万能轧机中间牌坊堆焊修复

彭明亮，程守宝，毕延平，李玉文，公茂秀

（1莱芜钢铁股份有限公司 型钢厂，山东 莱芜271104；2莱芜市尚德工贸有限公司，山东 莱芜271104；3山东省冶金科学研究院，山东 济南250014）

万能轧机中间牌坊堆焊修复

彭明亮1，程守宝1，毕延平1，李玉文2，公茂秀3

（1莱芜钢铁股份有限公司 型钢厂，山东 莱芜271104；2莱芜市尚德工贸有限公司，山东 莱芜271104；3山东省冶金科学研究院，山东 济南250014）

莱钢型钢厂中型生产线万能轧机中间牌坊已使用10 a以上，各工作面都已严重磨损，对轧件质量造成较大影响。采用了先堆焊后机械加工的方法，去除磨损面疲劳层后对修复面进行堆焊，用大型镗铣床将堆焊后的部位加工至图纸尺寸，最后对失效的螺栓孔进行修复。修复后的中间牌坊恢复到原设计尺寸精度，提高了牌坊的使用寿命。

万能轧机；中间牌坊；堆焊修复；焊条

1 前言

莱钢型钢厂中型生产线精轧机组包括5架万能轧机和2架轧边机。万能轧机由4个水平辊轴承座、2个立辊轴承座、中间牌坊及预应力装置组成，立辊轴承座安装在中间牌坊内。中间牌坊是万能轧机的重要组成部分，中间牌坊的精度变化对轧件的产品质量影响较大。中型生产线万能轧机中间牌坊共12件，均已使用10 a以上，由于长期承载轧件的冲击负荷，滑板基面、夹持板基面、马蹄形垫块基面、牌坊与轴承座接触平面都已严重磨损。牌坊基面的磨损致使滑板变形、立辊轴承座跳动量加大，对轧件的尺寸精度及轧制成材率造成了较大的影响。为保证轧件质量，对中间牌坊进行精度修复。

2 中间牌坊主要失效位置及情况

主要失效部位及失效状态：

1）中间牌坊导卫托架安装基面磨损，共2个面，粗测磨损量3～5mm；安装螺栓孔（M24）磨损，螺栓孔呈椭圆形，共8个孔，部分螺栓剪断。

2）立辊轴承座下滑板基面磨损，共4个面，粗测磨损量3～5mm，滑板基面靠近轧件的一侧磨损较重，另一侧磨损较轻，整个滑板基面呈斜坡状；安装螺栓孔（M12）磨损，共36个孔，部分螺栓剪断；滑板定位销孔磨损。

3）立辊轴承座侧滑板基面磨损，共8个面，粗测磨损量2～3mm；安装螺栓孔（M12）磨损，共64个孔，部分螺栓剪断；滑板定位销孔磨损。

4）立辊轴承座上滑板基面磨损，共8个面，粗测磨损量2～3mm；安装螺栓孔（M12）磨损，共32个孔，部分螺栓剪断；滑板定位销孔磨损。

5）中间牌坊夹持板基面磨损，粗测磨损量2～3mm，共2个面；安装螺栓孔（M64）磨损，共4个孔。

6）中间牌坊马蹄形垫块基面磨损，粗测磨损量2～3mm，共8个面；定位销孔（φ20）磨损，共8个孔。

7）中间牌坊与水平辊轴承座接触基面磨损，粗测磨损量1.5～2mm，共8个面。

3 中间牌坊修复技术

3.1 堆焊部位的清理

首先用清洗液对修复部位进行全面的清洗，清除表面的油污杂质；然后用角向磨光机磨去铁锈；再用氧乙炔焰清理金属内油污，用600～700℃中性焰烧至无烟为止［1］，彻底清理堆焊部位。

3.2 定基准、测量磨损量

中间牌坊的设计基准经过10多年的使用及锈蚀已不准确，必须重新选定基准。中间牌坊WS侧及DS侧各有2组蜗轮蜗杆，由于蜗轮蜗杆极少拆装，经测量其安装孔尺寸仍在图纸公差范围内，可以作为中间牌坊修复的基准。各基面磨损量的测量用水平尺、深度尺等测量工具依据基准选取面进行测量，根据实际测量数据确定磨损量。

3.3 去除疲劳层

用大型镗铣床或大型刨铣床将表面失效的疲劳层去除0.3～0.5mm，疲劳层去除后重新进行测量，确定焊接量及焊接的面积。

3.4 堆焊修复

1）堆焊方法。由于现场操作空间狭小，决定采用手工电弧堆焊方法对中间牌坊进行修复。手工电弧焊操作灵活方便，焊接质量安全可靠，能够满足生产工艺要求。

2）焊条选择。中间牌坊的材质为ZG35，可焊接性较差，对焊接质量要求较高。为保证中间牌坊滑板基面等工作表面有足够的使用寿命，牌坊堆焊表面应达到如下要求：有足够的强度、塑性和冲击韧性，不产生淬硬组织裂纹等缺陷，堆焊层具有与基体金属相似的工艺性能，经过热处理可达到原设计要求。因此，采取必要的工艺措施及选择适宜的堆焊焊条非常关键。按“等强度”原则，选择适当的焊接材料进行堆焊。

①过渡层焊条［2］：选用HAD-1型低氢钠型药皮的特种不锈钢焊条，焊接过渡层主要含Gr、Ni、RE等合金元素，焊层组织为奥氏体+铁素体。此焊条堆焊工艺良好，堆焊中间牌坊的基体面作为过渡层可消除堆焊应力，缓和轧机轧制过程的冲击载荷，达到良好过渡。

②工作层焊条［2］：由于中间牌坊在轧制过程中承受较强的轧制载荷及冲击载荷，焊接金属不仅要保证足够的抗拉强度和屈服强度，而且对冲击韧性及塑性亦有较高的要求。因此，工作层选用有优良塑性及韧性的低氢型焊条。D397型低氢钠型药皮的铬锰钼堆焊焊条用于中间牌坊工作层焊接，采用直流反接，具有耐金属间磨损及磨粒磨损性能，堆焊层硬度焊后回火可达HRC 32～37。

3）预热。将堆焊处用均匀预热方式进行预热，预热温度260℃，预热时间1～1.5 h，消除应力，这是为避免焊接时出现冷裂纹采取的必要的工艺措施，防止堆焊后焊缝连接边缘区形成魏氏体组织［1］。

4）焊条烘干。焊条烘干工艺为260 ℃×2 h［2］。

5）堆焊。中间牌坊材质为ZG35，由于铸钢晶粒粗大，常出现特有的魏氏体组织，使钢材基体塑性和韧性大大下降。由于以上因素，手工电弧堆焊母材近缝区容易产生低塑性淬硬组织，过渡层堆焊时应采用小电流、慢焊速，以减少母材的熔深，但必须注意将母材熔透，避免产生夹渣及未熔合等现象。采用连续堆焊方法，堆焊从磨损区域中间开始。在中间区域引弧后，迅速形成熔池，当达到一定温度时，采用短弧排焊方法，使焊层形成排列阵。磨损表面堆焊至4～9mm，高出工作层，留出机械加工余量。堆焊过程中，如发现气孔、夹渣等缺陷应及时处理，母材与堆焊层有裂纹应及时处理，不应在堆焊冷却后再补焊。堆焊完毕，采取堆焊层保温。用回火方法，采用氧乙炔焰进行堆焊层加热，加热温度为350～450℃，以达到消除堆焊层内应力、降低脆性、防止产生堆焊层裂纹的目的［1］。

3.5 焊后机械加工

堆焊层检验合格后，用大型镗铣床对各焊接面进行机械加工。加工面的表面粗糙度为3.2 μm，不平度允差为50 μm/400mm，中间牌坊水平基准面与垂直基准面的垂直度公差为0.1mm［3］。机加工过程中，用百分表及时检测牌坊加工面的尺寸公差及形位公差。

3.6 失效螺栓孔修复

首先按照图纸所示对螺栓孔重新定位划线。对失效螺栓孔进行清理，去除内部的杂质、污渍、油迹等；对失效螺栓孔进行焊补并重新钻孔；对钻好的螺纹孔攻丝，攻丝过程中注意丝锥要与基准面垂直。

4 结论

经过堆焊修复的中间牌坊基面尺寸精度和硬度都达到了图纸设计精度要求，工作层与母材金属熔合良好，投入使用后运行正常，预计能使用5 a左右，满足了现场轧钢工艺要求。中间牌坊工作接触面磨损采用堆焊修复工艺，尺寸精度易于控制，而且大大提高了接触工作面耐磨系数和使用寿命，提高了轧件的尺寸精度，保证了设备正常运行。中型生产线共有12件中间牌坊，目前正在陆续修复。待全部修复后，能够节约备件采购费用397.8万元。

［1］ 焊工手册编写小组.焊工手册［M］.北京：机械工业出版社，1984.

［2］ 张子荣，时炜.简明焊接材料选用手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［3］ 机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

TG333.13

B

1004-4620（2011）04-0072-02

2011-03-29

彭明亮，男，1969年生，1994年毕业于包头钢铁学院机械设计与制造专业。现为莱钢型钢厂高级工程师，从事机械设备管理工作。