热轧板卷取机夹送辊堆焊修复的学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于2008年《机械工程材料》第32卷第6期，作者来自中国冶金集团公司建筑研究总院焊接研究所。研究对象为热轧板卷取机的夹送辊（Pinch Roll），通过自动埋弧堆焊（SAW）工艺，采用YJ254-S和YJ245-S两种药芯焊丝进行堆焊修复，并对比了两种焊丝的性能差异和实际使用寿命。

夹送辊是热轧生产线中的关键部件，其作用是在轧制过程中夹持和输送钢板。夹送辊的工作条件极为恶劣：高温（接触温度可达600~800℃）、高压（夹送力可达数百吨）、摩擦（与钢板之间的滑动摩擦）、以及热冲击（钢板进出轧机时的温度变化）。这些因素共同作用，导致夹送辊表面快速磨损，需要定期堆焊修复。

焊材选择与工艺方案

焊材对比

文献选择了两种药芯焊丝进行对比试验：

工艺方案

采用自动埋弧堆焊工艺对夹送辊进行堆焊修复，具体工艺参数包括：

• 焊接电流：根据焊丝直径和堆焊层厚度确定。
• 焊接电压：与电流匹配，确保熔敷质量。
• 焊接速度：影响熔敷率和稀释率。
• 保护气体：埋弧焊通常使用焊剂保护，无需额外保护气体。
• 堆焊层数：多层堆焊，每层厚度控制在1~2mm。

性能对比与实际应用效果

组织与性能分析

文献对两种焊丝堆焊层的组织和性能进行了对比分析。虽然文献中未详细列出微观组织的对比数据，但从使用寿命的差异可以推断：

• YJ245-S堆焊层：硬度较高，耐磨性较好，使用寿命为YJ254-S的1.2~1.5倍。
• YJ254-S堆焊层：硬度较低，耐磨性一般，使用寿命为1年。

从材料学角度分析，YJ245-S焊丝可能含有更多的碳化物形成元素（如Cr、V、Mo等），这些元素在堆焊层中形成硬质碳化物，提高了耐磨性。而YJ254-S焊丝的成分设计可能更侧重于韧性和抗热裂性，牺牲了部分硬度。

使用寿命的工程意义

夹送辊的使用寿命直接影响热轧生产线的维护成本和停机时间。YJ245-S焊丝堆焊后的使用寿命比YJ254-S提高20%~50%，这意味着：

• 维护周期延长：减少停机维护次数，提高生产线利用率。
• 维护成本降低：虽然YJ245-S焊丝单价可能较高，但综合成本（焊丝成本+停机成本+人工成本）更低。
• 生产稳定性提高：减少因夹送辊磨损导致的钢板表面缺陷和尺寸超差。

夹送辊堆焊修复的工程要点

在实际的夹送辊堆焊修复中，以下工程要点值得重点关注：

基体预处理

• 表面清理：去除旧堆焊层、氧化皮、油污等，确保新堆焊层与基体的良好结合。
• 预热：根据基体材质和壁厚，预热至200~300℃，避免冷裂纹。
• 坡口处理：必要时对基体表面进行坡口处理，增加堆焊层与基体的结合面积。

堆焊工艺控制

• 层间温度：控制在150~250℃，避免过高的层间温度导致组织粗化和韧性下降。
• 堆焊层厚度：根据夹送辊的磨损量和设计要求，确定堆焊层总厚度（通常为3~8mm）。
• 堆焊道数：多层堆焊可以降低稀释率，但每层需控制层间温度。
• 焊接参数：电流、电压、焊接速度的匹配是确保熔敷质量和稀释率的关键。

后处理

• 去应力退火：堆焊后进行去应力退火，消除残余应力，避免堆焊层开裂。
• 机加工：堆焊后进行精加工，确保夹送辊的尺寸精度和表面粗糙度。

与工程实践的结合与思考

在热轧生产线的夹送辊修复中，焊材选择是一个关键决策。文献中YJ245-S焊丝优于YJ254-S的结论，为工程实践提供了明确的选材依据。但在实际应用中，还需要考虑以下因素：

• 工况匹配：夹送辊的工作条件（温度、压力、摩擦速度、介质）不同，对焊材的要求也不同。
• 成本效益：焊材成本只是总成本的一部分，还需要考虑停机成本、人工成本、维护成本等。
• 工艺适配性：不同焊材的焊接工艺参数不同，需要与现有设备条件匹配。
• 可焊性：焊材与基体的可焊性是确保堆焊质量的前提，需要通过焊接性试验验证。

从5W2H（What/Why/Who/When/Where/How/How much）的角度思考夹送辊堆焊修复：

• What：修复夹送辊磨损表面，恢复尺寸精度和耐磨性能。
• Why：延长夹送辊使用寿命，降低维护成本，提高生产线利用率。
• Who：由具备资质的焊接技术人员执行堆焊作业。
• When：在夹送辊磨损达到规定限度时进行修复。
• Where：在焊接车间或现场进行堆焊修复。
• How：采用自动埋弧堆焊工艺，按照WPS执行。
• How much：控制堆焊层厚度、道数、焊接参数等。

学习心得与启示

这篇文献虽然篇幅不长，但其研究思路清晰、结论明确，为热轧夹送辊的堆焊修复提供了实用的选材依据和工艺指导。文献中YJ245-S焊丝使用寿命优于YJ254-S的结论，直接来源于实际生产应用，具有很强的工程参考价值。

从方法论角度看，文献采用了"焊材对比—性能测试—实际应用验证"的研究范式，这种基于实际工况的研究方法在工程应用中具有重要价值。与实验室研究相比，实际生产应用中的试验更能反映焊材的真实性能。

对于从事冶金设备维护的焊接技术人员而言，夹送辊堆焊修复是一个常见但重要的工作。焊材选择、工艺控制、质量检测等各个环节都需要严格把控。这篇文献为我们提供了一个良好的学习案例，但实际工程中的焊材选择和工艺优化还需要结合具体工况和设备条件进行深入研究。

未来，随着焊接技术的发展，夹送辊堆焊修复工艺有望实现更高的熔敷效率和更好的堆焊层质量。例如，激光熔覆技术可以实现更精细的熔敷控制，冷喷涂技术可以在低温下实现堆焊，避免热影响区的问题。但无论采用何种工艺，焊材选择的基本原则——耐磨性、韧性、抗热裂性的平衡——仍然是决定堆焊修复质量的核心因素。