CN109706448A - 一种受损轧辊的激光修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轧辊修复技术领域，尤其涉及激光焊接修复技术领域，具体涉及一种受损轧辊的激光修复方法。包括以下步骤：先去除轧辊表面的磨损失效层，再车削和磨削以达到与成品辊身一致；然后选取一含铬钢板，在其表面熔覆一层高硬度耐磨材料，对其加热，然后以镶套形式滚压在轧辊上形成C环，并用激光焊接C环的接缝；最后再在镶套表面激光熔覆一层自熔性合金粉末。本发明解决了修复层与轧辊基体之间的结合强度不高、载圆柱体轧辊上难以堆积熔覆材料以及由于轧辊体积大散热快而当激光光斑离开时因快速冷却而引起的压力产生裂纹的问题，修复后的轧辊的洛氏硬度可提高到65HRC以上。
Description
技术领域
本发明属于轧辊修复技术领域，尤其涉及激光焊接修复技术领域，具体涉及一种受损轧辊的激光修复方法。
背景技术
轧辊是使轧材金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊是轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。在轧制过程中，工作应力极大，同时受到轧件的夹杂、边裂等问题的影响，容易造成轧辊表面划伤、裂纹、粘辊、剥落甚至报废，因此要求冷轧辊表面具备相当高的硬度、强韧性和抗裂性。冷轧辊通常采用合金钢锻造并经过复杂的热处理工艺制造成，生产成本非常昂贵。一旦轧辊达到磨损的极限，整个机器就直接报废了，这样不仅造成了资料的浪费，也增加了轧辊的购置成本。目前，对于轧辊的常用修复方法主要为感应加热淬火、热喷涂、热喷焊、以及激光熔覆等等。
感应加热淬火技术是将工件置于高频交流磁场作用下，使工件表面迅速加热到其相变临界温度之上，然后快速冷却以获得马氏体来提高其硬度。该方法虽然能提高硬度却不能修复破损和裂纹。热喷涂技术是采用热源把涂层材料加热到熔化或半熔化状态，然后使用高速气体吹涂层材料、使其离散并高速撞击轧辊表面并形成涂层。该方法虽然能修补破损和裂纹，但其涂层与基材的结合是机械结合，所以强度较低，而且涂层中会产生空隙，在修复后的应用中受力容易脱落或破损。热喷焊技术是使用热源使涂层材料与基材表面重新熔化产生冶金结合，其修复效果好于热喷涂，但缺点是涂层材料必须与基材材料相匹配，所以其应用范围比较窄。激光熔覆修复技术是利用激光作为热源把耐磨、耐热的高硬度材料熔覆在轧辊表面，并与轧辊基材发生冶金结合，从而修复破损与裂纹并提高硬度。堆焊可以将不同于基材的更高硬度的合金材料熔覆在轧辊表面以达到显著改善轧辊的使用寿命。但激光熔覆技术工艺复杂、在圆柱体轧辊上熔覆材料时难以堆积材料所以生产率低下，另外熔覆不同于基材的材料时，高硬度合金材料因为其密度大于基材材料通常容易沉积到熔池底部，而轧辊的基材材料会浮到熔池的上部。这样虽然事实上产生了冶金结合，但高硬度材料被基材的普通材料覆盖，未能达到预想效果。此外，由于轧辊体积大冷却速度快，当激光离开熔池区时，在相界面处迅速凝固，这样热应力或残余应力会引起熔覆层裂纹。总之，激光熔覆修复技术难度高在实际应用尚存诸多问题有待解决。
发明内容
为了解决现有技术中存在的修复层与轧辊基体之间结合强度不高的问题，本发明的目的在于提供一种受损轧辊的激光修复方法，另外本发明还应用于提高普通铸铁轧辊的耐磨性和硬度的再制造。
本发明的工艺方法所采取的技术方案为：
(1)待修复轧辊表面预处理：去除轧辊表面的磨损失效层，然后再车削和磨削加工至其与成品辊身外形一致；
(2)量取预处理后轧辊的尺寸：轧辊宽度和周长；
(3)选取一含铬钢板，在惰性气体保护下，在其表面激光熔覆一层高硬度耐磨混合材料，得到熔覆后的钢板；
(4)加热熔覆后的钢板，然后将其以镶套的形式过盈配合滚压到轧辊上形成C环，并用激光焊接C环的接缝；
(5)在步骤(4)中的镶套表面，激光熔覆一层自熔性合金粉末层。
优选地，步骤(3)所述含铬钢板为高铬铸钢、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrN13W或8CrMoV，其厚度为2～4mm，长宽分别等同于轧辊的宽度和周长。
优选地，步骤(3)中高硬度耐磨混合材料为镍基合金与碳化钨质量比为5：5的混合粉末，熔覆层厚度为0.1～0.4mm。
优选地，所述镍基合金为Ni-Cr合金粉末、Ni-Cr-Mo合金粉末、Ni-Cr-Fe合金粉末、Ni-P和Ni-Cr-P合金粉末中的一种或几种。
优选地，步骤(4)中加热的温度为1000℃。
优选地，步骤(5)中所述自熔性合金粉末为镍基合金与碳化钨质量比为6：4的混合粉末。
优选地，所述镍基合金为Ni-Cr合金粉末、Ni-Cr-Mo合金粉末、Ni-Cr-Fe合金粉末、Ni-P和Ni-Cr-P合金粉末中的一种或几种。
优选地，步骤(5)中熔覆的自熔性合金粉末的厚度为0.1～0.4mm。
有益效果：
(1)在含铬钢板上用激光熔覆一层高硬度耐磨混合材料，从而使该材料与含铬钢板形成共熔共晶的冶金结合，使得含铬钢板的硬度提高到洛氏硬度60HRC以上。
(2)将激光熔覆了高硬度耐磨混合材料的钢板加热后以镶套的形式过盈配合包裹在轧辊上，解决了因轧辊基材与熔覆材料的差异性、轧辊的外形、轧辊的散热快等造成的直接在轧辊上热喷涂、热喷焊或激光熔覆耐磨材料而产生的结合度不高、裂纹和易脱落的问题；另外，在普通铸铁轧辊上镶套激光熔覆后的高硬度耐磨板材，可以大幅度降低成本、提高生产效率。
(3)在高硬度耐磨的镶套表面再激光熔覆一层自熔性高硬度耐磨的合金粉末材料，可以增强结合强度、在轧辊表面形成高度致密、高硬度、高耐磨的细晶体的马氏体结构层，其洛氏硬度可提高到65H RC以上。
附图说明
图1为实施例1中待修复或待再制造轧辊主体的结构示意图；
图2为实施例1中80CrN13W钢板示意图；
图3为实施例1中激光熔覆了镍基合金与碳化钨混合粉末后的80CrN13W钢板示意图；
图4为实施例1中将熔覆后的钢板滚压到轧辊的示意图；
图5为实施例1中修复后的轧辊示意图；
附图标记名称如下：
1-轧辊；2-钢板；3-合金粉末层；4-焊缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明作用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。
实施例1
如图1所示为待修复或待再制造的轧辊，对待修复或待再制造轧辊的激光修复方法的具体工艺步骤如下：
(1)轧辊表面预处理：去除轧辊1表面的磨损失效层，然后再车削和磨削以达到与成品辊身外形一致；
(2)量取预处理后轧辊的尺寸：轧辊1周长和宽度；
(3)选取一块80CrN13W钢板2，其长宽分别等同于轧辊1的宽度和周长，钢板2厚度为2mm(如图2所示)；
(4)在输送惰性气体保护的环境下，利用激光熔覆在上述80CrN13W钢板2表面熔覆一层厚度0.2mm高硬度耐磨混合材料，形成合金粉末层3，该耐磨混合材料为镍基合金与碳化钨的5：5混合粉末，其中镍基合金为Ni-Cr合金粉末。经测试，此时80CrN13W钢板2表面熔覆材料硬度为63.2HRC；
(5)将步骤(4)熔覆后的钢板2加热到1000℃；
(6)将步骤(5)加热后的熔覆钢板2以镶套的形式过盈配合滚压到轧辊1上形成C环(如图4所示)，并用激光焊接C环的接缝，形成焊缝4(如图5所示)；
(7)在步骤(6)的镶套表面，激光熔覆一层厚度0.1mm的镍基合金与碳化钨6：4混合合金粉末，形成一层自熔性高硬度耐磨层，其中镍基合金为Ni-Cr合金粉末。经测试，其表面硬度为65HRC。
实施例2
对待修复或待再制造轧辊的激光修复方法的具体工艺步骤如下：
(1)轧辊表面预处理：去除轧辊1表面的磨损失效层，然后再车削和磨削以达到与成品辊身外形一致；
(2)量取预处理后轧辊的尺寸：轧辊1周长和宽度；
(3)选取一块高铬铸钢钢板2，其长宽分别等同于轧辊1的宽度和周长，钢板2厚度为4mm；
(4)在输送惰性气体保护的环境下，利用激光熔覆在上述高铬铸钢钢板2表面熔覆一层厚度0.4mm高硬度耐磨混合材料，形成合金粉末层3，该耐磨混合材料为镍基合金与碳化钨的5：5混合粉末，其中镍基合金是Ni-Cr-Mo合金粉末。经测试，此时高铬铸钢钢板2表面熔覆材料的硬度为63.3HRC；
(5)将步骤(4)熔覆后的钢板2加热到1000℃；
(6)将步骤(5)加热后的熔覆钢板2以镶套的形式过盈配合滚压到轧辊1上形成C环，并用激光焊接C环的接缝，形成焊缝4；
(7)在步骤(6)的镶套表面，激光熔覆一层厚度0.4mm的镍基合金与碳化钨6：4混合合金粉末，形成一层自熔性高硬度耐磨层，其中镍基合金是Ni-Cr-Mo合金粉末。经测试，此时其表面硬度为65.2HRC。
实施例3
对待修复或待再制造轧辊的激光修复方法的具体工艺步骤如下：
(1)轧辊表面预处理：去除轧辊1表面的磨损失效层，然后再车削和磨削以达到与成品辊身外形一致；
(2)量取预处理后轧辊的尺寸：轧辊1周长和宽度；
(3)选取一块8CrMoV钢板2，其长宽分别等同于轧辊1的宽度和周长，钢板2厚度为3mm；
(4)在输送惰性气体保护的环境下，利用激光熔覆在上述高铬铸钢钢板2表面熔覆一层厚度0.1mm高硬度耐磨混合材料，形成合金粉末层3，该耐磨混合材料为镍基合金与碳化钨的5：5混合粉末，其中镍基合金是Ni-Cr-Fe合金粉末。经测试，此时高铬铸钢钢板2的硬度为63.2HRC；
(5)将步骤(4)熔覆后的钢板2加热到1000℃；
(6)将步骤(5)加热后的熔覆钢板2以镶套的形式过盈配合滚压到轧辊1上形成C环，并用激光焊接C环的接缝，形成焊缝4；
(7)在步骤(6)的镶套表面，激光熔覆一层厚度0.2mm的镍基合金与碳化钨6：4混合合金粉末，形成一层自熔性高硬度耐磨层，其中镍基合金是Ni-Cr-Fe合金粉末。经测试，其硬度为65.4HRC。
Claims (10)
1.一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预处理：去除修复轧辊表面的磨损失效层，然后再车削和磨削加工至其与成品辊身外形一致；
(2)量取尺寸：预处理后轧辊宽度和周长；
(3)选取一含铬钢板，在惰性气体保护下，在其表面激光熔覆一层高硬度耐磨混合材料，得到熔覆后的钢板；
(4)加热熔覆后的钢板，然后将其以镶套的形式过盈配合滚压到轧辊上形成C环，并用激光焊接C环的接缝；
(5)在步骤(4)中的镶套表面，激光熔覆一层自熔性合金粉末。
2.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(3)所述含铬钢板为高铬铸钢、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrN13W或8CrMoV，长宽分别等同于轧辊的宽度和周长。
3.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(3)中含铬钢板的厚度为2～4mm或等于轧辊磨削的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(3)中高硬度耐磨混合材料为镍基合金与碳化钨质量比为5：5的混合粉末。
5.根据权利要求4所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，所述镍基合金为Ni-Cr合金粉末、Ni-Cr-Mo合金粉末、Ni-Cr-Fe合金粉末、Ni-P和Ni-Cr-P合金粉末中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(3)中熔覆的高硬度耐磨混合材料的厚度为0.1～0.4mm。
7.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(4)中熔覆后的钢板加热至温度为1000℃。
8.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(5)中所述自熔性合金粉末为镍基合金与碳化钨质量比为6：4的混合粉末。
9.根据权利要求8所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，所述镍基合金为Ni-Cr合金粉末、Ni-Cr-Mo合金粉末、Ni-Cr-Fe合金粉末、Ni-P和Ni-Cr-P合金粉末中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种受损轧辊的激光修复方法，其特征在于，步骤(5)中熔覆的自熔性合金粉末的厚度为0.1～0.4mm。
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