双辊可逆式轧机轧辊堆焊技术学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于《上海金属》2001年第23卷第1期，作者干美君来自宁波市冶金研究所。该文介绍了φ360mm×760mm可逆式热轧机轧辊耐磨层的堆焊工艺，包括堆焊材料选择、焊剂选择、焊接参数确定以及堆焊质量检验等方面，堆焊层硬度达到HRC47，可使轧辊寿命提高一倍以上。轧辊是热轧机的核心工作部件，其表面耐磨性直接影响轧制效率和产品质量。

轧辊堆焊材料选择

堆焊材料的分类与特性

轧辊堆焊材料的选择是决定堆焊效果的关键因素。根据轧制工况的不同，常用的轧辊堆焊材料可分为以下几类：

对于可逆式热轧机轧辊，由于轧制过程中轧辊承受周期性载荷和反复摩擦，堆焊材料需要兼顾耐磨性与韧性。文献中采用的材料硬度达到HRC47，属于中等硬度范围，表明选择了兼顾耐磨与韧性的材料体系。

焊剂选择的重要性

埋弧焊（SAW）是轧辊堆焊的主要工艺方法，焊剂的选择对堆焊层性能有重要影响：

• 熔渣保护作用：焊剂形成熔渣覆盖熔池，防止氧化和氮化。
• 合金化作用：焊剂中的合金元素可调整堆焊层的化学成分。
• 脱氧脱硫：焊剂中的脱氧剂（如Al、Si、Mn）可去除熔池中的氧和硫，减少气孔和夹杂。
• 造渣性能：良好的造渣性能有助于焊缝成形和气体逸出。

焊接工艺参数确定

关键工艺参数

轧辊堆焊的焊接工艺参数直接影响堆焊层的性能和结合强度：

热输入的控制策略

轧辊堆焊的热输入控制是工艺难点之一。热输入过大将导致：

1. 母材稀释率增加，堆焊层合金成分偏离设计值。
2. 热影响区晶粒粗化，降低母材韧性。
3. 堆焊层硬度降低，耐磨性下降。
4. 焊接变形增大，影响轧辊精度。

因此，工艺上通常采用以下策略控制热输入：

• 采用多层多道焊，每层厚度控制在3~5mm。
• 适当降低焊接电流，提高焊接速度。
• 采用多层堆焊时，严格控制层间温度不超过350℃。
• 对于大直径轧辊，可采用分段堆焊方式，减少局部热积累。

堆焊质量检验

检验项目与方法

轧辊堆焊质量的检验是确保堆焊效果的关键环节：

常见缺陷与对策

与工程实践的结合

轧辊寿命提升的经济效益

文献指出，堆焊后轧辊寿命可提高一倍以上。以φ360mm×760mm可逆式热轧机为例，假设轧辊单件成本为5万元，堆焊费用为1万元，则：

• 未堆焊：轧辊寿命1次轧制周期，成本5万元/周期。
• 堆焊后：轧辊寿命2次轧制周期，成本(5+1)/2=3万元/周期。
• 成本降低约40%，经济效益显著。

与轧机工况的匹配

可逆式热轧机的轧制特点决定了堆焊工艺的特殊要求：

1. 周期性载荷：轧辊在正反向轧制中承受交变载荷，堆焊层需具有良好的疲劳性能。
2. 高摩擦磨损：轧制过程中轧辊与轧件之间的摩擦磨损是主要失效形式，堆焊层需具有高耐磨性。
3. 热循环：热轧过程中轧辊表面温度可达300~500℃，堆焊层需具有良好的热稳定性。
4. 冲击载荷：轧制过程中可能存在冲击载荷，堆焊层需具有足够的韧性。

关键疑问与思考

• 堆焊层硬度HRC47对于可逆式热轧机轧辊是否最优？是否需要针对具体轧制钢种和工艺条件进一步优化硬度？
• 堆焊层的耐磨性如何量化评估？是否可以通过实验室磨损试验（如Pin-on-Disk、干摩擦试验）来预测实际工况下的磨损寿命？
• 堆焊层与母材的结合强度在长期服役中是否会因热循环和疲劳载荷而下降？
• 随着轧辊使用次数的增加，堆焊层的磨损是否均匀？局部过度磨损是否需要补焊修复？

学习心得与启示

本文虽然篇幅不长，但系统地介绍了轧辊堆焊的关键技术环节，从材料选择到工艺参数再到质量检验，形成了完整的工艺链条。在工程实践中，轧辊堆焊是延长轧辊寿命、降低生产成本的重要手段。通过合理的材料选择和工艺控制，可以将轧辊寿命提高一倍以上，经济效益十分显著。同时，该文献也体现了"预防为主"的质量管理思想：在轧辊设计阶段就考虑堆焊修复的可能性，在堆焊工艺开发阶段就进行充分的工艺评定，在实际生产中严格执行工艺纪律，确保堆焊质量。这种系统化的质量管理思路值得在各类堆焊应用中推广。