連鑄輥修復(fù)技術(shù)分析

卞廣民

舞鋼三和盛機(jī)械制造建造安裝有限責(zé)任公司,河南舞鋼 462500

連鑄輥修復(fù)技術(shù)分析

卞廣民

舞鋼三和盛機(jī)械制造建造安裝有限責(zé)任公司,河南舞鋼 462500

連鑄輥?zhàn)鳛檫B鑄設(shè)備的核心部件，其質(zhì)量、強(qiáng)度和使用壽命對連鑄設(shè)備的作業(yè)率有很大的影響。修復(fù)后的連鑄輥，比新制造的輥?zhàn)拥氖褂脡勖?、高溫?qiáng)度、耐磨性都有明顯的提高。本文從連鑄輥損壞的原因入手，闡述了連鑄輥修復(fù)技術(shù)的重要性，然后又介紹了連鑄輥常用的幾種修復(fù)方法，最后重點(diǎn)介紹了連鑄輥修復(fù)中常用的堆焊修復(fù)工藝。

連鑄輥；堆焊；明弧焊；修復(fù)技術(shù)

0 引言

我國連鑄技術(shù)的發(fā)展雖然起步比較晚，但是發(fā)展的速度比較快，近十幾年來連鑄技術(shù)及裝備方面的研究更是取得了突破性進(jìn)展，目前我國連鑄技術(shù)的水平己達(dá)到世界主要產(chǎn)鋼國連鑄的水平。

連鑄輥?zhàn)鳛檫B鑄設(shè)備的核心部件，其質(zhì)量、強(qiáng)度和使用壽命對連鑄設(shè)備的作業(yè)率有很大的影響。根據(jù)相關(guān)研究，修復(fù)后的連鑄輥，比新制造的輥?zhàn)邮褂脡勖岣?～3倍，同時其高溫強(qiáng)度、耐磨性也可以得到明顯程度的提高。從對鋼鐵企業(yè)的調(diào)查及有關(guān)資料顯示，如果對連鑄輥不采用修復(fù)技術(shù)，平均每臺機(jī)組每年消耗輥?zhàn)拥馁M(fèi)用就需要數(shù)百萬元以上，因此對連鑄輥的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行分析研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 連鑄輥損壞原因分析

根據(jù)國內(nèi)外有多家研究機(jī)構(gòu)對連鑄輥的失效形式進(jìn)行的分析可知，連鑄輥損壞的主要的原因主要有以下3個方面：

1）熱疲勞損壞

熱疲勞損壞是造成連鑄輥損壞的主要的原因之一，其主要起因是工作狀態(tài)的輥?zhàn)颖砻姝h(huán)向溫度分布不均勻，例如，有時候輥?zhàn)颖砻婧洼佔(zhàn)觾?nèi)部的溫差高達(dá)300℃，由此在輥?zhàn)颖砻婕皟?nèi)部產(chǎn)生了非軸對稱、周期性變化、不均勻分布的熱應(yīng)力。連鑄輥在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下就是產(chǎn)生熱疲勞損壞。

2）原材料

原材料的好壞是決定連鑄輥質(zhì)量最直接最關(guān)鍵的因素，也是造成連鑄輥損壞的主要原因。有時候選擇的原材料在常溫下雖然有很好的屈服強(qiáng)度，但是在高溫情況下屈服強(qiáng)度急劇下降，抗熱疲勞裂紋性能嚴(yán)重不足，這就會直接導(dǎo)致連鑄輥熱疲勞損壞。

3）磨損

造成輥?zhàn)幽p的直接原因是高溫潮濕環(huán)境下，表面易發(fā)生氧化腐蝕脫落，使輥?zhàn)油鈴綔p薄，導(dǎo)致輥?zhàn)訄?bào)廢。

2 連鑄輥常用修復(fù)方法介紹

針對連鑄輥損壞的幾種原因，本文重要介紹連鑄輥常用的3種修復(fù)方法。

2.1 堆焊修復(fù)方法

堆焊作為一種經(jīng)濟(jì)有效的表面改性方法是現(xiàn)代材料加工與制造業(yè)不可缺少的工藝手段。為了最大限度地發(fā)揮堆焊技術(shù)的優(yōu)越性，優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率歷來是國內(nèi)外堆焊技術(shù)的重要研究方向。在實(shí)際使用過程中，連鑄輥堆焊工藝又可以分為3種，即絲極埋弧焊、帶極埋弧焊和明弧焊。

2.2 噴涂修復(fù)

噴涂是一種表面強(qiáng)化技術(shù)。它采用電弧、等離子弧、燃?xì)獾刃问降臒嵩矗瑢⒈粐娡康耐繉硬牧先刍虬肴刍?，并在氣流的作用下，使之霧化成微細(xì)的熔滴或高溫顆粒，以很高的飛行速度噴射到經(jīng)過處理的基體表面，形成具有某種功能的涂層。由于各種機(jī)械零件的使用工況不同，因而零件磨損的形式也是十分復(fù)雜的。為了適應(yīng)各種使用要求，需要有各種噴涂設(shè)備，并通過不同的工藝來實(shí)現(xiàn)。美國的METCO公司在涂層應(yīng)用指南中將涂層分為耐磨損、耐高溫和氧化、防腐蝕涂層、導(dǎo)電涂層或絕緣涂層、恢復(fù)尺寸涂層、間隙控制涂層等等，根據(jù)不同的涂層種類，采用不同的設(shè)備、材料、工藝方法進(jìn)行修復(fù)。

熱噴涂(焊)技術(shù)的缺點(diǎn)：1）對于薄壁或較小的工件噴涂存在熱變形現(xiàn)象；2）噴涂小孔、深孔存在一定困難；3）對于某些工藝而言，噴涂層與堆焊層相比，噴涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較低，不能承受沖擊。除了塑料粉末火焰噴涂和噴鋅外，其它金屬和陶瓷涂層有少量針孔，用于防腐涂層，需要封孔處理；4）噴涂操作的粉塵飛散在空間，對人體有害。因此，工作時要穿戴好防護(hù)服，還需要適當(dāng)?shù)耐L(fēng)設(shè)備。而且由于連鑄輥修復(fù)需要恢復(fù)的尺寸較大，所以在連鑄輥修復(fù)的實(shí)際生產(chǎn)中，往往選擇堆焊的方法對連鑄輥進(jìn)行修復(fù)。

2.3 其它連鑄輥修復(fù)方法

目前，有些企業(yè)采用削減輥?zhàn)又睆降姆椒?，將連鑄輥表面的裂紋加工掉，改成其它尺寸的輥?zhàn)?，重新上線使用。復(fù)合輥套法在型鋼、鋼管軋機(jī)的軋輥修復(fù)中己有成功的應(yīng)用。采用離心澆鑄修復(fù)回轉(zhuǎn)件有許多成功的范例。因連鑄輥工作環(huán)境的特殊性，任何材料均難以抗拒裂紋的產(chǎn)生。因此，在從各外部因素來嚴(yán)格控制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展的同時，采用修復(fù)來提高其再生壽命是目前唯一可做的事情。輥?zhàn)有迯?fù)生產(chǎn)工作做的好，不僅提高了使用壽命，還可以大大地節(jié)省維修費(fèi)用和停機(jī)時間。

3 堆焊修復(fù)技術(shù)介紹

下面將詳細(xì)介紹在我國普遍采用的奧鋼聯(lián)連鑄輥堆焊修復(fù)技術(shù)。連鑄輥堆焊修復(fù)工藝簡單的說就是對磨損下線的連鑄輥，由焊接專業(yè)工程師根據(jù)奧鋼聯(lián)技術(shù)制定具體得堆焊工藝，然后由有專業(yè)操作資格的電焊工對其進(jìn)行WLDC3M2L合金的堆焊，最后按照圖紙尺寸及精度要求進(jìn)行加工。本文將從焊接前的準(zhǔn)備、堆焊、焊后處理、無損檢測和檢驗(yàn)5個方面對連鑄輥的堆焊修復(fù)過程進(jìn)行介紹。

3.1 焊前準(zhǔn)備

焊接前進(jìn)行加工，目的是將連鑄輥工作表面上的裂紋、龜裂全部車削掉。原則是消除舊連鑄輥表面的任何缺陷，然后除去輥身上的油污和鐵銹。探傷，是檢測加工后的連鑄輥是否合格。預(yù)熱，是把沒有缺陷的連鑄輥放到堆焊機(jī)床上，用三爪卡盤夾緊，開動電機(jī)使連鑄輥緩慢轉(zhuǎn)動，同時用火管對其進(jìn)行加熱，為保證整個連鑄輥的內(nèi)外溫度均勻，加熱必須緩慢，直至溫度升至350℃。

3.2 堆焊

堆焊材料的選擇，根據(jù)連鑄輥的材質(zhì)的不同，選擇相應(yīng)的過渡層和合金層材料。連鑄輥堆焊修復(fù)采用的是明弧焊堆焊。

堆焊目的首先滿足材料表面的硬度、耐磨性 、抗 熱疲勞性能滿足現(xiàn)場工況的使用要求。其次給輥?zhàn)颖砻媪舫黾庸び嗔?。焊接后達(dá)到的硬度為：44～50 HRC(每個測量點(diǎn)三次測量的平均值 )。輥套修復(fù)焊接步驟：將舊輥套 4mm的埋弧焊堆焊層完全加工掉 ，然后再用明弧焊焊絲進(jìn)行打底焊接，在打底焊接焊完以后再進(jìn)行表面工作層的堆焊，堆焊到要求尺寸以上，留加工余量。

為了保證連鑄輥堆焊焊接工作過程在受控狀態(tài)下進(jìn)行，根據(jù)法規(guī)和安全技術(shù)規(guī)范的要求，壓力容器焊接人員、焊接材料、焊接工藝、產(chǎn)品施焊、焊接設(shè)備、焊縫返修和施焊記錄等都應(yīng)該做到嚴(yán)格管理和控制。

1）焊接人員。作為連鑄輥堆焊的焊接人員，必須取得相應(yīng)特種設(shè)備作業(yè)人員焊接資格后，才能在有效期內(nèi)擔(dān)任相應(yīng)合格項(xiàng)目范圍內(nèi)的焊接工作，嚴(yán)禁無證施焊和超項(xiàng)施焊。焊接人員在施焊時還應(yīng)該嚴(yán)格按照焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行。

2）焊接材料。焊接材料首先要滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其次要按照相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行驗(yàn)收、入庫和使用。

3）焊接工藝。焊接工藝文件作為指導(dǎo)焊工的關(guān)鍵文件，首先要根據(jù)連鑄輥堆焊圖樣的技術(shù)要求、焊接規(guī)程及焊接工藝評定，制訂詳細(xì)正確的焊接工藝指導(dǎo)書。

4）產(chǎn)品施焊。連鑄輥堆焊的焊接環(huán)境、焊接過程和焊接檢驗(yàn)都要按照焊接工藝守則和焊接工藝卡的規(guī)定執(zhí)行。堆焊過渡層時，要先對連鑄輥進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度視母體材料而定，熔敷堆焊層時，為了能獲得均勻磨損的堆焊層，必須選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度，使堆焊材料在冷卻過程中不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，以防下一焊道對前一焊道回火，造成硬度的不均勻。直徑較大的連鑄輥，預(yù)熱時間要長一些，堆焊過程要連續(xù)，中間不停頓，否則容易形成缺陷。焊縫搭接一般可取50%，使堆焊表面光滑，堆焊完成后，應(yīng)及時做消除應(yīng)力處理。

5）焊接設(shè)備。所有與焊接有關(guān)的設(shè)備應(yīng)由專人管理，設(shè)備上的電流表、電壓表按規(guī)定檢定附上合格標(biāo)簽，并在有效期內(nèi)使用。

6）焊縫返修。焊接接頭無損檢測出現(xiàn)超標(biāo)缺陷時，應(yīng)當(dāng)分析缺陷產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)的返修或者補(bǔ)焊方案。一次焊縫返修經(jīng)焊接責(zé)任師審批，二次以上焊縫返修由焊接責(zé)任師提出，報(bào)質(zhì)保工程師審批。返修操作要嚴(yán)格按照返修工藝規(guī)定執(zhí)行，返修后，應(yīng)按照原檢驗(yàn)要求重新檢驗(yàn)檢測。

7）施焊記錄。焊接現(xiàn)場施焊記錄也是連鑄輥堆焊過程中的一個影響質(zhì)量的重要因素，施焊記錄應(yīng)該真實(shí)全面的反映出現(xiàn)場施焊的狀況。例如，每條焊縫所使用的焊材、焊接設(shè)備及電特性、焊材烘烤的情況、焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、后熱等狀況。

3.3 焊后處理

為了消除堆焊過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止冷卻過程中產(chǎn)生裂紋，應(yīng)及時進(jìn)行緩冷處理，這樣方可保證焊接材料的物理性能。根據(jù)降溫要求可采用不同的保溫方法，現(xiàn)場如無更好的保溫措施，堆焊完的連鑄輥，要立即用石棉布包裹，使之緩慢冷卻。將緩慢冷卻后的連鑄輥進(jìn)行粗加工，用肉眼檢查一下表面是否有裂紋、氣孔等焊接缺陷，然后探傷儀檢測輥?zhàn)邮欠裼泻附尤毕莸拇嬖?。若無缺陷，檢驗(yàn)合格入庫；若有缺陷，則需把缺陷加工掉后重新堆焊。

3.4 無損檢測

無損檢測作為保證連鑄輥質(zhì)量的一種重要檢測手段，無損檢測人員必須有本單位的人員經(jīng)過培訓(xùn)、考核，通過考試取得相應(yīng)特種設(shè)備作業(yè)人員檢測資格證后才能從事相應(yīng)項(xiàng)目的無損檢測工作。

在進(jìn)行無損檢測前，無損檢測人員要先按照無損檢測工藝和技術(shù)圖紙制定檢測方案。在進(jìn)行檢測時，要做好檢測條件參數(shù)和質(zhì)量情況的原始記錄，檢測完畢之后，由取得相應(yīng)資格的人填寫檢測報(bào)告。

無損檢測結(jié)果顯示需要返修的，由檢測人員出具返修通知單并交委托單位進(jìn)行返修。

3.5 檢驗(yàn)

經(jīng)過堆焊修復(fù)的連鑄輥，輥?zhàn)颖砻娌坏么嬖诹鸭y、夾渣、氣孔和缺肉等缺陷;輥?zhàn)颖砻娌坏么嬖谲浻膊痪F(xiàn)象，輥?zhàn)佑捕葹镠RC42-50，同一根輥?zhàn)由厦妫捕炔顬檎?fù)2；輥?zhàn)蛹庸ぞ葢?yīng)符合圖紙要求；輥?zhàn)由暇€使用后，第一個使用周期正常下線時質(zhì)量應(yīng)達(dá)到下列要求：輥?zhàn)颖砻娑押笇硬坏贸霈F(xiàn)剝離現(xiàn)象，輥?zhàn)颖砻娌淮嬖诿黠@軟硬不均現(xiàn)象以及輥?zhàn)硬荒馨l(fā)生斷裂。

3.6 交付使用

連鑄輥修復(fù)后，在交付使用的同時，要同時提供焊接后熱處理工藝及工藝曲線、硬度測試報(bào)告及成品超聲波探傷報(bào)告以及堆焊材料材質(zhì)抽檢報(bào)告等技術(shù)文件。同時，要根據(jù)圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行驗(yàn)收，加工后輥?zhàn)舆M(jìn)行保護(hù)性包裝，涂好防護(hù)油，在運(yùn)輸及裝卸時避免磕碰、劃傷。

4 結(jié)論

連鑄輥?zhàn)鳛檫B鑄設(shè)備順利生產(chǎn)的關(guān)鍵部件，其高溫下可以承受的強(qiáng)度和使用壽命直接影響著連鑄設(shè)備的作業(yè)率、鑄坯的質(zhì)量和煉鋼企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此如何提高連鑄輥的強(qiáng)度和使用壽命一直受到業(yè)內(nèi)人士的重視。近年來隨著科技的不斷發(fā)展，新材料、新工藝不斷出現(xiàn)，我國連鑄輥的質(zhì)量得到了很大程度的提高，基本上可以滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要。本文從連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)過程的性質(zhì)和特點(diǎn)出發(fā)，介紹了連鑄輥修復(fù)的幾種基本方法，最后又重點(diǎn)介紹了連鑄輥堆焊修復(fù)技術(shù)的具體修復(fù)過程。

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1674-6708（2010）21-0121-02