CN108890075B - 一种堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺，包括以下步骤：(1)按图纸要求，将轧辊车削到堆焊前尺寸；(2)焊前进行轧辊的检测，包括尺寸、母材成分、性能及内外缺陷的无损检测；(3)根据母材、堆焊材料及堆焊方式、方法进行堆焊工艺评定后确定堆焊工艺，并按照堆焊工艺确定的工艺参数；(4)进行单层堆焊一次成型，轧辊的实际单边堆焊厚度为图纸轧辊需要堆焊的厚度+1～2.5mm；(5)根据图纸要求对焊后不同位置的成分、硬度及组织进行检测，同时对堆焊层进行探伤检测。该工艺通过增大焊缝高度且单层堆焊成型进行连铸辊堆焊复合(再)制造，有利于焊缝组织和性能的均匀性，利于提高轧辊的使用寿命。

Description

一种堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺

技术领域

本发明涉及一种堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺，具体涉及一种单层堆焊一次成型复合(再)制造连铸辊的工艺，属于轧辊堆焊复合(再)制造技术领域。

背景技术

连铸辊作为连铸设备的核心部件，担负着输送连铸坯的任务，但是，连铸辊处于高温钢坯和冷却水的双重作用，工况条件十分苛刻，在机械和热载荷作用下，连铸辊在使用过程中由于辊面会出现程度不同的网状裂纹、氧化腐蚀、磨损损伤等破坏，以致辊子不仅消耗量大，费用昂贵，而且辊子材质的好坏是影响连铸机作业率、产品产量和质量、单位轧辊消耗及轧材成本的关键。

堆焊复合(再)制造轧辊以产品全寿命周期理论为指导，以产品全性能跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段。实践证明，堆焊复合(再)制造连铸辊不仅可以提高连铸辊的使用寿命，而且提高性价比。

目前堆焊复合(再)制造轧辊采用的工艺，特别是连铸辊有其局限性。根据奥钢联、达涅利、德马克等标准连铸辊堆焊工作层厚度多为单边3～6mm，一般采用的堆焊标准为“1+2”或“1+3”，即一层打底丝外加两至三层盖面丝。目前连铸辊常用的焊接工艺多为埋弧焊、明弧焊，采用单丝电弧焊时仅为5～6.5kg/h，堆焊一层单边厚度一般为2.0mm～2.5mm，因此需要的堆焊的时间较长，生产效率不高；而且现场实践表明：堆焊时间越长，堆焊层数越多，越容易出现堆焊缺陷。特别是多层焊接时，上一层对下一层均产生一定厚度的热影响区，会对焊缝金属组织及其力学均匀性能造成不利影响，严重损害连铸辊上机使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺，该工艺通过增大焊缝高度且单层堆焊成型进行连铸辊堆焊复合(再)制造，有利于焊缝组织和性能的均匀性，利于提高轧辊的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺，包括以下步骤：

(1)按图纸要求，将轧辊车削到堆焊前尺寸；

(2)焊前进行轧辊的检测，包括尺寸、母材成分、性能及内外缺陷的无损检测；

(3)根据母材、堆焊材料及堆焊方式、方法进行堆焊工艺评定后确定堆焊工艺，并按照堆焊工艺确定的工艺参数；

(4)进行单层堆焊一次成型，即单层堆焊后轧辊的单边堆焊厚度能够达到图纸规定堆焊厚度+1～2.5mm；

(5)根据图纸要求对焊后不同位置的成分、硬度及组织进行检测，同时对堆焊层进行探伤检测。

本发明中的“复合(再)制造连铸辊”指的是复合制造与再制造连铸辊。本发明的堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺中，堆焊方法可采用：丝极明弧堆焊、丝极埋弧焊；堆焊方式可采用：丝极明弧摆动焊、丝极埋弧摆动焊、丝极埋弧螺旋焊、丝极埋弧直道焊等单丝，双丝及多丝等。

关于堆焊材料的选择，选用硬度、组织及化学成分均满足图纸加工要求的堆焊材料(实心焊丝、药芯焊丝、焊带等)进行堆焊，且堆焊一层满足堆焊尺寸、成分及硬度的要求。

本发明的堆焊复合(再)制造连铸辊的工艺为增大堆焊厚度，单层堆焊一次成型工艺，其具备以下优点：

(1)减少了堆焊时间，且工艺性能良好，提高生产效率。

(2)减少了多层焊接上层对下层的热影响区的影响，保证组织的均匀性，部分减少了内应力。

(3)减少了堆焊过程中的各类缺陷产生的概率，特别是夹渣，气孔等缺陷。

(4)减少了轧辊的变形程度。

(5)单边厚度在0～1mm之内时，由于材料稀释率较大，合金成分波动较大；但当堆焊单边厚度超过1.5mm后，堆焊材料合金成分及组织变化不大，因此堆焊单边厚度超过1.5mm后焊缝组织和性能的均匀性得到提高，利于提高轧辊的使用寿命。

(6)单层堆焊一次成型单边厚度能达12mm，应用范围广。

(7)选择合适的焊接材料，堆焊合金成分及硬度分别能满足奥钢联、达涅利、德马克技术要求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但所列举的实施例并不用于限制本发明。

以下实施例采用国内常用的三种连铸辊堆焊方式：明弧摆动、埋弧摆动、埋弧螺旋(非摆动)。

实施例1(单层明弧摆动堆焊复合制造新轧辊)

以堆焊复合制造Φ150mm连铸辊，母材为42CrMo为例，图纸规定单边厚度为4mm，合金成分满足奥钢联(TSC 4-TS No.03/94)。

采用堆焊复合制造工艺为：

1.1将新的辊坯加工到Φ142mm，并做相应的检测；

1.2选择合适的自保护明弧堆焊焊材，特别是距母材2.5mm和4mm处的成分能够满足奥钢联成分、组织等工艺及力学性能要求。

1.3施焊前，辊坯不进行预热处理。

1.4堆焊规范参数要求(参考)：

以自制药芯焊丝(其合金熔敷金属的化学成分见表1)Φ2.4mm为例说明工艺：

堆焊一层，单边堆焊厚度为5.5mm，即堆焊到Φ153mm；

电弧电压：28V；

焊接电流：320A；

送丝速度：3.4mm/min；

转速：120mm/min；

横移速度：0.22ipm；

焊丝伸长：22mm；

焊嘴倾斜角度：向后5度；

摆动宽度(设计)约为30mm，搭接量16mm；

摆动速度：3m/min；

焊道层间温度：100℃。

1.5焊后缓冷

连铸辊在堆焊完成后，在静止空气中自然冷却至室温。

1.6焊后检测

堆焊过程中，堆焊工艺良好，无淌渣，过热，夹杂等缺陷，冷却后，检测单边厚度在5.3～6.3mm之间，分别测量距离母材4mm和2.5mm处的成分及硬度，进一步测量1.5mm处的成分和硬度。合金元素成分的测量位置为：检测位置～检测位置+0.5mm的范围内取样(如距母材4mm的合金成分，取样位置为4mm～4.5mm之间)，C采用碳硫分析仪进行取样分析；N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo采用化学法测量其含量。采用HR-150A型里氏硬度计测量不同位置的硬度。

不同测量位置处的成分如表1所示。

表1焊缝不同位置及熔敷金属合金成分质量百分比(wt％)

表面硬度：4mm处的硬度为46HRC；2.5mm处的硬度为45.2HRC，1.5mm处的硬度为46.2HRC，且1.5mm，2.5mm和4mm处的铁素体含量分别为5％，5.5％和6％。采用磁粉和超声波探伤表面和内部均无缺陷，均满足图纸要求。

与传统一层打底外加两层盖面相比，硬度和合金成分相似。完全达到“1+2”的效果，但节省60％以上的时间。

实施例2(单层埋弧摆动堆焊复合(再)制造轧辊)

以堆焊复合(再)制造Φ180mm连铸母材为21CrMoV511为例，图纸规定单边厚度5mm，合金成分满足奥钢联(TSC 4-TS No.02/93)。

采用堆焊复合(再)制造工艺为：

2.1旧的辊坯加工到Φ170mm，并做相应的检测，局部有裂纹等缺陷继续车削，对于局部缺陷需用与母材力学性能相似的低合金焊材进行补焊；

2.2选择合适的埋弧堆焊焊材，特别是距母材2.5mm和5mm处的成分能够满足奥钢联成分要求。

2.3施焊前，辊坯进电炉预热，要求预热温度120℃。

2.4堆焊规范参数要求(参考)：

以自制药芯焊丝(其合金熔敷金属的化学成分见表2)Φ3.2mm为例说明工艺：

堆焊一层，单边堆焊厚度为7mm，即堆焊到Φ184mm；

电弧电压：30.0V；

焊接电流：350A；

转速：250mm/min；

横移速度：0.3ipm；

焊丝伸长：24mm；

焊嘴倾斜角度：向后3度；

摆动宽度(设计)约为25mm，搭接量18mm；

摆动速度：3.5m/min；

焊道层间温度：120℃。

2.5焊后缓冷

连铸辊在堆焊完成后，在静止空气中自然冷却至室温后，进行550℃保温5小时回火热处理。

2.6焊后检测，

堆焊过程中，堆焊工艺良好，无淌渣，过热，夹杂等缺陷，冷却后，检测单边厚度在6.5～7.5mm之间，分别测量距离母材5mm和2.5mm处的成分及硬度，同时测量1.5mm处的成分和硬度，测量方法与实施例1相同。不同测量位置处的成分如表2所示。

表2焊缝不同位置及熔敷金属合金成分质量百分比(wt％)

表面硬度：5mm处的硬度为48HRC；2.5mm处的硬度为46HRC，1.5mm处的硬度为46.8HRC；且1.5mm，2.5mm和5mm处的铁素体含量分别为5.0％，5.6％和7％。采用磁粉和超声波探伤表面和内部均无缺陷，均满足图纸要求。

与传统一层打底外加2～3层盖面相比，硬度和合金成分相似。完全达到“1+2～3”的效果，但节省60％以上的时间。

实施例3(单层埋弧螺旋焊(非摆动)堆焊复合(再)制造轧辊)

以堆焊复合(再)制造Φ230mm连铸，母材为42CrMo为例，图纸规定单边厚度6mm，合金成分满足西马克(SN 925)。

采用堆焊复合(再)制造工艺为：

3.1旧的辊坯加工到Φ218mm，并做相应的检测，局部有裂纹等缺陷继续车削，对于局部缺陷需用与母材力学性能相似的低合金焊材进行补焊；

3.2选择合适的埋弧堆焊焊材，特别是距母材2.5mm和6mm处的成分能够满足西马克成分要求。

3.3施焊前，辊坯进电炉预热，要求预热温度180℃。

3.4堆焊规范参数要求(参考)：

以自制药芯焊丝(其合金熔敷金属的化学成分见表3)Φ4.0mm为例说明工艺：

堆焊一层，单边堆焊厚度为8mm，即堆焊到Φ234mm；

电弧电压：32.0V；

焊接电流：450A；

转速：450mm/min；

焊丝伸长：28mm；

焊嘴倾斜角度：向后3度；

搭接量70％；

焊道层间温度：180℃。

3.5焊后缓冷

连铸辊在堆焊1.5mm和2.5mm处的成分及硬度，同时测量据母材1.5mm处的成分跟硬度，测量方法与实施例1相同。不同测量位置处的成分如表3所示。

表3焊缝不同位置及熔敷金属合金成分质量百分比(wt％)

表面硬度：6mm处的硬度为40HRC；2.5mm处的硬度为41HRC，1.5mm处的硬度为42HRC。采用磁粉和超声波探伤表面和内部均无缺陷，均满足图纸要求。

与传统一层打底外加三层盖面相比，硬度和合金成分相似。完全达到“1+3”的效果，但节省70％以上的时间。

Claims (2)

1.一种堆焊复合制造连铸辊的工艺，其特征在于，

堆焊复合制造Φ150mm连铸辊，母材为42CrMo，单边厚度为4mm，合金成分满足奥钢联TSC 4-TS No.03/94；

采用的堆焊复合制造工艺为：

1.1将新的辊坯加工到Φ142mm，并做尺寸、母材成分、性能及内外缺陷的无损检测；

1.2选择自保护明弧堆焊焊材，使得堆焊后距母材2.5mm和4mm处的成分能够满足奥钢联成分、组织的工艺及力学性能要求；

1.3施焊前，辊坯不进行预热处理；

1.4堆焊规范参数要求：

药芯焊丝的尺寸为Φ2.4mm，按质量百分比计，其熔敷金属合金成分组成为：C 0.03%，Si 0.92%，Mn 1.4%，Cr 13.6%，Ni 4.2%，Mo 0.44%，N 0.13%，余量以Fe为主；同时含有一些夹杂物、氧化物、杂质；

采用明弧摆动堆焊一层，单边堆焊厚度为5.5mm，即堆焊到Φ153mm；

电弧电压：28V；

焊接电流：320A；

送丝速度：3.4mm/min；

转速：120mm/min；

横移速度：0.22ipm；

焊丝伸长：22mm；

焊嘴倾斜角度：向后5度；

摆动宽度为30mm，搭接量16mm；

摆动速度：3m/min；

焊道层间温度：100℃；

1.5焊后缓冷

连铸辊在堆焊完成后，在静止空气中自然冷却至室温；

1.6焊后检测

冷却后，检测单边厚度在5.3~6.3mm之间，分别测量距离母材4mm、2.5mm和1.5mm处的成分及硬度；合金元素成分的测量位置为：检测位置～检测位置+0.5mm的范围内取样，C采用碳硫分析仪进行取样分析；N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo采用化学法测量其含量；采用HR-150A型里氏硬度计测量不同位置的硬度。

2.一种堆焊复合再制造连铸辊的工艺，其特征在于，

堆焊复合再制造Φ180mm连铸辊，母材为21CrMoV511，单边厚度5mm，合金成分满足奥钢联TSC 4-TS No.02/93；

采用的堆焊复合再制造工艺为：

2.1旧的辊坯加工到Φ170mm，并做尺寸、母材成分、性能及内外缺陷的检测，局部有裂纹缺陷继续车削，对于局部缺陷需用与母材力学性能相似的低合金焊材进行补焊；

2.2选择埋弧堆焊焊材，使得堆焊后距母材2.5mm和5mm处的成分能够满足奥钢联成分要求；

2.3施焊前，辊坯进电炉预热，要求预热温度120℃；

2.4堆焊规范参数要求：

药芯焊丝的尺寸为，按质量百分比计，其熔敷金属合金成分组成为：C 0.12%，Si0.70%，Mn 1.60%，Cr 13.8%，Ni 3.3%，Mo 1.30%，V 0.28%，Nb 0.20%，余量以Fe为主；同时含有一些夹杂物、氧化物、杂质；

采用埋弧摆动堆焊一层，单边堆焊厚度为7mm，即堆焊到Φ184mm；

电弧电压： 30.0V；

焊接电流：350A；

转速：250mm/min；

横移速度：0.3ipm；

焊丝伸长：24mm；

焊嘴倾斜角度：向后3度；

摆动宽度为25mm，搭接量18mm；

摆动速度：3.5m/min；

焊道层间温度：120℃；

2.5焊后缓冷

连铸辊在堆焊完成后，在静止空气中自然冷却至室温后，进行550℃保温5小时回火热处理；

2.6焊后检测

冷却后，检测单边厚度在6.5~7.5mm之间，分别测量距离母材5mm、2.5mm和1.5mm处的成分及硬度，合金元素成分的测量位置为：检测位置～检测位置+0.5mm的范围内取样，C采用碳硫分析仪进行取样分析；N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb采用化学法测量其含量；采用HR-150A型里氏硬度计测量不同位置的硬度。