郭太平

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

某單位3CrMoV材質(zhì)的軋輥輥芯在使用過(guò)程中受到損傷，需要修復(fù)后才能正常使用，我公司承接了該輥芯的修復(fù)工作，并成功修復(fù)了該輥芯。

1 堆焊工藝研究

1.1 輥芯的焊接性分析

需要修復(fù)的軋輥輥芯材料為3CrMoV，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，該輥芯屬于低合金鋼，碳當(dāng)量為1.337，達(dá)到Q345R材料碳當(dāng)量(碳當(dāng)量約為0.43)的三倍。焊接過(guò)程中，隨著碳當(dāng)量的增加，冷裂紋敏感性增大。且該材料中含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較為敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對(duì)氫致裂紋敏感性較大。

表1 3CrMoV輥芯化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

為了降低輥芯在堆焊過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，防止輥芯開(kāi)裂，結(jié)合材料的碳當(dāng)量及合金含量情況，確定堆焊時(shí)的最低預(yù)熱溫度為250℃。

1.2 堆焊方法的選擇

按照當(dāng)前工件尺寸，該軋輥輥芯兩端的圓弧面實(shí)際純金屬缺量約50 kg，可采用氬弧焊、焊條電弧焊和埋弧焊三種方法進(jìn)行堆焊。氬弧焊和焊條電弧焊均存在焊接效率低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足產(chǎn)品交貨期要求。埋弧焊在普通平板或?qū)雍缚p的焊接中具有焊接質(zhì)量好、效率高、周期短等優(yōu)勢(shì)，但在小直徑的輥芯外表面進(jìn)行堆焊，還是首次進(jìn)行，需要對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行研究。

為提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品交貨期，我們選擇埋弧焊堆焊的方式進(jìn)行輥芯堆焊。

1.3 堆焊焊材的選擇

根據(jù)輥芯使用情況，軋輥輥芯兩端的圓弧面是軋輥的裝配配合面，對(duì)尺寸要求很高，在實(shí)際使用過(guò)程中受力不大。

為降低焊接難度，減小堆焊過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，在得到用戶認(rèn)可的前提下，選擇焊接性較好的埋弧焊絲CHW-S3，?4.0 mm，匹配焊劑CHF431進(jìn)行堆焊。

1.4 試驗(yàn)件堆焊

為掌握3CrMoV材料的堆焊性，結(jié)合實(shí)際余料情況選用比實(shí)際產(chǎn)品外直徑小的實(shí)芯圓棒作為試驗(yàn)件，該試驗(yàn)件待堆焊部位的外直徑為?350 mm。將試驗(yàn)件裝配固定在5T變位器上，用天然氣加熱的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)件整體預(yù)熱≥250℃，達(dá)到溫度后再繼續(xù)加熱30 min，使實(shí)驗(yàn)件整體溫度均勻。預(yù)熱溫度達(dá)到要求后，按表2中的參數(shù)進(jìn)行焊接。

表2 埋弧焊規(guī)范參數(shù)

由于試驗(yàn)件堆焊部位的外徑很小，第一次堆焊過(guò)程中導(dǎo)致焊接熔池中金屬不斷往外流淌，焊縫無(wú)法成形，堆焊的焊縫見(jiàn)圖1(a)。

經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，試驗(yàn)件堆焊焊縫無(wú)法成形主要是由于堆焊部位的外徑過(guò)小，焊絲熔化形成的熔池來(lái)不及凝固就已旋轉(zhuǎn)到側(cè)面，金屬在重力的作用下往下流動(dòng)，形成了圖1(a)中的焊縫形狀。

圖1 堆焊試驗(yàn)件

為了解決焊縫成形差的問(wèn)題，需要在堆焊時(shí)增加40～50 mm的偏心量，使熔池有凝固時(shí)間，按照這個(gè)要求進(jìn)行了第二次試驗(yàn)。本次堆焊焊縫成形質(zhì)量較好，基本滿足焊縫要求，見(jiàn)圖1(b)。

在第三次堆焊試驗(yàn)中，對(duì)偏心量進(jìn)行了微量調(diào)整，偏心量在55 mm時(shí)堆焊成形表面質(zhì)量最好，堆焊區(qū)域及母材均沒(méi)有出現(xiàn)裂紋，如圖2所示。

圖2 第三次堆焊后的試驗(yàn)件

2 輥芯堆焊

本次進(jìn)行堆焊的軋輥輥芯長(zhǎng)度8560 mm，輥面?1310.5 mm，材料為3CrMoV。

2.1 堆焊范圍的控制

為保證堆焊后滿足加工要求，堆焊前分別在工件兩端需堆焊部位劃出堆焊邊界線和檢查線。

2.2 預(yù)熱方式的選擇

軋輥輥芯整體重量約66 t，軋輥輥芯兩端的圓弧面需要進(jìn)行堆焊，而圓弧面兩端的區(qū)域均為精加工面，在整個(gè)堆焊和加工過(guò)程中不允許有任何損傷，也不能有任何塑性變形。根據(jù)試驗(yàn)件的堆焊情況，輥芯堆焊前的預(yù)熱溫度需要≥250℃，以降低堆焊時(shí)出現(xiàn)裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)輥芯進(jìn)行整體預(yù)熱，減小輥芯變形。

通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)紅外電加熱、整體爐內(nèi)加熱、天然氣加熱三種方案的比較，最終選擇了操作簡(jiǎn)單快捷的天然氣加熱方案。為了克服天然氣加熱溫度不均勻的缺點(diǎn)，根據(jù)試驗(yàn)件堆焊情況，制作了專用排管加熱工裝，對(duì)輥芯整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加熱；同時(shí)，為了提高焊接區(qū)域的預(yù)熱速度，從另一側(cè)面分別用專用加熱噴頭對(duì)待堆焊面輔助加熱。加熱過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量輥芯溫度，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整加熱火焰的大小，以達(dá)到均勻的預(yù)熱效果，見(jiàn)圖3(a)。

圖3 堆焊的輥芯

2.3 堆焊

根據(jù)試驗(yàn)件堆焊情況，此次堆焊工件直徑達(dá)?1000 mm，設(shè)置偏心量為80～90 mm。堆焊過(guò)程中，為減小輥芯的熱量散失，在輥芯圓弧面以外的區(qū)域覆蓋保溫棉進(jìn)行保溫。同時(shí)，在焊接過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量溫度≥250℃，觀察焊道成形情況，并及時(shí)清理焊渣。堆焊過(guò)程中制作了簡(jiǎn)易的工裝，實(shí)現(xiàn)了圓弧面?zhèn)让娴穆窕『付押福?jiàn)圖3(b)。焊接完成后立即進(jìn)行300～350℃，4 h的消氫處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

此次采用埋弧焊堆焊完成的輥芯，機(jī)加后的圓弧面經(jīng)PT檢測(cè)，堆焊部位無(wú)任何缺陷，質(zhì)量滿足產(chǎn)品要求。與傳統(tǒng)的氬弧焊、焊條電弧焊堆焊相比，既保證了堆焊層的質(zhì)量，又提高了堆焊效率，滿足了產(chǎn)品修復(fù)周期要求。