CN214978389U - 一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，它包括：结构件固定支架，用于倾斜放置斜辊轴并可使斜辊轴在该结构件固定支架上任意转动；组对固定结构件工装，用于对斜辊轴断裂处组对固定并控制焊接过程中的变形量；以及加热工装，用于对斜辊轴断裂处加热。本实用新型还公开了基于该焊接装置的环件轧机大型斜辊轴断裂焊接修复工艺。通过本实用新型的实施，可以缩短大量检修时间，降低维修成本，减少故障率停机损失，为合理组产提供了保障。

Description

一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，涉及一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置及其修复工艺。

背景技术

马钢各种规格的环件生产流程为由检验合格的原料钢锭通过机床分段切割成需要的长度，由加热环形炉把切割后钢锭加热达到工艺温度，通过移动式机械手夹持到水压机墩粗及穿孔，再由固定式机械手夹持穿孔后钢锭送到环件轧机碾压成型。环件轧机主要由立式旋转主辊、可水平移动的上下斜辊轴以及抱辊组成，立式旋转主辊与抱辊主要控制环件壁厚和直径，水平移动的上下斜辊轴则控制环件轴向高度。上下斜辊轴是由基体42CrMo和焊接过渡层以及硬质合金表面层(根据轧制的需求以及各种性能而配置的药芯焊丝焊接)冶金结合一体，正常可以完全满足生产工艺要求，但表面层使用一段时间后，由于焊接层的焊接质量和使用过程中的冷、热交替产生的应力引起上下斜辊轴表面局部开裂、磨损、脱落等缺陷，尤其表面局部开裂处随着生产工序的不断轧制运转，开裂的裂纹不断加深，减少了斜辊轴的有效截面积，达不到原有斜辊轴性能要求，故在轧制裂纹受力处产生断裂，导致停产状态。如果更换新备件，一般需要2-3个月时间，若离线运到厂家修复，修复周期也很长。故针对现有状况，需要对这种断裂的环件轧机大型斜辊轴进行修复。

目前，各种辊轴磨损、断裂、脱落焊接修复应用较为普遍，不少文献中都有离线修复各种叙述，但针对这种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接修复的文献还末见公开报道，环件轧机大型斜辊轴断裂焊接修复主要难点在于通过焊接施工中要严格控制焊接线能量、熔合比、预热、后热、层间温度、以及母材、过渡层和硬质合金相邻基层焊道的冶金结合以及填充厚度等关键工艺参数，来解决环件轧机大型斜辊轴断裂焊接缺陷。另外，焊接修复后的大型断裂斜辊轴表面还有满足以下要求：1、通过手工研磨，符合的样板的检验达到符合运转尺寸。2、冶金结合的焊接层符合周期性使用。3、确保运转轧制质量。

实用新型内容

针对在背景技术中环件轧件大型斜辊轴断裂焊接修复的困难，本实用新型制定出一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置以及修复工艺并加以实施，通过本实用新型可以缩短大量检修时间，降低维修成本，减少故障率停机损失，为合理组产提供了保障。

本实用新型解决技术问题的技术方案如下：

本实用新型一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，包括：结构件固定支架，用于倾斜放置斜辊轴并可使斜辊轴在该结构件固定支架上任意转动；组对固定结构件工装，用于对斜辊轴断裂处组对固定并控制焊接过程中的变形量；以及加热工装，用于对斜辊轴断裂处加热。

进一步地，所述结构件固定支架包括整体呈“凵”形的支撑框架，支撑框架一侧顶端设置有U形托箱，该U形托箱的顶部开设有U形槽并均布设置有若干滚轮，支撑框架另一侧朝向U形托箱方向倾斜设置有固定顶针。

进一步地，所述U形托箱的底部通过第一销轴与支撑框架连接固定，所述滚轮通过第二销轴与U形托箱连接固定；所述固定顶针螺纹固定在一个螺栓底座上，该螺栓底座通过第三销轴固定在支撑框架另一侧的顶部。

进一步地，所述固定顶针与水平面所成角度为45°。

进一步地，所述组对固定结构件工装包括锥形框架笼体和固定法兰，该锥形框架笼体底部和固定法兰相对应设置并通过若干锁紧螺杆可拆卸式连接固定。

进一步地，所述加热工装包括两根对应设置的气体管道，每根气体管道上均匀设置有若干喷嘴。

本实用新型解决技术问题的另一技术方案如下：

基于上述技术方案所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置的修复工艺，用于断裂的斜辊轴的焊接修复，所述斜辊轴包括断裂轴前端和轴连接部分，断裂轴前端和轴连接部分连接处为断裂待修复部位，其特征在于，步骤如下：

步骤一、焊件焊接前处理；首先，对断裂轴前端和轴连接部分在断裂待修复部位分别开设坡口面，然后将斜辊轴前侧呈45°放置在结构件固定支架的U形托箱的滚轮上，斜辊轴后端套入在固定顶针上，并使得斜辊轴在结构件固定支架可以任意转动，然后在斜辊轴前端安装组对固定结构件工装并把断裂轴前端和轴连接部分进行组对形成U型坡口，最后固定安装加热工装，并将两根气体管道上的两排喷嘴水平对称放置在斜辊轴前端的待焊接修复部位；

步骤二、焊前准备；

2.1)、焊接设备：HT400D数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机；硬质合金层焊接采用CAG-CO21焊丝，氩气纯度≥99.999％；过渡层焊接采用BS-308Z焊条；母材层焊接采用E5015焊条，焊条350～400℃烘焙2h后恒温，随用随取；

2.2)、加热装置：氧·乙炔瓶、电加热带；

2.3)、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、保温桶、样板、测温仪、放大镜、保温棉、等离子气刨LGK-100MA；

2.4)、焊件材料：母材层42CrMo、过渡层不锈钢304、外层硬质合金钢；

2.5)、坡口形式：通过机械加工U型坡口；

2.6)、焊接位置：45°焊接；

2.7)、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；

2.8)、焊前清洗：使用氧乙炔火焰，去除断裂待修复部位的水分和油，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈；

2.9)、根据焊接材质、焊接设备确定焊接工艺参数；

步骤三、焊接修复；

3.1)、考虑斜辊轴断裂处对接焊接特殊性，因是圆形U型坡口组对，组对时要留有间隙以便于大直径焊条熔透根部，然后进行点焊对接并在整体对接符合焊接技术规范后，利用氧·乙炔在断裂待修复部位以及U型坡口的两侧进行烘烤以清除油污、杂质和水分等，然后采用加热工装把斜辊轴前端均匀加热，斜辊轴后端采用保温棉包扎保温，焊接加热的面积以及坡口两侧要全部覆盖，当断裂待修复部位加热到500±20℃时，把U型坡口处隔开，其余均采用保温棉覆盖，加热工装继续加热保温；

3.2)、实施焊接时，为了确保焊接变形量控制在斜辊轴使用范围内，母材底层打底以及盖面层，通过两台焊机采用手工焊条电弧焊对称焊接，一台焊机从5点位置向9点到1点位置焊接，另外一台等待底层一遍焊接完成后从7点位置向3点到11点位置焊接，焊接时层间温度控制在400±50℃，运条方法采用月牙形，不仅要熔透根部而且要熔合好两侧母材本体，每一层焊接完成后要采用气铲进行熔渣清理并消除部分焊接应力；母材层焊接完成并确认无焊接缺陷后，再进行过渡层的手工焊条电弧焊焊接，采用与母材层同样的焊接方式只焊接一层，焊接层的厚度控制在5～8mm确保上下连接层的熔合，焊接完成后过渡层表面采用手工角磨机打磨修平便于硬质合金外层的焊接；斜辊轴表面层采用与母材层同样的焊接方式，通过两台焊机采用手工氩弧焊对称焊接，由于坡口面较宽，盖面时沿着轴径多层多道焊接，坡口两侧跟原有本体材料要熔合，焊接过程中，若出现裂纹等焊接缺陷，立即采用等离子气刨LGK-100MA进行清根，然后再进行焊接修复，盖面层一定高于斜辊轴原表面；焊接结束后，在采用放大镜、表面着色检测焊缝无任何焊接缺陷后，通过加热工装进行焊后退火整体加热至800～950℃，恒温8小时，然后以30℃/h的速度逐渐下降至250℃，再冷却到室温，最后通过检测探伤确认无任何缺陷后，采用手工角磨机精确研磨加工，经检测合格后，交付使用。

进一步地，母材层焊接时，采用φ4.0mm的E5015焊条，焊接电流为90-160A，电弧电压为23±1V，焊接速度为17±1cm/min；过渡层焊接时，采用φ4.0mm的BS-308Z焊条，焊接电流为80-140A，电弧电压为24±1V，焊接速度为15±1cm/min；硬质合金层焊接时，采用φ4.0mm的CAG-CO21焊丝，焊接电流为170-190A，电弧电压为26±1V，焊接速度为5±1cm/min。

进一步地，所述U型坡口组对时，留有4～8mm间隙；点焊接对接时，点焊部位3点分别为9点、12点和3点，起焊接点6点开始。

进一步地，实施焊接前，通过加热工装对斜辊轴前端加热时，温度均匀上升按制在40℃/h，测温仪每小时测量一次。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置以及修复工艺，所述焊接装置结构新颖，配置紧凑、合理，均采用焊接和机械加工，制作方便，稳定性好，且投资省，占用场地小；基于所述焊接装置的修复工艺，不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，减少了停机损失，为合理组产提供了保障，同时也为其它大型工件焊接修复提供了科学参考依据。

附图说明

图1为本实用新型所述焊接装置的结构示意图；

图2为本实用新型中结构件固定支架的爆炸示意图；

图3为本实用新型中组对固定结构件工装的示意图；

图4为本实用新型中加热工装的示意图；

图5为本实用新型中开设有坡口的斜辊轴的结构示意图；

图中：1.斜辊轴；11.轴连接部分；12.断裂轴前端；13.U型坡口；2.结构件固定支架；21.支撑框架；22.U形托箱；23.第一销轴；24.滚轮；25.第二销轴；26.固定顶针；27.螺栓底座；28.第三销轴；3.组对固定结构件工装；31.锥形框架笼体；32.固定法兰；33.锁紧螺杆；4.加热工装；41.气体管道；42.喷嘴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

实施例1：

如图1至图5所示，本实用新型一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，它包括结构件固定支架2、组对固定结构件工装3和加热工装4；所述结构件固定支架2用于倾斜放置斜辊轴1并可使斜辊轴1在该结构件固定支架2上任意转动，斜辊轴1一般以45度角倾斜放置在该结构件固定支架上；所述组对固定结构件工装3，用于对斜辊轴1断裂处组对固定并控制焊接过程中的变形量，其与斜辊轴1前端的形状相适配；所述加热工装4，用于对斜辊轴1断裂处焊接前加热和焊接后热处理。

本实施例中，所述结构件固定支架2包括整体呈“凵”形的支撑框架21，该支撑框架21采用50mm钢板焊接制作而成，支撑框架21左侧顶端设置有U形托箱22，该U形托箱22的顶部开设有U形槽并均布设置有若干滚轮24，支撑框架21右侧朝向U形托箱22方向倾斜设置有固定顶针26，固定顶针26一般与水平面成45°角，用于固定斜辊轴1的后端中心处，便于斜辊轴1在结构件固定支架2上倾斜45度放置。进一步地，所述U形托箱22的底部通过第一销轴23与支撑框架21连接固定，所述滚轮24通过第二销轴25与U形托箱22连接固定；所述固定顶针26螺纹固定在一个螺栓底座27上，该螺栓底座27通过第三销轴28固定在支撑框架21另一侧的顶部。

本实施例中，所述的组对固定结构件工装3采用30mm钢板机械加工并焊接制作而成，其包括锥形框架笼体31和固定法兰32，该锥形框架笼体31底部和固定法兰32相对应设置并通过若干锁紧螺杆33可拆卸式连接固定，便于对斜辊轴1前端的断裂处进行组对固定以及控制焊接修复过程中的变形量。

本实施例中，所述加热工装4采用φ50mm钢管制作而成，其包括两根对应设置的气体管道41，每根气体管道41上均匀设置有若干喷嘴42。应用时，加热装置4可活动连接固定在一个采用40mm角钢制作门字框架(常规结构，未在附图示出)上，该门字框架底面在地面水平放置，加热装置4可在其上调节位置，使得两侧的两排喷嘴42可随时调节加热位置。

实施例2：

如图1至图5所示，基于实施例1所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置的修复工艺，用于断裂的斜辊轴1的焊接修复，所述斜辊轴1经过长期作业中，断裂成断裂轴前端12和轴连接部分11，断裂轴前端12和轴连接部分11连接处为断裂待修复部位，焊接修复过程步骤如下：

步骤一、焊件焊接前处理；首先，对断裂轴前端12和轴连接部分11在断裂待修复部位分别开设坡口面，然后将斜辊轴1前侧呈45°放置在结构件固定支架2的U形托箱的滚轮24上，斜辊轴1后端套入在固定顶针26上，并使得斜辊轴1在结构件固定支架2上可以任意转动，然后在斜辊轴1前端安装组对固定结构件工装3并把断裂轴前端12和轴连接部分11进行组对形成U型坡口13，组对时断裂轴前端12和轴连接部分11之间要留有4-8mm的间隙，最后固定安装加热工装4，并将两根气体管道41上的两排喷嘴42水平对称放置在斜辊轴1前端的断裂待修复部位；

步骤二、焊前准备；

2.1、焊接设备：HT400D数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机；硬质合金层焊接采用CAG-CO21焊丝，氩气纯度≥99.999％；过渡层焊接采用BS-308Z焊条；母材层焊接采用E5015焊条，焊条350～400℃烘焙2h后恒温，随用随取；

2.2、加热装置：氧·乙炔瓶、电加热带；

2.3、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、保温桶、样板、测温仪、放大镜、保温棉、等离子气刨LGK-100MA；

2.4、焊件材料：母材层42CrMo、过渡层不锈钢304、表面层硬质合金钢；

2.5、坡口形式：通过机械加工U型坡口；

2.6、焊接位置：45°焊接；

2.7、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；

2.8、焊前清洗：使用氧乙炔火焰，去除断裂待修复部位的水分和油，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈；

2.9、根据焊接材质、焊接设备确定焊接工艺参数；

焊接工艺参数

步骤三、焊接修复；

3.1、考虑斜辊轴1断裂处对接焊接特殊性，因是圆形U型坡口组对，组对时留有的4-8mm间隙便于大直径焊条熔透根部，然后进行点焊对接，点焊部位其3点，分别为9点、12点和3点，点焊固定并在整体对接符合焊接技术规范后，利用氧·乙炔在断裂待修复部位以及U型坡口13的两侧进行烘烤以清除油污、杂质和水分等，然后采用加热工装4把斜辊轴1前端均匀加热，斜辊轴1后端采用保温棉包扎保温，加热时力求温度上升均匀40℃/h，测温仪每小时测量一次，焊接加热的面积以及坡口两侧要全部覆盖，这样可以降低局部温差应力，改善母材、堆焊层、硬质合金外层内部组织，防止产生或减少淬硬组织；当断裂待修复部位加热到500℃±20℃时，把U型坡口13处隔开，其余均采用保温棉覆盖，加热工装4继续加热保温，然后实施焊接；

3.2、实施焊接时，为了确保焊接变形量控制在斜辊轴1使用范围内，母材底层的打底以及盖面层，通过两台焊机采用手工焊条电弧焊对称焊接，一台焊机从5点位置向9点到1点位置焊接，另外一台等待底层一遍焊接完成后从7点位置向3点到11点位置焊接，焊接时层间温度控制在400℃±50℃，运条方法采用月牙形，不仅要熔透根部而且要熔合好两侧母材本体，每一层焊接完成后要采用气铲进行熔渣清理并消除部分焊接应力；母材层焊接完成并确认无焊接缺陷后，再进行过渡层的手工焊条电弧焊焊接，采用与母材层同样的焊接方式只焊接一层，但焊接层的厚度控制在5～8mm以确保上下连接层的熔合，焊接完成后过渡层表面采用手工角磨机打磨修平便于硬质合金表面层的焊接；斜辊轴1表面层采用与母材层同样的焊接方式，通过两台焊机采用手工氩弧焊对称焊接，由于坡口面较宽，盖面时沿着轴径多层多道焊接，坡口两侧跟原有本体材料要熔合，焊接过程中，若出现裂纹等焊接缺陷，立即采用等离子气刨LGK-100MA进行清根，然后再进行焊接修复，盖面层一定要高于斜辊轴1原表面；焊接结束后，在采用放大镜、表面着色检测焊缝无任何焊接缺陷后，通过加热工装4进行焊后退火整体加热至800～950℃，恒温8小时，然后以30℃/h的速度逐渐下降至250℃，再冷却到室温，最后通过检测探伤确认无焊接缺陷后，采用手工角磨机精确研磨加工，并可采用先制作的符合的样板进行比对，恢复使用公差尺寸。

本实用新型在某钢某环件轧机断裂的大型斜辊轴上进行了焊接修复应用，斜辊轴对接U型坡口通过手工焊条电弧焊加氩弧焊组合焊接不仅很成功，而且通过样板检验验收完全符合整体斜辊轴转动要求，交付使用，经过周期运转达到机械性能效果，具有很好的实用性，值得推广。

Claims (6)

1.一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，包括：

结构件固定支架(2)，用于倾斜放置斜辊轴(1)并可使斜辊轴(1)在该结构件固定支架(2)上任意转动；

组对固定结构件工装(3)，用于对斜辊轴(1)断裂处组对固定并控制焊接过程中的变形量；以及

加热工装(4)，用于对斜辊轴(1)断裂处加热。

2.根据权利要求1所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，所述结构件固定支架(2)包括整体呈“凵”形的支撑框架(21)，支撑框架(21)一侧顶端设置有U形托箱(22)，该U形托箱(22)的顶部开设有U形槽并均布设置有若干滚轮(24)，支撑框架(21)另一侧朝向U形托箱(22)方向倾斜设置有固定顶针(26)。

3.根据权利要求2所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，所述U形托箱(22)的底部通过第一销轴(23)与支撑框架(21)连接固定，所述滚轮(24)通过第二销轴(25)与U形托箱(22)连接固定；所述固定顶针(26)螺纹固定在一个螺栓底座(27)上，该螺栓底座(27)通过第三销轴(28)固定在支撑框架(21)另一侧的顶部。

4.根据权利要求2或3所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，所述固定顶针(26)与水平面所成角度为45°。

5.根据权利要求4所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，所述组对固定结构件工装(3)包括锥形框架笼体(31)和固定法兰(32)，该锥形框架笼体(31)底部和固定法兰(32)相对应设置并通过若干锁紧螺杆(33)可拆卸式连接固定。

6.根据权利要求5所述的一种环件轧机大型斜辊轴断裂焊接装置，其特征在于，所述加热工装(4)包括两根对应设置的气体管道(41)，每根气体管道(41)上均匀设置有若干喷嘴(42)。

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