前已成功应用在冷轧不锈钢支撑辊，中辊的补焊修复，上机使用后补焊区域与周边表面呈现出良好的冶金结合，且具有良好的抗疲劳裂纹，抗耐磨性，抗氧化性能，表面光滑，能够满足轧辊工况要求，使用寿命明显比单一补焊工艺更优。本发明可以开拓到其他表面工程领域应用，如电厂，水泥厂的磨煤辊、挤压辊等轧辊局部区域的补焊。

具体实施方式

本发明上述的实施例只是用于说明本发明的具体实施方式，而不是用于限制本发明的保护范围，凡是对本领域熟练的技术人员来说，只要不离开本发明的技术特征范围可做各种变化或修正，其本质与本发明的那技术方案相同，均属于本发明的保护范畴。

实施例1 补焊，重熔修复冷轧支撑辊的工艺

一种轧辊直径为Φ680mm的92CrMo的冷轧不锈钢支撑辊，在轧辊表面有剥落，大小为长x宽x深：100mmx60mmx8mm的小局部剥离。

采用二氧化碳保护补焊，等离子重熔修复方法，包括以下工艺步骤：

1）修复前先进行无损探伤，后采用手砂轮对堆焊区域进行打磨，要求打磨后的形貌与周边自然圆弧过渡（角度不大于45度），缺陷内部较平整，且边打磨边采用磁粉探伤检测裂纹，最终无缺陷后在向四周打磨约3mm，最终缺陷区域为长x宽x深：160mmx80mmx11mm。

2）根据补焊工艺评定结果制定补焊工艺。

3）轧辊预热：

在补焊区域用火排烘烤至少6小时，补焊区域温度达到300℃以上。

4）由于原堆焊层硬面单边厚度约为15mm，因此，仅采用W、V、Mo强化的Cr5系堆焊材料进行补焊，采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。

以Φ1.6mm药芯焊丝为例，对于Φ1.6mm药芯焊丝，要求：

焊接电流：240～300

焊接电压：30～36

二氧化碳气流量：15～25ml/min

层间温度控制在120～200

焊接速度：300~450mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接须约50%

焊丝伸出长度：15~25mm

单层补焊厚度：<2mm

5）补焊两层后清理轧辊补焊表面，进行等离子重熔。等离子重熔的参数为：

重熔电流：160～260A

焊接转速：100～180mm/min，

工作气体：堆焊时一般选用氩气，气流量为3～5L/min

保护气体：气流量为8～12L/min

熔深：4～5mm

熔宽：8～13mm

钨极缩入长度：1.5～3.0mm。

焊道搭接：相邻焊道搭接约30%

6）对盖面层进行再次二氧化碳焊接，此时，单边堆焊厚度可超过2mm，补焊完毕到Φ685mm～Φ687mm时，再次进行重熔，重熔后表面尺寸变为：Φ683mm～Φ655mm

7）补焊修复的区域进行火排加热，加入到450℃左右，保温5小时，后用石棉布包裹，缓慢冷却。

8）最后车削或打磨补焊区域，加工至规定尺寸和精度。

9）轧辊的检测，包括硬度及裂纹等缺陷。发现补焊后表面硬度在52±1.5HRC，与周边盖面硬度无显著差异，表面及内部均无缺陷。

实施例2 补焊，重熔修复冷轧支撑辊的工艺

一种轧辊直径为Φ650mm的42CrMo的冷轧不锈钢支撑辊，在轧辊一侧约200mm处出现了连续的小局部剥离。

采用埋弧堆焊，等离子重熔修复方法，包括以下工艺步骤：

1）修复前先进行无损探伤，后车床车削轧辊一侧的缺陷，边车除边进行检测，最终确定单边修复尺寸长x宽x深：220mmx160mmx12mm。考虑车削层实际堆焊尺寸即从Φ626mm补焊至Φ656mm。同时车削部位与原盖面之间以30度角过度。

2）根据补焊工艺评定结果制定补焊工艺。

3）轧辊预热：

有条件可以整辊预热温度300℃，保温13小时。

4）采用合适的打底材料，补焊一层打底层，补焊后尺寸约为Φ630mm

采用的埋弧补焊工艺参数为：

以Φ3.2mm药芯焊丝为例，对于Φ3.2mm药芯焊丝，要求：

焊接电流：350~450A

焊接电压：27~32V

焊接速度：380~500mm/min

焊道搭接：相邻焊道搭接须大于50%，具体搭接量应视焊道平整光滑情况。

焊接极性：采用直流反接。

焊丝伸出长度：16~28mm

焊道层间温度：280~380℃

5）清理轧辊表面，后进行等离子重熔。等离子重熔的参数为：

重熔电流：160～260A

焊接转速：100～180mm/min，

工作气体：堆焊时一般选用氩气，气流量为3～5L/min

保护气体：气流量为8～12L/min

熔深：3～4mm

熔宽：8～13mm

钨极缩入长度：1.5～3.0mm。

焊道搭接：相邻焊道搭接约20%

6）采用合适的盖面材料，补焊三层盖面层，采用的补焊工艺参数同打底丝。

7）对盖面层再次进行重熔。

8）再进行埋弧堆焊，堆焊三层，堆焊后尺寸为：Φ655～Φ657mm。

9）对盖面层再次进行重熔。重熔后表面尺寸变为：Φ653～Φ655mm

10）补焊修复的轧辊进行热处理，包括：

轧辊冷却到室温后进炉热处理，在室温至100℃以内，升温速度不应大于40℃/h，之后不应大于50℃/h，降温速度不应大于25℃/h。

回火最高温度为560℃，保温8小时。当炉温降低到150℃时，可出炉置于专用箱内或用石棉遮盖缓冷至室温。

11）亦可不进行回火，焊后用对补焊部位进行加热，温度达到450℃之后保温12小时。

12）最后车削精加工至规定尺寸和精度。

13）轧辊的检测，包括硬度及裂纹等缺陷。发现补焊后表面硬度在52±1.5HRC，与周边盖面硬度无显著差异，表面及内部均无缺陷。

Claims (10)

1.一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：所述方法为应用埋弧或明弧方式配合堆焊材料、堆焊方法补焊表面局部缺陷，补焊一定厚度后，利用等离子弧对补焊焊道进行重熔。

2.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：采用车削局部区域，采用埋弧等补焊方式补焊焊接一层或两层后立刻进行等离子重熔；后补焊到一定厚度后再进行等离子重熔。

3.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：采用手砂轮方式打磨缺陷区域，采用气保焊接等补焊方式补焊一层或两层后，进行等离子重熔；后在进行补焊一定厚度后进行等离子重熔。

4.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：

1）重熔前补焊材料的硬度比传统补焊材料的硬度高3～8HRC；

2）重熔前补焊材料的的合金成分比传统补焊材料的合金成分高3～15%；

3）杂质含量可适当提高，但不高于<0.04%；

4）补焊材料的碳含量不高于0.8%，常温断面伸长率不低于6%。

5.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：补焊方法包括焊条电弧焊、熔化极气体保护电弧焊、钨极惰性气体保护焊、丝极埋弧焊及其组合。

6.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：轧辊补焊一定厚度指为达到最佳性能或性价比，优化补焊层与等离子重熔层之间的匹配。

7.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：辊面补焊预热温度及层间温度应按照工艺评定结果选取，预热时，在室温至100℃范围内，升温速度不应高于40℃/h；大于100℃之后，不应高于50℃/h，均匀加热；层间温度因高于单独采用补焊时的层间温度。

8.根据权利要求1所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：补焊重熔的轧辊表面进行热处理，可采用加热炉处理和火排处理两种方式。

9.根据权利要求8所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：面积较大的补焊区域，轧辊冷却到室温后进炉热处理，在室温至100℃以内，升温速度不应大于40℃/h，之后不应大于50℃/h，降温速度不应大于25℃/h；保温时间不低于轧辊直径除以50.5，单位小时；当炉温降低到150℃时，可出炉置于专用箱内或用石棉遮盖缓冷至室温。

10.根据权利要求8所述的一种堆焊重熔相结合补焊轧辊表面缺陷的方法，其特征在于：局部较小补焊区域，加热到400℃-500℃，保温时间不低于4小时。