热轧支撑辊的堆焊再制造技术

田宗伟

摘 要：通过对本钢热连轧1700轧机支撑辊材质、使用及失效情况分析，合理选用埋弧自动堆焊金属材料，制定焊接工艺及热处理工艺，有效地修复了1700轧机支撑辊。堆焊修复后，各主要指标符合上机标准。轧制使用后跟踪检测，比较同型号锻钢轧辊，该辊磨损量、磨削量略小。

关键词：支撑辊堆焊焊接工艺

1.前言

支撑辊主要是用来传递压力，是热轧机中重要部件，工作时其与热轧机工作辊相接触，以防止工作辊在轧制钢坯时发生挠曲变形，从而影响轧制出来的产品质量，其工作压力高达2000t。作为热轧机的重要部件，由于生产条件恶劣，需要频繁更换。以本钢热连轧厂为例，其支撑辊的常见失效形式有裂纹、剥落、磨损等，大量生产实际表明支撑辊主要消耗部分是在轧辊表面的工作层，重量约占轧辊总重的10%左右，如果仅仅因为轧辊表面工作层的失效而更换昂贵的新支撑辊，对轧钢厂来说是较为沉重的负担，本文通过对于本钢热连轧1700mm支撑辊使用状况的分析，合理选择焊材，利用现有设备，制定一套焊接工艺，实现了热轧支撑辊的辊身整体堆焊，并成功上机试轧。

2.工艺流程

焊接前预处理→焊前预热→堆焊再制造→焊后热处理→无损检测→机械加工→出厂

2.1焊接前预处理

待堆焊辊坯均为热轧机报废下机辊，由于轧制时工作条件恶劣，轧辊下机状态不明，因此在进行对焊前必须对轧辊进行预处理，以保证后续工序的顺利进行。首先对辊面进行除锈处理，并进行全方位探伤，进行修复可行性评估。采用半精车的加工方式除去可用轧辊工作疲劳层。有缺陷部位，将缺陷完全加工去除，并对缺陷较深部位边缘加工坡口。车削加工后，辊面直径应在保证除去疲劳层及所有缺陷前提下，最大限度的接近于原始直径，并预留打底层和过渡层的厚度。

车削加工完成后，对辊面进行着色探伤或磁粉探伤，依据探伤结果除去表面微裂纹，并再次进行超声波探伤。保证焊接部位无缺陷后进行下步作业。

2.2焊装引弧环

辊坯进行焊接预热之前，应在辊身的两端焊装引弧环（挡圈）。引弧环为焊接式，采用Q235钢板（厚度≥焊接最大熔深）制作而成，环焊在辊身两侧。引弧环的主要作用为承托焊剂，保证堆焊时熔渣不发生流淌，并保证在辊身两侧可以得到良好的堆焊形状。

3堆焊材料

3.1焊丝合金系统的选择：

本文堆焊再制造支撑辊成分见表1。热轧支承辊的碳当量较高，堆焊时母材热影响区的淬硬倾向及焊接裂纹敏感性较大，可堆焊性较差，同时堆焊层厚度一般均在30mm以上，堆焊时的焊接应力较高。因此，在堆焊工作层前需先堆焊打底层及过渡层。过渡层材料为低碳低合金钢，要求强韧兼备，硬度适中，堆焊层及与母材结合面无裂纹等缺陷，与母材及工作层均能良好结合，并在二者之间起到过渡缓冲作用，从而确保大厚度工作层堆焊的顺利进行。对工作层材料的要求是堆焊层无超标工艺缺陷、耐磨性好、屈服强度高并有一定强韧性;经焊后去应力回火，硬度满足技术条件要求。两种堆焊焊丝的典型成分见表2。

4焊接工艺设计

4.1预热温度和层间温度的确定

为了降低堆焊过程中堆焊金属及热影响区的冷却速度，降低淬硬倾向并减少焊接应力，防止母材和堆焊金属在堆焊过程中发生相变导致裂纹产生，堆焊前需要对支撑辊进行预热。

预热温度的确定需依据母材以及堆焊材料的碳含量和合金含量而定，参考经验公式：

T（oF）=1020-630（%C）-72（%Mn）-63（%Si）-36（%V）-36（%Cr）-3l（%Ni）-18（%Cu）-18（%Mo）-9（%W）+27（%Co）+54（%Al）

其中℃=5/9（oF-32）。

考虑到热轧支撑辊母材及堆焊材料的合金含量均相对偏高，同时支承辊的尺寸及堆焊厚度均较大，材料的拘束力大，焊接应力大，所以适当提高预热和层间温度，预热温度确定为400～450℃，焊道层间温度控制在350℃以上。

4.2堆焊工艺参数

堆焊工艺参数是指堆焊时所采用的焊接极性、焊丝直径、焊接电流、焊接电压以及堆焊速度等。在研究进行的轧辊堆焊修复中，对于Φ4.0mm药芯焊丝：

4.3中间去应力退火

由于热轧支撑辊的堆焊厚度较大（单边35mm），连续堆焊完成，堆焊金属将产生非常大的焊接累积应力，增加堆焊辊产生裂纹的倾向，严重时将发生支撑辊开裂的严重事故。因此在堆焊厚度到20-30mm后，需在堆焊进行中间阶段穿插一次中间退火，以降低或消除焊接累积应力。在研究进行的轧辊堆焊修复中采用热处理工艺曲线如图1所示。

4.4焊后热处理

焊后热处理的主要目的是为改善焊后组织和消除焊接应力。同时使堆焊组织产生“二次硬化”，进一步提高和改善堆焊金属的耐磨性及耐热疲劳性。依据本文所用焊丝合金成分以及支撑辊母材的合金成分，回火温度选取在550±10℃之间，且保温时要略长于同等尺寸工件，这样一方面能使应力充分释放，另一方面则可以促进基体组织中细小碳化物的弥散析出，增加堆焊层的耐磨性。

4.5堆焊过程质量控制

按照制定焊接工艺辊坯预热规范进行预热温度检查，层间温度350℃，并在堆焊过程中保持这一温度。随时检查焊接电流、电弧电压、焊接线速度、焊枪步进宽度、焊道成型及尺寸等工艺参数，保证堆焊结束后轧辊外观整齐美观。

5.上机试轧情况

堆焊支撑辊成品出厂后于本钢热连轧厂1700线上机使用。每轧制满一个周期后下机，进行表面硬度检测和堆焊层无损探伤。辊面及堆焊层内部质量均保持良好，堆焊层与辊体结合层未发现異常。比较同型号锻钢轧辊，该辊磨损量、磨削量略小。

6.结论

（1）结合热轧支撑辊的工作条件，采用文中所述工艺，对大型热轧支撑辊进行堆焊修复，可以取得良好效果。堆焊修复后的热轧支撑辊无缺陷，其强韧性和耐磨性优于Cr3/Cr5辊的性能。

（2）堆焊修复后热轧支承辊在生产线上进行了运行考核，满足其使用要求，并大大降低了生产成本。

参考文献：

[1]曹叶，赵庆华，刘诚民.大型支承辊的堆焊修复[J].焊接，2006，（7）：33-36

[2]陆寅松，张智峰，胡学辉等.5%Cr带钢支承辊制造技术[J].金属加工（热加工），2011，（9）：15-18