CN109604927B - 连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法 - Google Patents

连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法。本发明堆焊修复方法的步骤是：(1)堆焊前处理；(2)探伤及加工；(3)焊前预热；(4)焊接；(5)冷却；(6)探伤；(7)热处理；(8)热处理后加工。本发明堆焊修复方法能有效解决修复层与结晶器铜基体间的冶金结合问题。同时，本发明修复层的厚度相对较厚，修复层硬度与基体硬度相当，大大延长了连铸结晶器的使用寿命。

Description

连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法
技术领域
本发明涉及冶金工业领域，尤其涉及一种对连铸结晶器短边铜板侧面进行堆焊修复的方法。
背景技术
钢铁工业进入连铸连轧时代以来，其效率高、质量好、成本低。连铸结晶器作为连铸设备的关键部件之一，其设计和制造直接影响连铸的成本和效率。板坯连铸结晶器由两块长边铜板和两块短边铜板组成：由于短边铜板在机加工和修复方面相对长边铜板较容易，因此在设计、生产时主要针对长边铜板进行强化，而短边铜板侧面(如图1中所示的A面及B面)的磨损问题则通过换新和修复进行解决；为节约成本，主要从修复方面去解决短边铜板侧面的磨损问题。其中，对结晶器短边铜板侧面通过电镀、刷镀进行修复的技术，因其造成的严重污染，已属于被淘汰的技术。现在的修复方法主要有以下两种：一、通过热喷涂技术修复结晶器短边铜板侧面，因其修复涂层的尺寸较薄(＜1mm)，受到一定的限制，同时，热喷涂技术得到的修复层与铜基体表面之间主要为机械结合，在使用中易出现剥落现象；二、采用激光熔覆方法修复结晶器短边铜板侧面，虽可获得冶金结合的修复层，但由于激光熔覆方法的特性决定了在铜基体上制备无缺陷的修复层具有很大难度(导热率和反光率)；另外还需对熔覆层进行重熔以恢复铜基体的硬度，因此采用激光熔覆修复结晶器短边铜板侧面的方法，还没有被产业化。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法，其能有效解决修复层与结晶器铜基体间的冶金结合问题。同时，本发明修复层的厚度相对较厚，延长了连铸结晶器的使用寿命，并兼具生产效率和成本优势，使具备冶金结合的结晶器短边铜板侧面修复层的产业化成为可能。
本发明连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法，其具体步骤是：
(1)堆焊前处理：将连铸结晶器短边铜板待修复侧面进行清洗；
(2)探伤及加工：对待修复的结晶器铜板进行探伤、并进行机加工；
(3)焊前预热：将待修复的结晶器铜板预热，预热温度为400℃～500℃；
(4)焊接：采用自动MIG焊接方法(熔化极惰性气体保护焊)，通过焊枪往复移动，焊道搭接形成结晶器铜板表面具有冶金结合的修复层，由此完成堆焊修复；整个焊接过程中采用加热、保温装置，保证堆焊过程中结晶器铜板不低于400℃；
(5)冷却：将堆焊修复后的结晶器铜板放入石棉被中缓慢冷却至室温；
(6)探伤：对堆焊修复后的结晶器铜板进行探伤；
(7)焊后热处理：将堆焊修复后的结晶器铜板进行热处理；
(8)热处理后加工：根据连铸结晶器短边铜板的尺寸要求进行加工。
进一步地，步骤(4)中自动MIG焊接方法的具体工艺参数为：电流：240-250A；电压：27-28V；速度：15-20cm/min；气体流量：15-20L/min。
进一步地，步骤(4)中自动MIG焊接时，堆焊层单道宽度为10～12mm，单层厚度为3.0～3.5mm，相邻堆焊层搭接量为堆焊层单道宽度的40％～50％。
进一步地，步骤(4)堆焊过程中采用氩气作保护气体。
进一步地，步骤(4)堆焊过程中堆焊材料采用CrZrCu焊丝，直径1.2mm。
进一步地，步骤(7)焊后热处理的具体工艺为：以10℃/min的速度升温到950℃，保温1小时后水冷到室温；然后再以10℃/min的速度升温到500℃，保温2小时后空冷到室温；堆焊层的硬度为HV110～130。
本发明修复方法的优点是：1、堆焊过程中采用了加热、保温装置，使结晶器短边铜板的整体温度不低于400℃，有利于焊接完成；2、堆焊过程中选取了合适的电压和电流，在整个焊接过程中控制结晶器铜板的温度，既保证焊接时铜板表面微熔，又不出现大面积的熔化导致变形；3、选用CrZrCu焊丝，得到的修复层和结晶器铜板之间形成了良好的冶金结合，保证修复层的硬度和基体相当；4、本发明通过固溶时效处理，解决了连铸结晶器短边铜板修复中出现的硬度下降问题，使经堆焊修复的连铸结晶器短边铜板的性能与新制的连铸结晶器相当，并兼具生产效率和成本优势。
总之，本发明堆焊修复方法得到的修复层与结晶器铜基体间为冶金结合，同时修复层厚度的可选范围较大，同时修复层的硬度与基体相当。因此，本发明的修复方法延长了连铸结晶器的使用寿命，并兼具生产效率和成本优势，使具备冶金结合的结晶器短边铜板侧面修复层的产业化成为可能。
附图说明
图1为连铸结晶器短边铜板的形状示意图。
具体实施方式
下面对本发明堆焊修复方法进行详细的说明。
实施例1
本发明连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法，其具体步骤是：
(1)堆焊前处理：将连铸结晶器短边铜板待修复侧面进行清洗；
(2)探伤及加工：对待修复的结晶器铜板进行探伤、并进行机加工；
(3)焊前预热：将待修复的结晶器铜板预热，预热温度为400℃～500℃；
(4)焊接：采用自动MIG焊接方法(熔化极惰性气体保护焊)，通过焊枪往复移动，焊道搭接形成结晶器铜板表面具有冶金结合的修复层，由此完成堆焊修复；整个焊接过程中采用加热、保温装置，保证堆焊过程中结晶器铜板不低于400℃；
(5)冷却：将堆焊修复后的结晶器铜板放入石棉被中缓慢冷却至室温；
(6)探伤：对堆焊修复后的结晶器铜板进行探伤；
(7)焊后热处理：将堆焊修复后的结晶器铜板进行热处理；
(8)热处理后加工：根据连铸结晶器短边铜板的尺寸要求进行加工。
在上述方法中，每个步骤的具体作用如下：步骤(1)堆焊前处理的作用是：确定待修复面的磨损程度，为下一步探伤做准备；步骤(2)探伤及加工的作用是：在堆焊修复前保证待修复的结晶器铜板本身没有其它缺陷，机加工去除磨损层确定堆焊层的厚度；步骤(3)焊前预热的作用是：焊前预热到400℃～500℃，减小焊接区与焊件间的温度差，有利于焊接；(4)自动MIG焊接时设置加热、保温装置，利于焊接；步骤(5)冷却时，将结晶器铜板放入石棉被中缓慢冷却，避免熔合区出现淬硬组织；步骤(6)探伤的作用是：确认堆焊完成后没有出现缺陷；步骤(7)热处理的作用是：恢复基体硬度，降低产品的内应力，稳定组织和尺寸。
实施例2
步骤(4)中自动MIG焊接方法的具体工艺参数为：电流：240-250A；电压：27-28V；速度：15-20cm/min；气体流量：15-20L/min。
自动MIG焊接的优点是：在焊接部分集中着较大的电流，能够非常迅速地将热量集中使被焊材料熔化。由于铜自身导热性好，不容易焊接：焊接电流小不易熔化堆焊表面，焊接电流大会出现严重变形，因此目前在铜表面堆焊还没有被应用。本发明中选取了合适的电压和电流，在整个焊接过程中控制结晶器铜板的温度，既保证焊接时铜板表面微熔，又不出现大面积的熔化导致变形。
实施例3
步骤(4)中自动MIG焊接时，堆焊层单道宽度为10～12mm，单层厚度为3.0～3.5mm，相邻堆焊层搭接量为堆焊层单道宽度的40％～50％。
单层修复厚度根据结晶器短边铜板侧面磨损量来设置，单层宽度和搭接量根据结晶器短边铜板侧面的宽度，调节焊接工艺参数来确定。在结晶器短边铜板侧面宽度范围内设置单道堆焊修复宽度以及相应的搭接量，保证整个侧面修复完整。这样，可以提高生产效率、降低成本。同时，采用本发明的修复方法，最后得到的单层修复厚度为2mm左右，延长了结晶器的使用寿命。
实施例4
步骤(4)堆焊过程中采用的加热、保温装置，将待修复的侧面暴露在外面。
自动MIG焊接时设置加热、保温装置的作用是：使结晶器短边铜板的整体温度不低于400℃，有利于焊接完成。
其中，加热装置可以为加热炉，将结晶器放到加热炉中加热后取出，然后用石棉进行保温，将需要堆焊的短边暴露在外。当然，加热装置、保温装置并不局限于以上所述的具体装置。
步骤(4)堆焊过程中采用氩气作保护气体。
由于铜在受热时易氧化，故焊接过程中选择惰性气体作保护气体。
实施例5
步骤(4)堆焊过程中：堆焊材料采用CrZrCu焊丝，直径1.2mm。
本发明中选用CrZrCu焊丝，其优点是：1、得到的修复层和结晶器铜板之间形成了良好的冶金结合；2、保证修复层的硬度和基体相当。
实施例6
步骤(7)焊后热处理的具体工艺为：以10℃/min的速度升温到950℃，保温1小时后水冷到室温；然后再以10℃/min的速度升温到400℃～500℃，保温2小时后空冷到室温；堆焊层的硬度为HV110～130。
堆焊完成后，近焊缝区基体受焊接过程的热影响，导致硬度有所下降，影响使用性能。因此需通过热处理来恢复硬度，延长使用寿命。从铬铜二元相图可知，铬在固态铜中的最大固溶度是在1100℃左右，其固溶度随温度下降而显著减小。从锆铜二元相图可知，锆在固态铜中的最大固溶度是在950℃左右，其固溶度随温度降低而减小。在铬锆铜合金中，由于铬、锆元素在铜中不仅可发挥各自优点，而且可以克服加入单一元素时的缺点。因此，在本发明热处理中的固溶温度选择在950℃,保证铬与锆都有最大的固溶度。在不同时效温度对铜合金性能影响表明，随时效温度升高，铜合金硬度提高，当温度达500℃左右时，硬度达到最大，因此，本发明热处理时效温度选择在500℃。所以，本发明通过固溶时效处理，解决了连铸结晶器短边铜板修复中出现的硬度下降问题，使经堆焊修复的连铸结晶器短边铜板的性能与新制的连铸结晶器相当，并兼具生产效率和成本优势。
总之，本发明堆焊修复方法得到的修复层与结晶器铜基体间为冶金结合，同时修复层厚度的可选范围较大。本发明的修复方法延长了连铸结晶器的使用寿命，并兼具生产效率和成本优势，使具备冶金结合的结晶器短边铜板侧面修复层的产业化成为可能。
本发明堆焊修复方法的核心步骤是：焊接时设置加热保温装置、焊丝的选择以及固溶时效的处理。本发明的修复方法并不限于对连铸结晶器铜板的修复，对其它铜件的修复中，通过调整工艺参数的前提下也可进行。

Claims (3)

1.连铸结晶器短边铜板侧面的堆焊修复方法，其具体步骤是：
(1)堆焊前处理：将连铸结晶器短边铜板待修复侧面进行清洗；
(2)探伤及加工：对待修复的结晶器铜板进行探伤、并进行机加工；
(3)焊前预热：将待修复的结晶器铜板预热，预热温度400℃～500℃；
(4)焊接：采用自动MIG焊接方法(熔化极惰性气体保护焊)，通过焊枪往复移动，焊道搭接形成结晶器铜板表面具有冶金结合的修复层，由此完成堆焊修复；整个焊接过程中采用加热、保温装置，保证堆焊过程中结晶器铜板不低于400℃；
(5)冷却：将堆焊修复后的结晶器铜板放入石棉被中缓慢冷却至室温；
(6)探伤：对堆焊修复后的结晶器铜板进行探伤；
(7)焊后热处理：将堆焊修复后的结晶器铜板进行热处理；
(8)热处理后加工：根据连铸结晶器短边铜板的尺寸要求进行加工；
步骤(4)中自动MIG焊接方法的具体工艺参数为：电流：240-250A；电压：27-28V；速度：15-20cm/min；气体流量：15-20L/min；步骤(4)中自动MIG焊接时，堆焊层单道宽度为10～12mm，单层厚度为3.0～3.5mm，相邻堆焊层搭接量为堆焊层单道宽度的40％～50％；步骤(7)焊后热处理的具体工艺为：以10℃/min的速度升温到950℃，保温1小时后水冷到室温；然后再以10℃/min的速度升温到500℃，保温2小时后空冷到室温；堆焊层的硬度为HV110～130。
2.根据权利要求1所述的堆焊修复方法，其特征是：步骤(4)堆焊过程中采用氩气作保护气体。
3.根据权利要求1所述的堆焊修复方法，其特征是：步骤(4)堆焊过程中堆焊材料采用CrZrCu焊丝，直径1.2mm。
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