摘 要：本文分析了連鑄輥損壞的原因，闡述了采用埋弧自動(dòng)堆焊工藝方法使用藥芯焊絲堆焊連鑄輥的工藝措施，修復(fù)后的連鑄輥能夠滿足現(xiàn)場工況條件的使用要求，達(dá)到了新連鑄輥的質(zhì)量和使用壽命，資源得到了有效的再生利用，從而降低了生產(chǎn)成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

我公司修復(fù)了一批連鑄輥，其直徑為φ160~340mm不等，輥身長度L= 373~626mm不等，母材材質(zhì)為42CrMo，堆焊后輥?zhàn)颖砻嬗捕葹镠Rc43~47，其結(jié)構(gòu)見圖1。連鑄輥是連鑄設(shè)備的關(guān)鍵備件之一，在熱疲勞、氧化、腐蝕、磨損的工況條件下服役，經(jīng)過使用一段時(shí)間后，會出現(xiàn)表面龜裂、裂紋、磨損、彎曲、剝離掉肉、氧化與腐蝕鱗皺等缺陷，而這些缺陷直接影響到板坯質(zhì)量而不能使用需要修復(fù)，因些有必要分析連鑄輥使用過程中的損壞原因，并制訂適宜的連鑄輥的修復(fù)工藝。

1 連鑄輥產(chǎn)生損壞的原因分析

連鑄輥在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生損壞的原因主要有以下四個(gè)方面：

1）連鑄輥在與高溫鑄坯接觸的同時(shí)，受到高壓冷卻水的快速冷卻，承受著反復(fù)高溫急冷、急熱，這樣的冷熱循環(huán)造成嚴(yán)重的冷熱疲勞作用；同時(shí)連鑄輥還受到板坯鼓肚力和靜壓力的交變機(jī)械應(yīng)力作用；當(dāng)連鑄過程中出現(xiàn)滯坯和漏鋼時(shí)，連鑄輥還受到非平衡熱和非平衡應(yīng)力的作用；這些因素的共同作用下，連鑄輥輥面出現(xiàn)不同程度的網(wǎng)狀熱裂紋和彎曲變形。2）輥面與高溫鑄坯接觸，受到高溫氧化、冷卻水和連鑄生產(chǎn)用的保護(hù)渣中的氟離子的腐蝕作用，引起連鑄輥輥面氧化、腐蝕鱗皺脫落，使輥?zhàn)油鈴綔p薄, 導(dǎo)致輥面磨損，甚至導(dǎo)致輥?zhàn)訄?bào)廢。3）原材料質(zhì)量的好壞是造成連鑄輥損壞的原因之一，原材料中非金屬夾雜物含量較多，鍛造不當(dāng)，保留了鑄態(tài)形貌、枝晶間的低熔點(diǎn)夾雜物、化學(xué)成分偏析鑄態(tài)缺陷，調(diào)質(zhì)處理溫度過高或保溫時(shí)間較長，形成魏氏組織，降低低了連鑄輥的力學(xué)性能。4）堆焊材料的質(zhì)量直接影響著連鑄輥的工作質(zhì)量，連鑄輥若采用以碳作為固溶強(qiáng)化元素來提高堆焊層的硬度，由于碳在高溫下（400~900℃）極易與Cr形成Cr23C6金屬間化合物，造成堆焊層尤其是搭接過渡區(qū)出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象，而連鑄輥長期處在高溫潮濕的環(huán)境下工作, 易造成堆焊層晶間貧鉻開裂損壞。

2 連鑄輥的埋弧焊堆焊修復(fù)工藝

考慮連鑄輥處于重載、高溫急冷、急熱、潮濕腐蝕的工況狀態(tài)，根據(jù)本單位現(xiàn)有條件，選擇了埋弧焊自動(dòng)焊的工藝方法進(jìn)行堆焊。

埋弧焊自動(dòng)焊連鑄輥的堆焊修復(fù)過程分三個(gè)部分，即焊前準(zhǔn)備、堆焊、焊后處理及無損檢驗(yàn)，其堆焊修復(fù)的工藝流程如下：

舊輥車削——探傷——預(yù)熱——輥面堆焊——焊后處理——焊后粗車 ——探傷——精加工——檢驗(yàn)入庫

2.1 焊前準(zhǔn)備

2.1.1 舊輥表面清理

為了保證輥?zhàn)佣押笇拥馁|(zhì)量，提高輥?zhàn)佣押感剩诙押盖氨仨殞佔(zhàn)颖砻孢M(jìn)行清理，除去輥身上的油污和鐵銹等雜物。

2.1.2 舊輥堆焊前粗車車削

輥?zhàn)邮褂煤笥捎趪?yán)重的熱磨損、熱疲勞，致使輥?zhàn)颖砻姘纪共黄讲⒂芯W(wǎng)狀龜裂，堆焊前粗車車削就是將各種裂紋和砂眼徹底清理干凈，對于環(huán)裂紋深處，采用局部車削的方法將裂紋清除，對個(gè)別的深孔沙眼，就需用電鉆將沙眼鉆深、擴(kuò)大，再用手工電弧焊補(bǔ)焊。車削量的選擇應(yīng)根據(jù)廢舊輥?zhàn)颖砻娴娜毕萆疃鹊染唧w情況來確定，一般舊輥堆焊前疲勞層至少車削至D-10mm（D為輥身直徑）。

2.1.3 探傷

輥?zhàn)哟旨庸ず笠M(jìn)行探傷，是為了檢查輥?zhàn)佑袩o嚴(yán)重內(nèi)部缺陷，或者是檢查裂紋是否車凈，粗車車削后進(jìn)行探傷是為了最后確認(rèn)要堆焊的輥?zhàn)邮欠窈细瘛?

2.1.4 輥?zhàn)宇A(yù)熱

預(yù)熱是防止堆焊層出現(xiàn)裂紋最有效的措施，當(dāng)輥?zhàn)犹籍?dāng)量大于0.55或者輥?zhàn)又睆酱笥讦?00mm時(shí)，輥?zhàn)佣押盖氨仨氝M(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱目的是減少堆焊層金屬的冷卻速度，使基本金屬在馬氏體相變臨界點(diǎn)以上溫度，可以進(jìn)行比較充分的分解，也就能避免堆焊層金屬馬氏體相變，防止堆焊焊縫區(qū)附近的裂紋產(chǎn)生，另外預(yù)熱可以減少堆焊層液態(tài)金屬的結(jié)晶偏析，增加結(jié)晶的間隔時(shí)間，以減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生，避免堆焊層金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。

預(yù)熱溫度應(yīng)保持在堆焊材料的馬氏體相變Ms點(diǎn)以上，該種連鑄輥的預(yù)熱溫度為150~250℃，為了保證整個(gè)連鑄輥的內(nèi)外溫度均勻，加熱時(shí)把連鑄輥放在埋弧焊機(jī)床上用三爪卡盤夾緊, 帶動(dòng)連鑄輥緩慢均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)，并用加熱器噴管對連鑄輥進(jìn)行緩慢地加熱，直至溫度升到預(yù)熱溫度。在天冷時(shí)，輥?zhàn)釉诙押高^程中未進(jìn)行堆焊工作的一端容易使預(yù)熱溫度迅速降低，為保證必要的預(yù)熱溫度，在未堆焊的一端要繼續(xù)加熱，使其保持預(yù)熱溫度，同時(shí)焊劑要在400℃時(shí)烘干，并保溫2h。

2.2 輥?zhàn)佣押?

輥?zhàn)佣押负笠_(dá)到理想的使用效果，除堆焊材料本身的合金成分外，還與采用合理的堆焊規(guī)范，掌握正確的操作技術(shù)有著密切的關(guān)系。

2.2.1 堆焊材料的選用

根據(jù)連鑄輥使用工況，堆焊材料應(yīng)具備：耐氧化腐蝕性能、耐冷熱疲勞性能、耐磨損性能、耐彎曲變形性能，為此，堆焊材料在700℃時(shí)應(yīng)有高的屈服強(qiáng)度和斷面收縮率，線膨脹系數(shù)要小，Ac1相變點(diǎn)應(yīng)在700℃以上，堆焊層應(yīng)為單一金相組織，并具有高的高溫硬度。對于不同工作位置的連鑄輥采用不同的堆焊材料，如結(jié)晶器足輥采用Ni基高溫合金，弧形段二冷輥采用1Cr13系高Ni不銹鋼材料，矯直段采用1Cr13系低Ni不銹鋼材料。目前藥芯焊絲的成分主要是以1Cr13系為主, 通過加入適量的Ni、Mo、W、V、N 等高溫強(qiáng)化合金元素，增加稀土元素等來細(xì)化晶粒，改進(jìn)堆焊層的性能。

連鑄輥堆焊為多層多道堆焊，本次矯直段連鑄輥堆焊分三層，第一層即過渡層選用藥芯焊絲YS430配HJ260 焊劑施焊，第二層、第三層即蓋面層用藥芯焊絲YS414S或YS414N（以N作為固溶強(qiáng)化元素，避免形成Cr23C6）并配HJ260焊劑施焊，第二層、第三層的堆焊必須確保輥?zhàn)釉诩庸ね旰蠖押笇拥暮穸炔恍∮?.5mm。

2.2.2 堆焊規(guī)范

連鑄輥采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行堆焊, 我們采用“低電流、低電壓、薄層多次堆焊”的方法，經(jīng)過多次的實(shí)用試驗(yàn)證明，采用這樣的操作方法，對減少焊絲合金成分的燒損，防止堆焊層氣孔、裂縫產(chǎn)生，提高堆焊層的質(zhì)量是比較有效的。

連鑄輥埋弧自動(dòng)堆焊的堆焊規(guī)范的選擇，見附表。

2.2.3 堆焊中的操作技術(shù)

堆焊時(shí)輥?zhàn)又行捻旤c(diǎn)與焊絲的位置及焊絲傾斜角度

由于堆焊的輥?zhàn)邮菆@柱體的，轉(zhuǎn)動(dòng)使熔渣和熔融的液體金屬要向前流, 為了防止液態(tài)金屬和熔化的焊劑流失, 延長熔渣冷卻凝固時(shí)間，便于除渣，需要焊絲從輥?zhàn)又行捻旤c(diǎn)向后移動(dòng)輥?zhàn)又睆降?%左右的距離S，軸類工件一般都采用前傾位置法堆焊，堆焊時(shí)焊絲與輥?zhàn)又行木€的夾角即前傾角α, α通常取5°左右，堆焊試調(diào)時(shí)，可視焊縫成形狀況適當(dāng)調(diào)整，焊絲與輥?zhàn)又行捻旤c(diǎn)距離及焊絲前傾角度見圖2。另外，為了保證起弧和收弧處的堆焊質(zhì)量，防止熔渣、熔融的液體金屬在連鑄輥兩側(cè)外流，在其兩側(cè)用厚4mm 寬30~40mm的扁鋼作引弧環(huán)和熄弧環(huán), 一般低于輥面3~5mm。

堆焊時(shí)，應(yīng)注意焊接順序與方向, 第一層時(shí)自左向右堆焊，第二層則自右向左堆焊，第三層與第一層方向相同，以后各層依次類推。

2.3 焊后處理及無損檢驗(yàn)

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，堆焊完連鑄輥應(yīng)先保溫緩冷，然后再裝入加熱爐中進(jìn)行回火處理，具體工藝是：升溫至500℃，升溫速度保持100℃/h, 保溫5h后隨爐冷卻至150℃時(shí)出爐，冷卻到室溫后檢查硬度達(dá)到HRC43~47，能夠滿足圖紙技術(shù)要求。

將回火處理后的連鑄輥粗車，用肉眼檢查堆焊金屬表面有無氣孔、裂紋和夾渣等缺陷，其缺陷判定符合GB 3323-2005《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》中的I級標(biāo)準(zhǔn)，然后用超聲波探傷儀檢查輥身內(nèi)部是否有焊接缺陷存在，其缺陷判定符合GB/T 13316-1991《鑄鋼軋輥超聲波探傷方法》中的B級標(biāo)準(zhǔn)，并重新復(fù)查輥面硬度，硬度值符合要求且無缺陷則可根據(jù)圖紙進(jìn)行精加工，若有缺陷則需把缺陷車削掉重新堆焊。

3 結(jié)束語

利用上述埋弧自動(dòng)焊堆焊工藝修復(fù)后的連鑄輥經(jīng)過現(xiàn)場使用后，修復(fù)后的連鑄輥能夠滿足現(xiàn)場工況條件的使用要求，達(dá)到了新連鑄輥的質(zhì)量和使用壽命，舊輥的資源得到了有效的再生利用，從而降低了生產(chǎn)成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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