一种用于冷轧辊修复的新型埋弧堆焊药芯焊丝的研制
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２０１３年２４期 科技一向导 ◇科技论坛◇ 一种用于冷轧辊修复的新型埋弧堆焊药芯焊丝的研制 邹杨李昊 任军 （Ｉ￣ｔ１１１大西洋焊接材料股份有限公司Ｉ￣ｔ１１Ｉ 自贡６４３０００） 【摘要】分析了冷轧辊修复的现状，介绍了一种适合于冷轧辊修复的新型埋弧堆焊药芯焊丝。经综合分析、大量试验，确定了堆焊层的成 分范围，对堆焊层金属的成分、金相组织、耐磨性能、实际使用效果等方面对该焊丝进行了研究分析，对研究的过程及得到的结果进行了综合描 述。最终得到的药芯焊丝满足用户使用要求。 【关键词】冷轧辊；堆焊；修复 冷轧辊主要运用于钢铁行业。常用高碳铬钢、铬钼钢或铬钼钒钢 锻造制成．俗称锻钢冷轧辊．冷轧辊的工作条件十分恶劣。轧辊由于不 断的进行轧制作业，所以轧辊的损耗也是相当大的，随着市场的发展． 客户对修复过后的冷轧辊的质量要求不断的提高．修复后要求的使用 时间是以前的两倍以上．这对用于修复的焊接材料提出了更高的要。 本文将介绍一种与之相符的冷轧辊修复用新型埋弧堆焊药芯焊丝 １．设计原则及试验方法 １．１背景介绍 我国是个钢铁大国．与之相应的用于钢铁轧制的轧辊的需求量也 很大，目前轧辊的平均利用率仅为６０％．而不正常报废则要占５０％ｍ。 轧辊使用寿命过短的普遍原因是表面软化、早期磨损失效造成的。综 合对轧辊的失效原因分析 ，主要原因有以下几点：辊身、辊颈表面磨 损到极限尺寸；表面产生疲劳裂纹（龟裂）甚至剥落；断辊等。冷轧辊是 冷轧机的关键部件．目前国内的冷轧辊大多还是采用的高铬铸铁合金 系统进行铸造而成．由于该合金系统碳以及合金元素的含量很高．在 对该类轧辊堆焊时堆焊层极易出现裂纹 而冷轧辊由于工作环境极为 苛刻。使其对工作表面有严格的性能要求．在巨大变压力下，必然要求 其表面具有超高的硬度、良好的韧性以及耐磨性Ｈ。目前国内外高硬度 的堆焊材料以高铬铸铁合金系统为主［５－６］．本文介绍的用于不锈钢压延 的冷轧工作辊通常采用９Ｃｒ２Ｍｏ、９Ｃｒ３Ｍｏ锻造并经复杂热处理制成． 成本高昂。为了降低轧钢成本．多年来，许多轧钢厂都强烈希望能够对 冷轧工作辊进行堆焊修复 但由于冷轧辊堆焊修复要求的堆焊金属硬 度高，硬度均匀性好，而且要求其抗裂性高，强韧性好，抗疲劳能力强， 技术难度非常大。因此．研制一种具有较高硬度。并且具有良好抗裂性 能的堆焊材料来解决冷轧工作辊堆焊修复问题是十分必要的 １．２合金体系的确定 首先．必须严格控制碳的含量．在保证堆焊金属拥有一定的硬度 的基础上．尽量控制碳含量在０．５以下．这样可以保证堆焊金属不出 现裂纹。另外利用Ｍｎ、ｓｉ联合脱氧，降低堆焊层中氧的含量，另外为了 弥补碳含量在相应范围下的硬度不足。采用添加合金元素的方法配合 相应的焊接工艺来提高堆焊金属的硬度。最终，本药芯焊丝确定以ｃ、 Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ作为合金体系。经过试验和改进我们确定药芯焊丝的成 分配比为Ｃ：０．２—０．５，Ｍｎ：１．０—２．０，Ｓｉ：０．５—０．８，Ｍｏ：０．８—１．５，Ｃｒ：５．５—６．５， Ｗ：Ｉ．０—２．０，Ｖ：Ｉ．０—１．５，Ｓ：≤０．０３５，Ｐ：≤０．０３５。 ２．研制埋弧堆焊药芯焊丝结果分析 结果分析。 我们对试样进行了包括金属化学成分，硬度检测．裂纹检测。金相 分析，耐磨性能试验在内的多项检测。检测结果分析如下： （１）化学成分、硬度、裂纹情况。用德国ＳＰＥＣＴＲＯＬＡＢ Ｍ９直读光 谱分析仪检测堆焊金属化学成分．使用ＨＲＳ一１５０数显洛氏硬度计测 量其硬度，并使用着色探伤剂观察裂纹情况。结果成分均在设计范围 之内，四个试样硬度分别为ＨＲＣ５１．３，５３．４，５３．８，５４．０．并且均无裂纹出 现。可以得出结论．该焊丝的堆焊金属成分．硬度及抗开裂情况均较为 理想。 （２）金相分析。对加工后的试样使用德国ＡＺＩＳＳ Ａｘｉｏ Ｏｂｓｅ￣ｅｒ金 相显微镜进行金相分析，可以看出其金相组织基体为回火马氏体组 织。在基体上均匀分布着碳化物硬质颗粒．从而可以满足耐磨性的要 求。 （３）耐磨试验。在加工后的斌样上按照国标截取相应试块在Ｍ一２０００ 磨损试验机上进行耐磨试验．采用流动接触疲劳磨损形式，用失重法 来测量磨损量。并以原辊面材料９ｃｒ２Ｍｏ作为对比试样。具体结果如 表一所示 表一磨损试验结果 材料编 试验编 磨损前 磨损后 重量差 失重比 平均失 相对耐 号 号 重量 重量 重比 磨系数 １ １０．９８５７ １０．８１３６ ０．１７２ｌ １．５６６５ ｌ＃ １．６８Ｏ７ １ ２ １１．２２５３ ｌ１．０２３８ ｎ２０１５ １．７９５Ｏ １ １１．０８５２ １０．９５７５ ０．１２７７ １．１５ｌ９ ２＃ １．１８８５ ０．６６５４ ２ ｌ１．２５５６ ｌ１．１１７７ Ｏ．１３７９ １．２２５１ 注：１＃为９ｃｒ２Ｍｏ试样；２＃为所介绍药芯焊丝堆焊试样 实验表明．研制的药芯焊丝堆焊金属具有较强的耐磨性能．其耐 磨性能较原材料９Ｃ￣Ｍｏ提高了４Ｊ０％左右。 ３．结语 冷轧辊的堆焊，不仅技术要求较高．而且对使用性能要求尤其严 格。我们通过大量试验，确定了该药芯焊丝的成分，以及相应的焊接工 艺参数。焊后热处理规范。 实践及实际使用证明．该药芯焊丝能够适应用户的焊接工艺要 求，并且能满足用户对实际使用性能的要求。相对与以往的材料来说， 该药芯焊丝的堆焊金属能更加适应现在恶劣的生产工况以及越来越 苛刻的使用要求。 【参考文献】 ［１］应鹏展，葛长路，蔡应军．热轧辊耐磨堆焊焊条的研制．焊接学报，１９９７，１８ （２）：６－１０． ［２］任喜来．冷轧辊的失效分析及其修复．轧钢，２００２，１９（３）：４５－４７． ［３］王健，薛锦，娄百成等．组织与成分对热轧辊堆焊层性能的影响．鞍钢技术， １９９１，（２）：３２—３９． ［４］禹斌，李从华，申飞平＿牟Ｌ辊的堆焊及价值初探．四川冶金．２００１，（１）：２５—２８． ［５］崔朝宏．冷轧辊埋弧堆焊药芯焊丝的研究［Ｄ］．天津：天津大学硕士论文，２００１：２． ［６］机械工业部编．焊接材料产品样本．机械工业出版社．１９９７． （上接第２８９页）死区及前后沿设置 ３．结论 实验结果表明．设计出的大功率软开关弧焊逆变器不仅体积小重 量轻生产成本低．而且具有高效率和高可靠性．ＩＧＢＴ的开关损耗大大 减小。该焊机的工艺性、可制造性、可维护性都达到了一个很高的水 平。口 ３３４ 【参考文献】 ［１］李缙，毛文生，肖介光．软开关逆变焊机的研究开发田．电焊机，２ｏｏ７（ｏ１）． ［２］佘致廷，张红梅，曹达新型半桥式Ｄｃ—Ｄｃ软开关逆变焊机的数字化控制［Ｊ】． 电源技术．２ｏ１３（Ｏ１）． ［３］刘欢．基于ＡＶＲ单片机的移相零电压逆变电阻焊接电源的研究［Ｄ】．浙江大学，
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