连铸辊修复技术分析

卞广民

舞钢三和盛机械制造建造安装有限责任公司,河南舞钢 462500

连铸辊修复技术分析

卞广民

舞钢三和盛机械制造建造安装有限责任公司,河南舞钢 462500

连铸辊作为连铸设备的核心部件，其质量、强度和使用寿命对连铸设备的作业率有很大的影响。修复后的连铸辊，比新制造的辊子的使用寿命、高温强度、耐磨性都有明显的提高。本文从连铸辊损坏的原因入手，阐述了连铸辊修复技术的重要性，然后又介绍了连铸辊常用的几种修复方法，最后重点介绍了连铸辊修复中常用的堆焊修复工艺。

连铸辊；堆焊；明弧焊；修复技术

0 引言

我国连铸技术的发展虽然起步比较晚，但是发展的速度比较快，近十几年来连铸技术及装备方面的研究更是取得了突破性进展，目前我国连铸技术的水平己达到世界主要产钢国连铸的水平。

连铸辊作为连铸设备的核心部件，其质量、强度和使用寿命对连铸设备的作业率有很大的影响。根据相关研究，修复后的连铸辊，比新制造的辊子使用寿命提高2～3倍，同时其高温强度、耐磨性也可以得到明显程度的提高。从对钢铁企业的调查及有关资料显示，如果对连铸辊不采用修复技术，平均每台机组每年消耗辊子的费用就需要数百万元以上，因此对连铸辊的修复技术进行分析研究具有非常重要的现实意义。

1 连铸辊损坏原因分析

根据国内外有多家研究机构对连铸辊的失效形式进行的分析可知，连铸辊损坏的主要的原因主要有以下3个方面：

1）热疲劳损坏

热疲劳损坏是造成连铸辊损坏的主要的原因之一，其主要起因是工作状态的辊子表面环向温度分布不均匀，例如，有时候辊子表面和辊子内部的温差高达300℃，由此在辊子表面及内部产生了非轴对称、周期性变化、不均匀分布的热应力。连铸辊在机械应力和热应力的共同作用下就是产生热疲劳损坏。

2）原材料

原材料的好坏是决定连铸辊质量最直接最关键的因素，也是造成连铸辊损坏的主要原因。有时候选择的原材料在常温下虽然有很好的屈服强度，但是在高温情况下屈服强度急剧下降，抗热疲劳裂纹性能严重不足，这就会直接导致连铸辊热疲劳损坏。

3）磨损

造成辊子磨损的直接原因是高温潮湿环境下，表面易发生氧化腐蚀脱落，使辊子外径减薄，导致辊子报废。

2 连铸辊常用修复方法介绍

针对连铸辊损坏的几种原因，本文重要介绍连铸辊常用的3种修复方法。

2.1 堆焊修复方法

堆焊作为一种经济有效的表面改性方法是现代材料加工与制造业不可缺少的工艺手段。为了最大限度地发挥堆焊技术的优越性，优质、高效、低稀释率历来是国内外堆焊技术的重要研究方向。在实际使用过程中，连铸辊堆焊工艺又可以分为3种，即丝极埋弧焊、带极埋弧焊和明弧焊。

2.2 喷涂修复

喷涂是一种表面强化技术。它采用电弧、等离子弧、燃气等形式的热源，将被喷涂的涂层材料熔化或半熔化，并在气流的作用下，使之雾化成微细的熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的基体表面，形成具有某种功能的涂层。由于各种机械零件的使用工况不同，因而零件磨损的形式也是十分复杂的。为了适应各种使用要求，需要有各种喷涂设备，并通过不同的工艺来实现。美国的METCO公司在涂层应用指南中将涂层分为耐磨损、耐高温和氧化、防腐蚀涂层、导电涂层或绝缘涂层、恢复尺寸涂层、间隙控制涂层等等，根据不同的涂层种类，采用不同的设备、材料、工艺方法进行修复。

热喷涂(焊)技术的缺点：1）对于薄壁或较小的工件喷涂存在热变形现象；2）喷涂小孔、深孔存在一定困难；3）对于某些工艺而言，喷涂层与堆焊层相比，喷涂层与基体的结合强度较低，不能承受冲击。除了塑料粉末火焰喷涂和喷锌外，其它金属和陶瓷涂层有少量针孔，用于防腐涂层，需要封孔处理；4）喷涂操作的粉尘飞散在空间，对人体有害。因此，工作时要穿戴好防护服，还需要适当的通风设备。而且由于连铸辊修复需要恢复的尺寸较大，所以在连铸辊修复的实际生产中，往往选择堆焊的方法对连铸辊进行修复。

2.3 其它连铸辊修复方法

目前，有些企业采用削减辊子直径的方法，将连铸辊表面的裂纹加工掉，改成其它尺寸的辊子，重新上线使用。复合辊套法在型钢、钢管轧机的轧辊修复中己有成功的应用。采用离心浇铸修复回转件有许多成功的范例。因连铸辊工作环境的特殊性，任何材料均难以抗拒裂纹的产生。因此，在从各外部因素来严格控制裂纹的产生和扩展的同时，采用修复来提高其再生寿命是目前唯一可做的事情。辊子修复生产工作做的好，不仅提高了使用寿命，还可以大大地节省维修费用和停机时间。

3 堆焊修复技术介绍

下面将详细介绍在我国普遍采用的奥钢联连铸辊堆焊修复技术。连铸辊堆焊修复工艺简单的说就是对磨损下线的连铸辊，由焊接专业工程师根据奥钢联技术制定具体得堆焊工艺，然后由有专业操作资格的电焊工对其进行WLDC3M2L合金的堆焊，最后按照图纸尺寸及精度要求进行加工。本文将从焊接前的准备、堆焊、焊后处理、无损检测和检验5个方面对连铸辊的堆焊修复过程进行介绍。

3.1 焊前准备

焊接前进行加工，目的是将连铸辊工作表面上的裂纹、龟裂全部车削掉。原则是消除旧连铸辊表面的任何缺陷，然后除去辊身上的油污和铁锈。探伤，是检测加工后的连铸辊是否合格。预热，是把没有缺陷的连铸辊放到堆焊机床上，用三爪卡盘夹紧，开动电机使连铸辊缓慢转动，同时用火管对其进行加热，为保证整个连铸辊的内外温度均匀，加热必须缓慢，直至温度升至350℃。

3.2 堆焊

堆焊材料的选择，根据连铸辊的材质的不同，选择相应的过渡层和合金层材料。连铸辊堆焊修复采用的是明弧焊堆焊。

堆焊目的首先满足材料表面的硬度、耐磨性 、抗 热疲劳性能满足现场工况的使用要求。其次给辊子表面留出加工余量。焊接后达到的硬度为：44～50 HRC(每个测量点三次测量的平均值 )。辊套修复焊接步骤：将旧辊套 4mm的埋弧焊堆焊层完全加工掉 ，然后再用明弧焊焊丝进行打底焊接，在打底焊接焊完以后再进行表面工作层的堆焊，堆焊到要求尺寸以上，留加工余量。

为了保证连铸辊堆焊焊接工作过程在受控状态下进行，根据法规和安全技术规范的要求，压力容器焊接人员、焊接材料、焊接工艺、产品施焊、焊接设备、焊缝返修和施焊记录等都应该做到严格管理和控制。

1）焊接人员。作为连铸辊堆焊的焊接人员，必须取得相应特种设备作业人员焊接资格后，才能在有效期内担任相应合格项目范围内的焊接工作，严禁无证施焊和超项施焊。焊接人员在施焊时还应该严格按照焊接工艺指导书进行。

2）焊接材料。焊接材料首先要满足国家或行业标准，其次要按照相关规范、标准的要求进行验收、入库和使用。

3）焊接工艺。焊接工艺文件作为指导焊工的关键文件，首先要根据连铸辊堆焊图样的技术要求、焊接规程及焊接工艺评定，制订详细正确的焊接工艺指导书。

4）产品施焊。连铸辊堆焊的焊接环境、焊接过程和焊接检验都要按照焊接工艺守则和焊接工艺卡的规定执行。堆焊过渡层时，要先对连铸辊进行预热，预热温度视母体材料而定，熔敷堆焊层时，为了能获得均匀磨损的堆焊层，必须选择适当的预热温度，使堆焊材料在冷却过程中不发生马氏体转变，以防下一焊道对前一焊道回火，造成硬度的不均匀。直径较大的连铸辊，预热时间要长一些，堆焊过程要连续，中间不停顿，否则容易形成缺陷。焊缝搭接一般可取50%，使堆焊表面光滑，堆焊完成后，应及时做消除应力处理。

5）焊接设备。所有与焊接有关的设备应由专人管理，设备上的电流表、电压表按规定检定附上合格标签，并在有效期内使用。

6）焊缝返修。焊接接头无损检测出现超标缺陷时，应当分析缺陷产生的原因，制定相应的返修或者补焊方案。一次焊缝返修经焊接责任师审批，二次以上焊缝返修由焊接责任师提出，报质保工程师审批。返修操作要严格按照返修工艺规定执行，返修后，应按照原检验要求重新检验检测。

7）施焊记录。焊接现场施焊记录也是连铸辊堆焊过程中的一个影响质量的重要因素，施焊记录应该真实全面的反映出现场施焊的状况。例如，每条焊缝所使用的焊材、焊接设备及电特性、焊材烘烤的情况、焊接工艺参数、预热、后热等状况。

3.3 焊后处理

为了消除堆焊过程中产生的内应力，防止冷却过程中产生裂纹，应及时进行缓冷处理，这样方可保证焊接材料的物理性能。根据降温要求可采用不同的保温方法，现场如无更好的保温措施，堆焊完的连铸辊，要立即用石棉布包裹，使之缓慢冷却。将缓慢冷却后的连铸辊进行粗加工，用肉眼检查一下表面是否有裂纹、气孔等焊接缺陷，然后探伤仪检测辊子是否有焊接缺陷的存在。若无缺陷，检验合格入库；若有缺陷，则需把缺陷加工掉后重新堆焊。

3.4 无损检测

无损检测作为保证连铸辊质量的一种重要检测手段，无损检测人员必须有本单位的人员经过培训、考核，通过考试取得相应特种设备作业人员检测资格证后才能从事相应项目的无损检测工作。

在进行无损检测前，无损检测人员要先按照无损检测工艺和技术图纸制定检测方案。在进行检测时，要做好检测条件参数和质量情况的原始记录，检测完毕之后，由取得相应资格的人填写检测报告。

无损检测结果显示需要返修的，由检测人员出具返修通知单并交委托单位进行返修。

3.5 检验

经过堆焊修复的连铸辊，辊子表面不得存在裂纹、夹渣、气孔和缺肉等缺陷;辊子表面不得存在软硬不均现象，辊子硬度为HRC42-50，同一根辊子上面，硬度差为正负2；辊子加工精度应符合图纸要求；辊子上线使用后，第一个使用周期正常下线时质量应达到下列要求：辊子表面堆焊层不得出现剥离现象，辊子表面不存在明显软硬不均现象以及辊子不能发生断裂。

3.6 交付使用

连铸辊修复后，在交付使用的同时，要同时提供焊接后热处理工艺及工艺曲线、硬度测试报告及成品超声波探伤报告以及堆焊材料材质抽检报告等技术文件。同时，要根据图纸和技术要求进行验收，加工后辊子进行保护性包装，涂好防护油，在运输及装卸时避免磕碰、划伤。

4 结论

连铸辊作为连铸设备顺利生产的关键部件，其高温下可以承受的强度和使用寿命直接影响着连铸设备的作业率、铸坯的质量和炼钢企业的生产成本，因此如何提高连铸辊的强度和使用寿命一直受到业内人士的重视。近年来随着科技的不断发展，新材料、新工艺不断出现，我国连铸辊的质量得到了很大程度的提高，基本上可以满足企业生产的需要。本文从连铸辊修复生产过程的性质和特点出发，介绍了连铸辊修复的几种基本方法，最后又重点介绍了连铸辊堆焊修复技术的具体修复过程。

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1674-6708（2010）21-0121-02