CN109514038A

CN109514038A - 高效堆焊复合（再）制造连铸辊的新工艺

Info

Publication number: CN109514038A
Application number: CN201811476666.9A
Authority: CN
Inventors: 王清宝; 张赫
Original assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-03-26

Abstract

本发明公开了一种堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺，包括以下步骤：(1)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；(2)根据堆焊工艺参数，同时结合图纸要求，将轧辊车削到图纸要求的堆焊尺寸以上0.1mm～3mm；(3)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；(4)进行单层堆焊一次成型，单层堆焊后轧辊的单边堆焊厚度达到图纸规定的堆焊厚度+0.5～2.5mm；(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。采用此工艺堆焊复合(再)制造的连铸辊不仅利于组织和性能均匀性，轧辊使用寿命；而且能够提高效率及性价比。

Description

高效堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺

技术领域

本发明涉及一种高效堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺，具体涉及单层堆焊复合(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。

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。这种设计的工作层一般为盖面丝的第二层+第三层，约3～6mm，此区域合金成分及硬度能够满足标准要求；但此种堆焊工艺设计不仅堆焊时间长，堆焊缺陷多，而且浪费严重，性价比低。

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高效堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺，采用此工艺堆焊复合(再)制造的连铸辊不仅利于组织和性能均匀性，轧辊使用寿命；而且能够提高效率及性价比。

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)制造连铸辊的新工艺，包括以下步骤：

(1)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；

(2)根据堆焊工艺参数，同时结合图纸要求，将轧辊车削到图纸要求的堆焊尺寸以上0.1mm～3mm的某个范围，即：单边尺寸+单边0.1mm～3mm；

(3)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；

(4)进行单层堆焊一次成型，单层堆焊后轧辊的单边堆焊厚度达到图纸规定的堆焊厚度+0.5～2.5mm；

(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。本发明的复合(再)制造连铸辊的新工艺中，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，且堆焊一层利用母材上部0mm～6.5mm范围内的焊缝区域和母材下0mm～3mm范围内的热影响区区域共同做为厚度为0mm～9.5mm范围内的工作层，满足堆焊尺寸、成分(除碳外)及硬度的要求。

本发明的高效堆焊复合(再)制造连铸辊的新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)单层堆焊，选择合适的工艺参数和材料，一方面通过增大焊缝高度，另一方面通过增大母材的稀释率，利用母材上部形成的0mm～6.5mm范围内的焊缝和母材下0mm～3mm范围内的热影响区共同形成工作层(当母材下超过3mm时，由于稀释率作用减弱，焊材对母材的稀释影响降低，导致母材下低于3mm合金成分很难满足图纸设计要求)，工作层厚度范围可控制在0mm～9.5mm，完全满足目前连铸辊工作层范围，应用范围广。

(2)选择合适的焊接材料，堆焊合金成分(碳或有差异)、硬度及工作层厚度等达到堆焊“1+2”或“1+3”的设计要求，且能满足奥钢联、达涅利、德马克及国内行业标准的技术要求。

(3)母材的碳含量由于在焊接过程中较大的稀释，对焊缝稀释率较大；因此对于焊缝中碳含量低于0.08％要求的，其母材的碳含量要≤0.35％时能满足焊缝碳的成分要求，如连铸辊常用的母材21CrMoV511上堆焊，碳含量能够满足成分奥钢联含氮丝碳含量的要求。对于碳含量要求在0.08％～0.16％范围内的，其母材的碳含量要≤0.50％时能满足焊缝碳的成分要求，如连铸辊常用的母材42CrMo上堆焊，碳含量能够满足奥钢联含碳丝的要求。对于碳含量要求0.16％以上的，其母材碳含量≤0.80％时能够满足焊缝碳的成分要求。

(4)经统计分析采用本发明的工艺堆焊复合(再)制造的轧辊过钢量要优于传统工艺实际堆焊复合(再)制造的轧辊的过钢量。

(5)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，同时减少了轧辊的变形程度。

(6)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。

(7)减少了堆焊时间，且工艺性能良好，提高生产效率及性价比。

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)。且按照车削后实际母材高度比图纸设计母材高度的不同(0.1m0m～3mm)而进行实施。

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21CrMoV511为例，图纸规定单边厚度为4mm，合金成分(包括碳)均满足奥钢联(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Φ144mm(即母材图纸设计尺寸+1mm(单边))，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Φ150mm，142mm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4.5mm，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：120℃。

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，检测焊后直径为Φ152.5mm～Φ153.5mm；分别测量焊缝盖面(Φ150mm)及盖面下2.5mm(Φ145mm)处的成分及硬度，进一步测量盖面下4mm(即Φ142mm，母材下1mm)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，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：距盖面1.5mm处的硬度为47.6HRC，2.5mm处的硬度为47.7HRC，4mm处的硬度为48.2HRC；且1.5mm，2.5mm和4mm处的铁素体含量分别为7.5％，6.5％和5％。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。

车削加工后，实际工作层厚度从Φ142mm～Φ150mm，单边有效工作层厚度为4mm。与传统一层打底外加两层盖面相比，硬度和合金成分相似，均满足奥钢联TSC4-TS No.03/94的要求。且统计分析新工艺堆焊复合(再)制造的轧辊过钢量要优于传统“1+2”工艺实际堆焊复合(再)制造的轧辊的过钢量，同时节省60％以上的时间。

实施例2(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(除碳外)满足奥钢联(TSC 4-TS No.03/94)。

采用堆焊复合制造工艺为：

2.1将新的辊坯加工到Φ144mm(即母材图纸设计尺寸+1.0mm(单边))，并做相应的检测；

2.2选择合适的自保护明弧堆焊焊材，特别是Φ150mm，142mm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。

2.3施焊前，辊坯不进行预热处理。

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)Φ2.4mm为例说明工艺：

堆焊一层，单边堆焊厚度为4.5mm，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：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。

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，检测焊后直径为Φ152.5mm～Φ153.5mm；分别测量焊缝盖面(Φ150mm)及盖面下2.5mm(Φ145mm)处的成分及硬度，进一步测量盖面下4mm(即Φ142mm，母材下1mm)处的成分和硬度。

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：1.5mm处的硬度为45.6HRC，2.5mm处的硬度为46.2HRC，4mm处的硬度为48HRC；且1.5mm，2.5mm和4mm处的铁素体含量分别为7.5％，6.5％和5％。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。

车削加工后，实际工作层厚度从Φ142mm～Φ150mm，单边有效工作层厚度为4mm。与传统一层打底外加两层盖面相比，硬度和合金成分(除碳外)相似。且统计分析新工艺堆焊复合(再)制造的轧辊过钢量要优于传统“1+2”工艺实际堆焊复合(再)制造的轧辊的过钢量，同时节省60％以上的时间。

从实施例1，2可见，选用相同的焊丝，分别在21CrMoV511和42CrMo的母材上堆焊，由于母材碳含量的影响，导致焊缝中碳含量变化较大，但在碳含量相对较低的21CrMoV511上堆焊，焊缝中碳含量完全能够降低，达到奥钢联的要求。

实施例3(埋弧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：

3.1旧的辊坯加工到Φ173mm(即母材图纸设计尺寸+1.5mm(单边))，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Φ180mm和Φ170mm处要满足成分、硬度等奥钢联要求。

3.3施焊前，辊坯进电炉预热，要求预热温度120℃。

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)Φ3.2mm为例说明工艺：

堆焊一层，单边堆焊厚度为5mm，即堆焊到Φ183mm；

电弧电压：30.0V；

焊接电流：380A；

转速：150mm/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30mm，搭接量16mm；

摆动速度：3.5m/min；

焊道层间温度：180℃。

3.5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560℃保温5小时回火热处理。

3.6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，检测轧辊直径在Φ183～184mm之间，分别测量Φ180mm和Φ170mm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：Φ180mm处的硬度为45HRC；Φ177mm处的硬度为44HRC，Φ173mm处的硬度为46.8HRC，Φ170mm46.2HRC；且铁素体含量分别为7.5％，7％，5.6％和5.0％。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。

车削加工后，实际工作层厚度从Φ170mm～Φ180mm，单边有效工作层厚度为5mm。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，均能满足奥钢联TSC 4-TSNo.02/93的要求。且统计分析实际上机应用要优于过钢量与“1+2”或“1+3”的，完全达到“1+2”或“1+3”的效果，同时节省60％～70％以上的时间。

实施例4(单层埋弧螺旋焊(非摆动)堆焊复合制造轧辊)

以堆焊复合制造Φ230mm连铸，母材为21CrMoV511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：

4.1辊坯加工到Φ222mm(即母材图纸设计尺寸+2mm(单边))，并做相应的检测；

4.2选择合适的埋弧堆焊焊材，特别是Φ218mm～Φ230mm的成分能够满足西马克成分要求。

4.3施焊前，辊坯进电炉预热，要求预热温度180℃。

4.4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4)Φ4.0mm为例说明工艺：

堆焊一层，单边堆焊厚度为6mm，即堆焊到Φ234mm；

电弧电压：32.0V；

焊接电流：480A；

转速：400mm/min；

焊丝伸长：28mm；

焊嘴倾斜角度：向后3度；

搭接量60％；

焊道层间温度：180℃。

4.5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565℃保温5小时回火热处理。

分别测量Φ218mm～Φ230mm处的成分及硬度，测量方法与实施例1相同。不同测量位置处的成分如表4所示。

表4 焊缝不同位置及熔敷余属合余成分质量百分比(wt％)

表面硬度：Φ230mm处的硬度为38HRC；Φ227mm处的硬度为40HRC，Φ222mm处的硬度为41HRC，Φ218mm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。

车削加工后，实际工作层厚度从Φ218mm～Φ230mm，单边有效工作层厚度为6mm。与传统一层打底外加三层盖面相比，硬度和合金成分相似，完全满足西马克(SN 925)要求。且统计分析实际上机应用过钢量优于“1+3”设计的过钢量，完全达到“1+3”的效果，同时节省70％以上的时间。

Claims

1.一种堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(2)根据堆焊工艺参数，同时结合图纸要求，将轧辊车削到图纸要求的堆焊尺寸以上0.1mm～3mm；

2.根据权利要求1所述的堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺，其特征在于，堆焊方法为丝极明弧堆焊或丝极埋弧焊；堆焊方式为丝极明弧摆动焊、丝极埋弧摆动焊、丝极埋弧螺旋焊或丝极埋弧直道焊。

3.根据权利要求1所述的堆焊复合(再)制造连铸辊的新工艺，其特征在于，所述堆焊材料为实心焊丝、药芯焊丝或焊带。