熱軋卷取機(jī)夾送輥表面堆焊修復(fù)技術(shù)

呂艷春

（北京首鋼機(jī)電有限公司遷安機(jī)械修理分公司，河北 遷安 064400）

熱軋卷取機(jī)夾送輥表面堆焊修復(fù)技術(shù)

呂艷春

（北京首鋼機(jī)電有限公司遷安機(jī)械修理分公司，河北 遷安 064400）

對熱軋卷取區(qū)域夾送輥磨損機(jī)理進(jìn)行分析，選擇合理的堆焊材料，并制定相應(yīng)的堆焊修復(fù)工藝，提高夾送輥的在線使用周期，在線試驗表明，不同焊材及焊接工藝對使用壽命有明顯的影響。

夾送輥；表面堆焊；焊接材料；焊接工藝

熱軋帶鋼卷取機(jī)夾送輥及助卷輥是熱軋帶鋼生產(chǎn)線上的重要裝備之一，負(fù)責(zé)導(dǎo)向、夾送軋制好的鋼板，夾送輥及助卷輥輥面質(zhì)量的好壞將直接影響鋼板的質(zhì)量。夾送輥工作溫度約為500～700℃，且要承受很大的壓力，其主要失效形式有粘鋼、凹坑、龜裂等，因此要求夾送輥輥面應(yīng)具有良好的耐熱疲勞性能和耐磨性能。

目前，為了提高夾送輥的使用壽命，較經(jīng)濟(jì)的方法是在在輥面堆焊一層具有特殊性能的材料，形成復(fù)合材料的工程結(jié)構(gòu)，而特殊性能的焊接材料是其中的關(guān)鍵技術(shù)。

一、焊材選用

通過查找相關(guān)資料初步得知，夾送輥在使用過程中出現(xiàn)的粘鋼與軋制工藝、板材種類、輥面硬度等有關(guān)，提高輥面硬度有助于減少粘鋼。在要求堆焊層具有較高的耐磨性和良好的耐熱耐疲勞條件下，堆焊層應(yīng)有一定的Cr、Mo、Ni、V、W等元素。目前國內(nèi)各主要鋼廠和堆焊協(xié)作廠大都采用此類熔敷金屬成分相近的焊接材料作為夾送輥表面堆焊材料，堆焊后夾送輥的使用壽命可以達(dá)到預(yù)期效果，但由于選用的焊接材料優(yōu)劣各異，工藝方案不同，導(dǎo)致部分夾送輥輥面堆焊層存在砂眼、夾渣、硬度不均、疲勞裂紋和粘鋼等缺陷。

對本公司熱軋卷取區(qū)域夾送輥的在線使用情況、軋制鋼種種類以及使用工況等因素進(jìn)行分析，采用不同的焊絲進(jìn)行試驗，對每批次到廠的原材料進(jìn)行工藝評定，初步確定焊絲的成分、硬度的參數(shù)，并摸索堆焊工藝參數(shù)。試驗不同的焊絲成分如表1所示。

表1 堆焊用焊絲化學(xué)成分統(tǒng)計

二、修復(fù)方案的確定

1.夾送輥的構(gòu)造及失效機(jī)理

夾送輥是CSP生產(chǎn)線后部卷取機(jī)械的重要組成部件之一，其作用為在開始卷取時咬入帶鋼，使帶鋼頭部向下彎曲并沿導(dǎo)板方向順利地進(jìn)入卷桶，并建立卷取操作所需的張力。上夾送輥為空心輥焊接結(jié)構(gòu)，下輥為實心。上、下夾送輥均為硬質(zhì)耐磨表面，冷卻方式均為外水冷卻方式。

熱連軋夾送輥承受500℃以上鋼帶高速沖撞和甩尾打擊，而且輥子與鋼帶之間相對速度差時有發(fā)生，因此夾送輥損壞失效行為主要為磨損、粘鋼和局部小塊剝落。其中粘鋼是由于相對速度差引起的粘著磨損。

2.夾送輥的修復(fù)路線及修復(fù)工藝

根據(jù)焊接材料及工藝方法，最終確定工藝路線為：夾送輥粗加工—輥面著色探傷—端面擋邊—預(yù)熱—管狀焊絲堆焊—焊后熱處理—輥面粗加工—輥面著色探傷—輥面精加工—輥面著色探傷—輥面打磨—輥面硬度檢驗—超聲波探傷—動平衡試驗—合裝—裝機(jī)使用。

由于堆焊層厚度高，堆焊層數(shù)多，同時由于堆焊工藝、藥芯焊絲或焊劑本身缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。針對不同的焊接材料，制定一對一的修復(fù)工藝，在試驗過程中嚴(yán)格按照工藝文件執(zhí)行。以其中224焊絲為例，工藝方案如下。

（1）輥面粗加工。根據(jù)圖紙堆焊層技術(shù)要求確定車削尺寸，要求車削尺寸較堆焊層厚度小4～5mm，并對輥身進(jìn)行著色探傷和硬度檢測，確保輥面硬度在35HR C以下，輥身無裂紋等缺陷。

（2）輥子端面擋邊。對輥子端面進(jìn)行擋邊，確保堆焊過程中焊接到邊部。

（3）工件預(yù)熱。以80℃/h的速度升溫至300℃，保溫10h后開始堆焊作業(yè)。

（4）焊接參數(shù)。為了避免硬質(zhì)合金層直接與母材堆焊時出現(xiàn)裂紋問題，先進(jìn)行打底層的堆焊，且堆焊工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，要求焊縫排布均勻，焊接規(guī)范穩(wěn)定。打底層和硬質(zhì)合金層堆焊采用不同的焊接參數(shù)，分別如表2、3所示。

表2 堆焊過渡層焊接參數(shù)

表3 堆焊合金層焊接參數(shù)

（5）焊后熱處理。焊后將輥子隨爐緩冷至100℃以下，以60℃/h的速度升溫至560℃保溫10h，爐冷至80℃以下出爐。

（6）焊后機(jī)加工及檢測。出爐后緩冷至室溫，對輥面進(jìn)行粗加工、精加工、并檢測輥面硬度及輥面狀況，無缺陷后進(jìn)行動平衡試驗。

（7）缺陷的處理。

①裂紋缺陷。

焊接過程中出現(xiàn)裂紋缺陷時，停止堆焊，用角磨機(jī)進(jìn)行打磨后，著色探傷至無缺陷后再次進(jìn)行堆焊；裂紋嚴(yán)重時，應(yīng)退火后對裂紋進(jìn)行車削處理，重新進(jìn)行預(yù)熱及堆焊作業(yè)。裂紋產(chǎn)生原因主要為焊絲成分、焊接溫度、焊接參數(shù)等，針對不同問題制定相應(yīng)的解決措施。

②沙眼、氣孔等缺陷。

每堆焊一層，檢查表面狀態(tài)，存在氣孔、沙眼等缺陷時，用角磨機(jī)對缺陷部位進(jìn)行打磨，直至目測無缺陷后，再采用堆焊機(jī)頭進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

③熱處理后及機(jī)加后出現(xiàn)缺陷。

熱處理后及機(jī)加后出現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷時，采用角磨機(jī)打磨后采用堆焊機(jī)頭補(bǔ)焊處理；機(jī)加工后出現(xiàn)氣孔等缺陷，先用角磨機(jī)打磨，再用T IG進(jìn)行補(bǔ)焊，同時堆焊操作人員要檢查焊劑干燥情況及輥面清潔情況。

為了確保帶鋼表面質(zhì)量，禁止對輥面的缺陷進(jìn)行點焊處理，在精加工后出現(xiàn)的缺陷，需采用堆焊機(jī)進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后進(jìn)行熱處理，熱處理溫度及保溫時間按照補(bǔ)焊的尺寸確定。

3.成分、硬度的檢測

精加工后對輥面的硬度進(jìn)行檢測，沿輥身軸線方向每100mm檢測6個點，并且將輥面旋轉(zhuǎn)180°的對稱位置同樣進(jìn)行硬度的檢測，要求硬度分布均勻。

為了對不同焊絲堆焊的輥子上線使用情況進(jìn)行對比分析，精加工后，采用紅外光譜儀對合金成分進(jìn)行檢測，并記錄檢測結(jié)果如表4所示。

表4 紅外光譜儀對成分的檢測結(jié)果

成分檢測結(jié)果表明，采用224焊絲堆焊后的試塊及夾送輥的成分均與焊絲的標(biāo)準(zhǔn)成分相匹配，且成分檢測結(jié)果偏差在3%以內(nèi)，說明堆焊過程中合金元素成分基本無燒損現(xiàn)象，焊接參數(shù)設(shè)計合理。

4.堆焊層金相組織

采用同種焊絲、按照相同的工藝路線及工藝參數(shù)堆焊一試塊，隨輥子一起進(jìn)行熱處理，機(jī)加工后對金相組織進(jìn)行了查看，如圖1、2所示。

圖1 試塊1堆焊層金相組織X500

圖2 試塊2堆焊層金相組織X500

表5 224焊絲堆焊的上夾送輥上線情況統(tǒng)計

堆焊層中含有一定成分的Cr、Mo、W、V等，與C形成較穩(wěn)定的碳化物。在堆焊過程中，大量溶入基體組織的碳化物起固溶強(qiáng)化作用，回火時Mo、W、V以細(xì)小碳化物的形式彌散析出，起到彌散強(qiáng)化的作用，堆焊層金相組織為回火馬氏體，具有良好的常溫硬度、紅硬性、耐熱疲勞性和耐磨性。由此初步判斷焊絲化學(xué)成分及熱處理工藝設(shè)計合理。

三、上線試驗情況

輥子堆焊完成后，安裝在二熱軋2#卷取機(jī)進(jìn)行上線試驗，每次修磨后對尺寸、成分及硬度進(jìn)行檢測，在上線過程中進(jìn)行跟蹤并做好記錄如表5所示。

上線試驗結(jié)果表明，采用224焊絲堆焊的夾送輥，上線使用過程中未出現(xiàn)粘鋼、輥面麻點（凹坑）問題，且每次上線后的修磨尺寸在1.5～2mm，輥面較其他成分堆焊的夾送輥耐磨性好，使用過程中未出現(xiàn)龜裂問題，確保了帶鋼表面質(zhì)量。

四、結(jié)語

通過反復(fù)的試驗，上線使用效果表明，442-1焊絲堆焊的夾送輥上線使用過程中出現(xiàn)了裂紋問題；552焊絲堆焊的夾送輥上線使用過程中出現(xiàn)了粘鋼的問題，分析原因主要為焊絲中的Cr含量較高（通常控制在7%以內(nèi)較合理）；442-2及225B焊絲堆焊的夾送輥上線使用時輥面銹蝕嚴(yán)重，且嚴(yán)重的銹跡印在帶鋼表面影響帶鋼表面質(zhì)量。

對比結(jié)果表明，采用224焊絲堆焊的夾送輥上線使用效果較好。通過選用合適的焊絲、控制堆焊過程中的工藝參數(shù)、制定合理的熱處理工藝，能夠有效地改善夾送輥使用過程中出現(xiàn)的粘鋼、輥面磨損嚴(yán)重以及輥面麻點（凹坑）等問題，確保了卷取過程中的帶鋼表面質(zhì)量。

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2016-03-14）