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轧辊表面堆焊 重熔相结合的复合硬面层的制备方法

阅读：788发布：2020-06-25

专利汇可以提供轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：所述制备方法为应用埋弧堆焊或明弧堆焊方式配合堆焊材料、堆焊方法堆焊轧辊表面，堆焊一定厚度后，利用等离子弧对堆焊焊道进行重熔。本发明利用等离子弧温度高、能量集中、稳定性好，且表面热变形小等优点，实现了轧辊表面晶粒细化，组织、成分均匀，堆焊层内部S，P等夹杂物数量减少，从而实现了轧辊表面硬度及力学均匀性能的提高，降低了高性能轧辊工作后表面产生明暗相间条纹的概率。，下面是轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：所述制备方法为应用埋弧堆焊或明弧堆焊方式配合堆焊材料、堆焊方法堆焊轧辊表面，堆焊一定厚度后，利用等离子弧对堆焊焊道进行重熔。
2.根据权利要求1所述的一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：
1）重熔前堆焊材料的硬度比传统堆焊材料的硬度高3～8HRC；
2）重熔前堆焊材料的合金成分比传统堆焊材料的合金成分高3～15%；
3）杂质含量可适当提高，但不高于<0.04%；
4）堆焊材料的碳含量不高于0.8%，常温断面伸长率不低于6%。
3.根据权利要求1所述的一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：堆焊方法包括焊条电弧焊、熔化极气体保护电弧焊、钨极惰性气体保护焊、丝极埋弧焊及其组合。
4.根据权利要求1所述的一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：轧辊堆焊一定厚度指为达到最佳性能或性价比，优化堆焊层与等离子重熔层之间的匹配。
5.根据权利要求1所述的一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：辊面堆焊预热温度及层间温度应按照工艺评定结果选取，预热时，在室温至100℃范围内，升温速度不应高于40℃/h；大于100℃之后，不应高于50℃/h，均匀加热；层间温度因高于单独采用堆焊时的层间温度。
6.根据权利要求1所述的一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，其特征在于：堆焊重熔的轧辊表面进行热处理，包括：轧辊冷却到室温后进炉热处理，在室温至100℃以内，升温速度不应大于40℃/h，之后不应大于50℃/h，降温速度不应大于25℃/h；
保温时间不低于轧辊直径除以50.5，单位小时；当炉温降低到150℃时，可出炉置于专用箱内或用石棉遮盖缓冷至室温。

说明书全文

轧辊表面堆焊 重熔相结合的复合硬面层的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种埋弧或明弧堆焊合金和等离子电弧重熔焊道相结合堆焊复合（再）制造轧辊表面的工艺，属于焊接技术领域。

背景技术

[0002] 钢铁冶金行业是国家的基础行业，也是国家的重工业，其生产设备中的主要零备件——轧辊，大部分是在高交变应力、高热应力的恶劣环境下工作，如连铸辊、校直辊、支撑辊、助卷辊、夹送辊、工作辊等，导致轧辊过快报废。堆焊修复主要是采用适合的工艺和合适的堆焊材料将磨损的轧辊恢复到原始尺寸，研究发现，对轧辊表面进行堆焊处理，可以明显延长轧辊寿命，降低轧钢消耗。

[0003] 目前堆焊修复轧辊的方法主要有：埋弧堆焊，气体保护焊堆焊，自保护堆焊，等离子熔覆，激光熔敷，高能电子束焊，带极堆焊等。由于传统的埋弧堆焊，气体保护焊堆焊，自保护堆焊具有柱状晶粗大，合金成分偏析严重，组织不均匀，偶有夹渣等缺陷，严重限制了高性能轧辊的堆焊复合再制造应用。而新型的焊接如等离子熔覆堆焊，激光熔敷堆焊，电子束堆焊尽管其热量集中、保护气氛和可控性良好的等离子弧，填充材料主要为粉末状合金，堆焊过程稳定，堆焊层母材冲淡率低，成形平整、光滑，特别适用于堆焊钻基、镍基等高合金材料。但一方面由于机械混合的粉末由于各种颗粒比重不同可能分层或分布不均，最终造成制备熔敷层性能的不均匀且常出现堵粉现象，设备无法正常工作；另一方面存在生产效率低，合金成本高，也严重限制了高性能轧辊的堆焊复合再制造应用。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，一方面利用传统埋弧或明弧堆焊轧辊，提高堆焊效率；另一方面对利用等离子重熔技术对堆焊焊道进行快速重熔，利于细化晶粒，减少合金便析，去除夹杂、夹渣等缺陷，真正实现完全意义上高性能轧辊的堆焊复合再制造应用的新型堆焊技术。

[0005] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种轧辊表面堆焊重熔相结合的复合硬面层的制备方法，包括电弧堆焊和等离子重熔两个部分：一、轧辊堆焊：
堆焊方法包括焊条电弧焊、熔化极气体保护电弧焊（包括熔化极自保护焊）、钨极惰性气体保护焊、丝极埋弧焊及其组合。配合合适的堆焊材料，堆焊工艺进行堆焊轧辊。

[0006] 一般步骤为：1.1 辊面堆焊应按堆焊工艺指导书进行；补焊应按补焊工艺指导书进行。特别是堆焊电流，电压，轧辊旋转速度，机头行走速度，搭接量，导前，焊丝伸出长度，热处理，堆焊材料，检测等参数的合理匹配。

[0007] 1.2 堆焊材料的烘干、使用、保管应符合堆焊材料制造厂提供的说明书的要求。

[0008] 1.3 辊坯宜选用加热炉进行预热。辊面堆焊预热温度及层间温度应按照工艺评定结果选取。预热时，在室温至100℃范围内，升温速度不应高于40℃/h；大于100℃之后，不应高于50℃/h，均匀加热。

[0009] 1.4 堆焊过程中，堆焊环境要求相对封闭，保温可采用燃气加热或保温炉加热两种方式。燃气加热必须防止燃气产生的碳黑污染。

[0010] 1.5 堆焊过程必须采取自动或人工的方式不间断的进行层间温度和施焊质量的监控，出现缺陷应立即处理，不得在有缺陷的焊层上直接堆焊。

[0011] 1.6 堆焊单边厚度超过20mm时，为了降低应力及氢的危害，防止裂纹产生，保持组织及力学性能的均匀性，可进行相应的中间热处理。

[0012] 2、轧辊重熔轧辊堆焊到一定尺寸后，进行等离子重熔处理：
2.1辊面重熔应按堆焊工艺指导书进行。特别是堆焊电流，电压，轧辊旋转速度，机头行走速度，搭接量，导前，气流量，钨极形貌，钨极伸出长度，检测等参数的合理匹配。而且特别是优化出堆焊焊层与等离子重熔之间的匹配。

[0013] 2.2重熔前，应补焊及清理轧辊表面，尽量将表面缺陷补焊完毕，后清理掉表面的灰尘。

[0014] 2.3等离子重熔时，为提高重熔效率，尽量提高轧辊的表面温度，不低于堆焊表面温度。

[0015] 2.4等离子重熔时出现缺陷应及时处理，亦可在缺陷区域进行二次重熔，不得在有缺陷的焊层上直接堆焊。

[0016] 特别是：为保证轧辊表面的耐磨，耐腐蚀，耐疲劳等性能及良好的可熔性，堆焊材料的选择应参照：
1）堆焊材料硬度选择：堆焊材料的硬度一般要比传统堆焊材料的硬度高3～8HRC。

[0017] 2）合金成分的选择：堆焊材料的合金成分一般要比传统堆焊材料的合金成分高3～15%。

[0018] 3)S，P等杂质：堆焊材料堆焊表面不产生裂纹的前提下，S，P等杂质含量可适当提高，但不高于<0.04%4）堆焊表面裂纹：为防止堆焊合金焊缝重熔时表面产生裂纹，一般要求堆焊材料的碳含量不高于0.8%，常温断面伸长率不低于6%。

[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明将堆焊技术和等离子重熔技术的优点有机结合起来，实现了堆焊焊道的细化晶粒，合金便析，夹杂，夹渣等缺陷的减少，突破了目前单一方式堆焊复合（再）制造高性能轧辊的局限性，真正实现完全意义上高性能轧辊的堆焊复合再制造。采用本发明工艺修复的轧辊已成功应用在热轧带钢连轧机带钢夹送辊，助卷辊；冷轧支撑辊的堆焊复合制造，上机使用后表面抗氧化性能良好，且表面无黏渣，明暗相间条纹不显著，表面光滑等优点，能够满足轧辊工况要求，使用寿命明显比市场普通堆焊工艺。本发明可以开拓到其他表面工程领域应用。

具体实施方式

[0020] 本发明上述的实施例只是用于说明本发明的具体实施方式，而不是用于限制本发明的保护范围，凡是对本领域熟练的技术人员来说，只要不离开本发明的技术特征范围可做各种变化或修正，其本质与本发明的那技术方案相同，均属于本发明的保护范畴。

[0021] 实施例1 堆焊，重熔复合（再）制造Cr5冷轧支撑辊的工艺一种轧辊直径为Φ1525mm的冷轧Cr5支撑辊的埋弧堆焊和等离子重熔修复方法，包括以下工艺步骤及参数为：
1）先用车床车削加工轧辊的磨损表面，去除表面裂纹和孔洞，并进行无损检测。最终确定单边修复尺寸为18mm。

[0022] 2）根据工艺评定指导书制定焊接工艺。

[0023] 3）轧辊预热，预热温度350℃，保温30小时。

[0024] 4）采用的堆焊工艺参数为：以Φ3.2mm药芯焊丝为例，对于Φ3.2mm药芯焊丝，要求：
焊接电流：420 480A
~
焊接电压：29 32V
~
焊接速度：400 550mm/min
~
焊道搭接：相邻焊道搭接须大于50%，具体搭接量应视焊道平整光滑情况。

[0025] 焊接极性：采用直流反接。

[0026] 焊丝伸出长度：16 28mm~
焊道层间温度：260 380℃
~
5）在轧辊表面堆焊高强韧过渡层，堆焊两层。

[0027] 6）清理轧辊表面，后进行等离子重熔。

[0028] 重熔电流：160～280A焊接转速：100～180mm/min，
工作气体：堆焊时一般选用氩气，气流量为3～5L/min
保护气体：气流量为8～12L/min
熔深：3～5mm
熔宽：8～13mm
钨极缩入长度：1.5～3.0mm。

[0029] 焊道搭接：相邻焊道搭接约18%7）清理重熔后表面上渣壳，进行堆焊盖面层，每堆焊两层盖面层，进行一次重熔，以此进行，直到堆焊修复和的直径为Φ1532mm。

[0030] 8）堆焊重熔的轧辊表面进行热处理，包括：轧辊冷却到室温后进炉热处理，在室温至100℃以内，升温速度不应大于40℃/h，之后不应大于50℃/h，降温速度不应大于25℃/h。

[0031] 回火最高温度为565℃，保温36小时。当炉温降低到150℃时，可出炉置于专用箱内或用石棉遮盖缓冷至室温。

[0032] 9）最后车削精加工至规定尺寸和精度。

[0033] 10）轧辊的检测，包括硬度及裂纹等缺陷。发现堆焊后表面硬度在51±1.5HRC，表面及内部均无缺陷。通过硬度可见，堆焊修复后的轧辊硬度均匀性得到明显的提高。

[0034] 实施例2 堆焊，重熔复合（再）制造热轧带钢助卷辊的工艺一种轧辊直径为Φ380mm的助卷辊的埋弧堆焊和等离子重熔修复方法，包括以下工艺步骤：
1）先用车床车削加工轧辊的磨损表面,去除表面裂纹和孔洞。并进行无损检测。最终确定单边修复尺寸为15mm。

[0035] 2）根据工艺评定指导书制定焊接工艺。

[0036] 3）轧辊预热，预热温度350℃，保温8小时。

[0037] 4）采用的堆焊工艺参数为：以Φ3.2mm药芯焊丝为例，对于Φ3.2mm药芯焊丝，要求：
焊接电流：360 480A
~
焊接电压：27 32V
~
焊接速度：380 500mm/min
~
焊道搭接：相邻焊道搭接须大于50%，具体搭接量应视焊道平整光滑情况。

[0038] 焊接极性：采用直流反接。

[0039] 焊丝伸出长度：16 28mm~
焊道层间温度：260 380℃
~
5）在轧辊表面堆焊高强韧过渡层，堆焊一层。

[0040] 6）清理轧辊表面，后进行等离子重熔。等离子重熔的参数为：重熔电流：160～260A
焊接转速：100～180mm/min，
工作气体：堆焊时一般选用氩气，气流量为3～5L/min
保护气体：气流量为8～12L/min
熔深：3～5mm
熔宽：8～13mm
钨极缩入长度：1.5～3.0mm。

[0041] 焊道搭接：相邻焊道搭接约20%7）清理重熔后表面上渣壳，进行堆焊盖面层，每堆焊一层盖面层，进行一次重熔，以此进行，直到堆焊修复和的直径为Φ386mm.
8）堆焊重熔的轧辊表面进行热处理，包括：
轧辊冷却到室温后进炉热处理，在室温至100℃以内，升温速度不应大于40℃/h，之后不应大于50℃/h，降温速度不应大于25℃/h。

[0042] 回火最高温度为550℃，保温12小时。当炉温降低到150℃时，可出炉置于专用箱内或用石棉遮盖缓冷至室温。

[0043] 9）最后车削精加工至规定尺寸和精度。

[0044] 10）轧辊的检测，包括硬度及裂纹等缺陷。发现堆焊后表面硬度在57±1.5HRC，表面及内部均无缺陷。通过硬度可见，堆焊修复后的轧辊硬度均匀性得到明显的提高。

[0045] 实施例3 堆焊，重熔复合（再）制造连铸辊的工艺一种轧辊直径为Φ180mm的连铸辊的明弧摆动堆焊和等离子重熔修复方法，包括以下工艺步骤：
1）先用车床车削加工轧辊的磨损表面,去除表面裂纹和孔洞。并进行无损检测。最终确定单边修复尺寸为5mm。

[0046] 2）根据工艺评定指导书制定焊接工艺。

[0047] 3）轧辊预热，预热温度150℃，保温2小时。

[0048] 4）在轧辊表面堆焊一层Cr17的过渡层，采用的堆焊工艺参数为：以Φ2.4mm药芯焊丝为例，对于Φ2.4mm药芯焊丝，要求：：
电弧电压：26.0～28.5V，
焊接电流：270～300A
送丝速度：125～130in/min
横移速度：0.22～0.25ipm
焊丝伸长：22～28mm
焊嘴倾斜角度：向后3～5度
摆动宽度(最终尺寸)约为48mm，打接量8～12mm
延时：压道的地方多延时约0.5秒，不压道的地方少延时约为0.3秒。

[0049] 焊丝伸出长度：20 35mm~
5）堆焊盖面层，堆焊两层，参数与打底一致。

[0050] 6）进行一次重熔。等离子重熔的参数为：重熔电流：160～260A
焊接转速：90～150mm/min，
工作气体：堆焊时一般选用氩气，气流量为3～5L/min
保护气体：气流量为8～12L/min
熔深：4～5mm
熔宽：8～13mm
钨极缩入长度：1.5～3.0mm。

[0051] 焊道搭接：相邻焊道搭接约20%7）堆焊重熔的轧辊表面进行缓冷保温，有条件可进行热处理。

[0052] 8）最后车削精加工至规定尺寸和精度。

[0053] 9）轧辊的检测，包括硬度及裂纹等缺陷。发现堆焊后表面硬度在44±1.5HRC，表面及内部均无缺陷。通过硬度可见，堆焊修复后的轧辊硬度均匀性得到明显的提高。

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