CN109366090A - 重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺 - Google Patents

重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了重载万向轴辊端轴套的一种再制造修复工艺，其步骤为：轴套表面清理→成分检测→预热→打底焊→堆焊→去应力退火→机加工→表面淬火→检验探伤。其中，打底焊采用焊接性好、硬度较低的普通焊丝进行打底层堆焊；堆焊采用药芯焊丝进行工作层堆焊，药芯焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.15‑0.3，Mn：1.5‑2.0，Si：0.3‑0.5，Cr：1.8‑2.8，Mo：0.5‑0.8，S≤0.007，Fe余量。本发明工艺通过打底焊和堆焊的结合，再加之表面淬火工艺，使得修复过的辊端轴套既能很好地保证尺寸要求，又具有高耐磨性、高强度，从而满足生产现场的需要。

Description

重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种重载万向轴辊端轴套再制造修复工艺。
背景技术
万向轴辊端轴套是钢材热轧生产线上的重要连接件，其主要功能是连接工作辊并向其传递电机动力，实现上下工作辊的转动进而实现钢带连续轧制。轧钢过程中辊端轴套扁会受到冲击载荷的反复挤压作用，同时工作辊与辊端轴套间还存在轴向微动摩擦，因而辊端轴套磨损快，服役寿命短。目前，对于失效的辊端轴套，传统的修复工艺为：直接堆焊+机加工，而传统的堆焊存在如下问题：(1)采用低硬度焊丝进行堆焊，堆焊层易切削，但是硬度低，耐磨性差，而堆焊层无法通过淬火来提高硬度，很难满足辊端轴套的使用要求；(2)采用高硬度焊丝进行堆焊，堆焊层硬度高，耐磨性好，但是对于堆焊层的切削加工困难，且堆焊层硬度分布不均，同时高硬度焊丝碳当量高，极易出现焊接裂纹，焊接过程控制较难。另外，这种焊丝一般都含有V、Ti等强碳化物形成元素，往往会因为这些硬质相的分布不均而导致堆焊层硬度不均匀，从而影响修复件的耐磨性，使用寿命降低。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供重载万向轴辊端轴套的一种再制造修复工艺，它通过打底焊和堆焊的结合，再加之表面淬火工艺，其中堆焊时选用合适的药芯焊丝，使得修复过的辊端轴套既能很好地保证尺寸要求，又具有高耐磨性、高强度，从而满足生产现场的需要。
本发明重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺，其步骤为：轴套表面清理→成分检测→预热→打底焊→堆焊→去应力退火→机加工→表面淬火→检验探伤。
进一步地，重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺，其具体步骤为：
(1)轴套表面清理：对轴套表面进行清洗，车削轴套待修复内孔的疲劳层及排除局部缺陷，车削厚度3-5mm，并进行100％PT探伤；
(2)成分检测：采用移动光谱仪对轴套进行化学成分分析；
(3)预热：将待修复的辊端轴套放在热处理炉中进行预热，具体的预热温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；
(4)打底焊：采用焊接性好、硬度较低的普通焊丝进行打底层堆焊，焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.06-0.15，Mn：1.4-1.85，Si：0.8-1.15，Cr≤0.15，Mo≤0.15，S≤0.025，Fe余量；打底焊时的工艺参数如下：焊丝规格1.2mm，电压22-28V，电流220-260A，焊接速度30-40cm/min，搭接率50-60％；
(5)堆焊：采用药芯焊丝进行工作层堆焊，药芯焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.15-0.3，Mn：1.5-2.0，Si：0.3-0.5，Cr：1.8-2.8，Mo：0.5-0.8，S≤0.007，Fe余量；堆焊时的工艺参数如下：焊丝规格1.6mm，电压22-28V，电流250-280A，焊接速度40-50cm/min搭接率50-60％；单层堆焊厚度3-4mm，按照具体的图纸要求尺寸确定堆焊层数，焊接过程保持连续稳定，收弧时要注意填满弧坑；每层焊接完要敲除渣皮方可进行下一层的焊接；
(6)去应力退火：退火温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；
(7)机加工：按图纸要求进行堆焊层车削加工，并进行100％PT探伤及硬度检测；
(8)表面淬火：根据堆焊层的成分及图纸硬度要求，对堆焊层进行表面淬火处理；表面淬火相关参数如下：设备：中频淬火机床+井式回火炉，淬火温度850℃±50℃，冷却介质AQ251，回火温度400℃±10℃，保温时间3h；
(9)检验探伤：对淬火后的堆焊层进行尺寸、硬度及100％PT探伤检验。
进一步地，步骤(3)预热：预热温度为250-350℃，按壁厚/60来计算保温时间；预热温度根据碳当量公式计算。
进一步地，步骤(4)打底焊：若使用机器焊接人焊接，则在焊接前，将预热后的辊端轴套吊到滚轮架上，调整好滚轮架高度，使其满足焊接机器人焊接要求。
进一步地，步骤(6)焊后去应力退火：退火温度为500-600℃，按壁厚/60来计算保温时间，然后随炉冷却，冷却至100℃方可进行空冷。
进一步地，步骤(9)检验中，若尺寸及粗糙度达不到图纸要求，则增加一个步骤(10)表面磨削：对淬火后的堆焊层进行磨削，保证图纸要求尺寸及粗糙度，并进行相关检验。
本发明工艺的优点是：一、将现有工艺的直接堆焊接改成了两步：打底焊+堆焊，其中打底焊选用焊接性能优异、硬度较低的普通焊丝，从而进一步地提高了焊接性，为后面的工作层堆焊提供了良好的基础；其中堆焊选用合适成分的药芯焊丝，该药芯焊丝堆焊后硬度适中HRC35左右，易于切削，且堆焊过程易控制，堆焊后的辊端轴套无裂纹、气孔等焊接缺陷；在堆焊后进行退火工序，消除焊接应力，去除残余的H含量，防止堆焊层开裂；二、在堆焊层切削加工后增加了表面淬火工序，由于堆焊时使用的药芯焊丝成分及百分比合理，因此淬火后堆焊层硬度高HRC52左右、硬度分布均匀、耐磨性好，显著提高了辊端轴套的使用寿命。
因此，本发明通过两步法(打底焊+药芯焊丝堆焊)的应用，加之合理的淬火工艺，既解决了采用低硬度焊丝耐磨性差的问题，又解决了采用高硬度焊丝堆焊层容易开裂，硬度太高车削加工困难，硬度分布不均匀的问题，从而彻底解决了传统辊端轴套堆焊修复存在的问题。本发明工艺大大降低了辊端轴套堆焊层车削难度和提高了辊端轴套的使用寿命，符合国家绿色再制造战略的发展要求，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺，其步骤为：轴套表面清理→成分检测→预热→打底焊→堆焊→去应力退火→机加工→表面淬火→检验探伤。
本发明重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺，其具体步骤为：
(1)轴套表面清理：对轴套表面进行清洗，车削轴套待修复内孔的疲劳层及排除局部缺陷，车削厚度3-5mm，并进行100％PT探伤；
(2)成分检测：采用移动光谱仪对轴套进行化学成分分析；
(3)预热：将待修复的辊端轴套放在热处理炉中进行预热，具体的预热温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；
(4)打底焊：
采用焊接性好、硬度较低的普通焊丝进行打底层堆焊，焊丝成分如下：
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe
含量(％) 0.06-0.15 1.4-1.85 0.8-1.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.025 余量
打底焊时的工艺参数如下：
焊层 焊丝规格 电压 电流 焊接速度 搭接率
打底层 1.2mm 22-28V 220-260A 30-40cm/min 50-60％
(5)堆焊：
采用药芯焊丝进行工作层堆焊，药芯焊丝成分如下：
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe
含量(％) 0.15-0.3 1.5-2.0 0.3-0.5 1.8-2.8 0.5-0.8 ≤0.007 余量
堆焊时的工艺参数要求如下：
焊层 焊丝规格 电压 电流 焊接速度 搭接率
工作层 1.6mm 22-28V 250-280A 40-50cm/min 50-60％
单层堆焊厚度3-4mm，按照具体的图纸要求尺寸确定堆焊层数，焊接过程保持连续稳定，收弧时要注意填满弧坑；每层焊接完要敲除渣皮方可进行下一层的焊接；
(6)去应力退火：退火温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；
(7)机加工：按图纸要求进行堆焊层车削加工，并进行100％PT探伤及硬度检测；
(8)表面淬火：根据堆焊层的成分及图纸硬度要求，对堆焊层进行表面淬火处理；
表面淬火相关参数如下：
设备 淬火温度 冷却介质 回火温度 保温时间
中频淬火机床+井式回火炉 850℃±50℃ AQ251 400℃±10℃ 3h
(9)检验探伤：对淬火后的堆焊层进行尺寸、硬度及100％PT探伤检验。
下面以某钢厂的热轧辊端轴套为修复对象，具体修复方法如下：
(1)车削辊端轴套待修复内孔的疲劳层及排除局部缺陷，车削厚度3-5mm。并进行100％PT探伤；如有缺陷，应先排除缺陷后再进行堆焊修复。
(2)采用移动光谱仪进行化学成分分析，本实例中辊端轴套的化学成分与42CrMo材质化学成分匹配。
(3)将辊端轴套放在热处理炉中进行预热，根据碳当量公式计算，42CrMo的预热温度为300℃，轴套壁厚180mm，按壁厚/60来计算保温时间为3h。
(4)将预热后的辊端轴套吊到滚轮架上，调整好滚轮架高度，使其满足焊接机器人焊接要求。本实施例中使用的焊接设备为OTC焊接机器人。
打底焊：采用焊接性能优异，硬度较低的普通焊丝进行打底层堆焊，焊丝型号为ER50-6，具体成分如下：
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe
含量(％) 0.06-0.15 1.4-1.85 0.8-1.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.025 余量
(5)堆焊：采用药芯焊丝进行工作层堆焊，药芯焊丝成分如下：
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe
含量(％) 0.15-0.3 1.5-2.0 0.3-0.5 1.8-2.8 0.5-0.8 ≤0.007 余量
单层堆焊厚度3-4mm，按照图纸尺寸需要堆焊的层数为3层，焊接过程保持连续稳定，收弧时要注意填满弧坑。每层焊接完要敲除渣皮方可进行下一层的焊接。
焊接时具体的工艺参数要求如下：
焊层 焊丝规格 电压 电流 焊接速度 搭接率
打底层 1.2mm 22-28V 220-260A 30-40cm/min 50-60％
工作层 1.6mm 22-28V 250-280A 40-50cm/min 50-60％
焊接方法为熔化极气体保护焊。
(6)去应力退火：将辊端轴套放入退火炉中退火，退火温度为550℃，保温3小时(按壁厚/60来计算保温时间)后随炉冷却，冷却至100℃方可进行空冷。通过焊后退火处理来消除焊接应力，去除残余的H含量，防止堆焊层开裂。
(7)按图纸要求进行堆焊层车削加工，并进行100％PT探伤及硬度检测。硬度检测值如表1所示。
表1堆焊层取点测量的硬度值
取点 A1 A2 A3 A4 A5 平均值
硬度值(HRC) 31 36 34 35 34 34
(8)表面淬火：根据堆焊层的成分及图纸硬度要求，对堆焊层进行表面淬火处理。
具体的表面淬火工艺相关参数如下：
设备 淬火温度 冷却介质 回火温度 保温时间
中频淬火机床+井式回火炉 850℃±50℃ AQ251 400℃±10℃ 3h
(9)检验探伤：对淬火后的堆焊层进行尺寸、硬度及100％PT探伤检验。硬度检测值为表2所示。
表2淬火后堆焊层硬度值
取点 B1 B2 B3 B4 B5 平均值
硬度值(HRC) 51 49 51 50 49 50
(10)表面磨削：若步骤(9)检验得出尺寸及粗糙度达不到图纸要求，则对淬火后的堆焊层进行磨削，保证图纸要求尺寸及粗糙度，并进行相关检验。
从上面可以看出，本焊丝不含V、Ti、W等元素，堆焊层的表面硬度比较均匀，最高值与最低值之间差5HRC左右，因此修复过的零件耐磨性能好，使用寿命长。
本发明工艺的优点是：一、将现有工艺的直接堆焊接改成了两步：打底焊+堆焊，其中打底焊选用焊接性能优异、硬度较低的普通焊丝，从而进一步地提高了焊接性，为后面的工作层堆焊提供了良好的基础；其中堆焊选用合适成分的药芯焊丝，该药芯焊丝堆焊后硬度适中HRC35左右，易于切削，且堆焊过程易控制，堆焊后的辊端轴套无裂纹、气孔等焊接缺陷；在堆焊后进行退火工序，消除焊接应力，去除残余的H含量，防止堆焊层开裂；二、在堆焊层切削加工后增加了表面淬火工序，由于堆焊时使用的药芯焊丝成分及百分比合理，因此淬火后堆焊层硬度高HRC52左右、硬度分布均匀、耐磨性好，显著提高了辊端轴套的使用寿命。
因此，本发明通过两步法(打底焊+药芯焊丝堆焊)的应用，加之合理的淬火工艺，既解决了采用低硬度焊丝耐磨性差的问题，又解决了采用高硬度焊丝堆焊层容易开裂，硬度太高车削加工困难，硬度分布不均匀的问题，从而彻底解决了传统辊端轴套堆焊修复存在的问题。本发明工艺大大降低了辊端轴套堆焊层车削难度和提高了辊端轴套的使用寿命，符合国家绿色再制造战略的发展要求，具有广阔的应用前景。

Claims (8)

1.重载万向轴辊端轴套的再制造修复工艺，其步骤为：轴套表面清理→成分检测→预热→打底焊→堆焊→去应力退火→机加工→表面淬火→检验探伤。
2.根据权利要求1所述的再制造修复工艺，其具体步骤为：
(1)轴套表面清理：对轴套表面进行清洗，车削轴套待修复内孔的疲劳层及排除局部缺陷，车削厚度3-5mm，并进行100％PT探伤；
(2)成分检测：采用移动光谱仪对轴套进行化学成分分析；
(3)预热：将待修复的辊端轴套放在热处理炉中进行预热，具体的预热温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；
(4)打底焊：
采用焊接性好、硬度较低的普通焊丝进行打底层堆焊，焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.06-0.15，Mn：1.4-1.85，Si：0.8-1.15，Cr≤0.15，Mo≤0.15，S≤0.025，Fe余量；打底焊时的工艺参数如下：焊丝规格1.2mm，电压22-28V，电流220-260A，焊接速度30-40cm/min，搭接率50-60％；
(5)堆焊：
采用药芯焊丝进行工作层堆焊，药芯焊丝的化学成分及质量百分比为：C：0.15-0.3，Mn：1.5-2.0，Si：0.3-0.5，Cr：1.8-2.8，Mo：0.5-0.8，S≤0.007，Fe余量；堆焊时的工艺参数如下：焊丝规格1.6mm，电压22-28V，电流250-280A，焊接速度40-50cm/min搭接率50-60％；单层堆焊厚度3-4mm，按照具体的图纸要求尺寸确定堆焊层数，焊接过程保持连续稳定，收弧时要注意填满弧坑；每层焊接完要敲除渣皮方可进行下一层的焊接；
(6)去应力退火：退火温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；
(7)机加工：按图纸要求进行堆焊层车削加工，并进行100％PT探伤及硬度检测；
(8)表面淬火：
根据堆焊层的成分及图纸硬度要求，对堆焊层进行表面淬火处理；表面淬火相关参数如下：设备：中频淬火机床+井式回火炉，淬火温度850℃±50℃，冷却介质AQ251，回火温度400℃±10℃，保温时间3h；
(9)检验探伤：对淬火后的堆焊层进行尺寸、硬度及100％PT探伤检验。
3.根据权利要求2所述的再制造修复工艺，其特征是：
步骤(3)预热：预热温度为250-350℃，按壁厚/60来计算保温时间；预热温度根据碳当量公式计算。
4.根据权利要求2所述的再制造修复工艺，其特征是：
步骤(4)打底焊：若使用机器焊接人焊接，则在焊接前，将预热后的辊端轴套吊到滚轮架上，调整好滚轮架高度，使其满足焊接机器人焊接要求。
5.根据权利要求2所述的再制造修复工艺，其特征是：
步骤(6)焊后去应力退火：退火温度为500-600℃，按壁厚/60来计算保温时间，然后随炉冷却，冷却至100℃方可进行空冷。
6.根据权利要求2所述的再制造修复工艺，其特征是：
步骤(9)检验中，若尺寸及粗糙度达不到图纸要求，则增加一个步骤(10)表面磨削：对淬火后的堆焊层进行磨削，保证图纸要求尺寸及粗糙度，并进行相关检验。
7.根据权利要求2所述的再制造修复工艺，其特征是：步骤(7)检测到的硬度HRC32-40，步骤(9)检测到的硬度HRC48-55。
8.根据权利要求1-7任一所述的再制造修复工艺，其特征是：
当被修复辊端轴套为42CrMo时，其具体步骤是：
(1)车削辊端轴套待修复内孔的疲劳层及排除局部缺陷，车削厚度3-5mm。并进行100％PT探伤；如有缺陷，应先排除缺陷后再进行堆焊修复；
(2)采用移动光谱仪进行化学成分分析，本实例中辊端轴套的化学成分与42CrMo材质化学成分匹配；
(3)将辊端轴套放在热处理炉中进行预热，根据碳当量公式计算，42CrMo的预热温度为300℃，轴套壁厚180mm，按壁厚/60来计算保温时间为3h；
(4)将预热后的辊端轴套吊到滚轮架上，调整好滚轮架高度，使其满足焊接机器人焊接要求：
打底焊：采用焊接性能优异，硬度较低的普通焊丝进行打底层堆焊，焊丝成分为：
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe 含量(％) 0.06-0.15 1.4-1.85 0.8-1.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.025 余量
(5)堆焊：采用药芯焊丝进行工作层堆焊，药芯焊丝成分为：
化学成分 C Mn Si Cr Mo S Fe 含量(％) 0.15-0.3 1.5-2.0 0.3-0.5 1.8-2.8 0.5-0.8 ≤0.007 余量
单层堆焊厚度3-4mm，按照图纸尺寸需要堆焊的层数为3层，焊接过程保持连续稳定，收弧时要注意填满弧坑；每层焊接完要敲除渣皮方可进行下一层的焊接；焊接时具体的工艺参数为：
焊层 焊丝规格 电压 电流 焊接速度 搭接率 打底层 1.2mm 22-28V 220-260A 30-40cm/min 50-60％ 工作层 1.6mm 22-28V 250-280A 40-50cm/min 50-60％
(6)去应力退火：退火温度为550℃，保温3小时(按壁厚/60来计算保温时间)后随炉冷却，冷却至100℃方可进行空冷；
(7)按图纸要求进行堆焊层车削加工，并进行100％PT探伤及硬度检测；堆焊层取点测量的硬度值为：
取点 A1 A2 A3 A4 A5 平均值 硬度值(HRC) 31 36 34 35 34 34
(8)表面淬火：根据堆焊层的成分及图纸硬度要求，对堆焊层进行表面淬火处理；具体的表面淬火工艺相关参数为：
设备 淬火温度 冷却介质 回火温度 保温时间 中频淬火机床+井式回火炉 850℃±50℃ AQ251 400℃±10℃ 3h
(9)检验探伤：对淬火后的堆焊层进行尺寸、硬度及100％PT探伤检验；硬度检测值为：
取点 B1 B2 B3 B4 B5 平均值 硬度值(HRC) 51 49 51 50 49 50
(10)表面磨削：若步骤(9)检验得出尺寸及粗糙度达不到图纸要求，则对淬火后的堆焊层进行磨削，保证图纸要求尺寸及粗糙度，并进行相关检验。
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