卓金管件有限公司陶质焊剂埋弧堆焊修复冷轧支撑辊的学习体会
文献概况与行业背景
本文发表于《焊接》1997年第3期，作者刘朝俭、吴际元、刘健来自太原钢铁公司。文章采用埋弧自动焊（SAW），配用H08A焊丝和自制的陶质焊剂，对φ1250mm冷轧支撑辊进行修复，详细介绍了焊剂的研制及轧辊修复全过程。
冷轧支撑辊是冷轧机中的关键部件，在轧制过程中承受巨大的接触应力（通常超过3GPa）和复杂的摩擦磨损。支撑辊的工作面通常要求高硬度、高耐磨性和良好的尺寸稳定性。当支撑辊表面出现磨损、凹坑或划伤时，不仅影响轧制产品质量（如板形、表面质量），还会加速轧辊本身的失效。因此，支撑辊的修复是冷轧生产线维护中的重要环节。
陶质焊剂的技术特点
陶质焊剂与传统焊剂的对比
| 特性 | 陶质焊剂（烧结焊剂） | 熔渣焊剂（颗粒焊剂） | 焊粉焊剂 |
|---|---|---|---|
| 形态 | 烧结成块，需破碎 | 熔炼后水淬成颗粒 | 粉末状 |
| 流动性 | 中等 | 好 | 好 |
| 造渣能力 | 强 | 中等 | 弱 |
| 脱氧能力 | 强 | 中等 | 弱 |
| 成本 | 低 | 中等 | 高 |
| 可回收性 | 好 | 好 | 差 |
| 环保性 | 较好 | 一般 | 较好 |
陶质焊剂（烧结焊剂）是将各种矿物原料（如大理石、萤石、石英、长石、铁合金等）按一定配比混合，经高温烧结成块状，再破碎成适当粒度的焊剂。其优势在于：配方灵活、成本低廉、造渣和脱氧能力强、对母材的稀释率可控性好。
自制陶质焊剂的配方设计
文章提到"自制的陶质焊剂"，这体现了太钢技术人员自主创新的工程能力。陶质焊剂的配方设计需要考虑以下因素：
- 造渣性：焊剂中应含有足够的CaO、SiO2、Al2O3等造渣成分，确保熔渣能有效覆盖熔池，隔绝空气保护。
- 脱氧性：加入适量的FeSi、FeMn、FeCr等铁合金，在熔池中形成脱氧反应，减少气孔和氧化物夹杂。
- 合金化作用：通过焊剂中的合金元素（如Cr、Mo、Mn等）向熔敷层过渡，调整堆焊层的化学成分和性能。
- 熔渣粘度：控制熔渣的粘度和表面张力，确保良好的铺展性和覆盖性。
- 导电性：焊剂颗粒应具有一定的导电性，以维持电弧的稳定燃烧。
典型的陶质焊剂配方可能包括：大理石（CaCO3）30%~40%、萤石（CaF2）10%~20%、石英（SiO2）15%~25%、长石（KAlSi3O8）10%~15%、铁合金（FeSi、FeMn）5%~10%以及粘结剂（水玻璃或粘土）适量。
埋弧堆焊工艺实施
工艺参数优化
φ1250mm冷轧支撑辊的埋弧堆焊修复，需要精确控制以下工艺参数：
| 工艺参数 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| 焊丝 | H08A | 低碳焊丝，保证熔敷层韧性 |
| 焊丝直径 | φ1.6~2.0mm | 细焊丝有利于薄层堆焊 |
| 焊接电流 | 400~600A | 根据堆焊层厚度调整 |
| 焊接电压 | 28~34V | 配合电流使用 |
| 焊接速度 | 40~80 cm/min | 控制热输入和熔敷效率 |
| 堆焊层厚度 | 1.0~2.0mm/层 | 薄层堆焊减少应力 |
| 层间温度 | ≤250°C | 防止前层退火 |
| 预热温度 | 150~250°C | 根据基体材料确定 |
多层堆焊策略
支撑辊的堆焊修复通常采用"底层-过渡层-面层"的多层堆焊策略：
- 底层：采用过渡焊材（如D256或D257镍基焊条/焊丝），确保与基体的冶金结合。此层电流稍大，熔深较深。
- 过渡层：采用中碳合金焊丝（如H08Mn2MoA），逐步过渡到功能层成分。
- 面层：采用高合金焊丝（如H08Cr2MoV或H10Cr3Mo），提供最终的耐磨性能。面层硬度应达到HRC50~60。
焊后处理
堆焊完成后，支撑辊应进行以下后处理：
- 去应力退火：在550~650°C保温2~4h，随炉冷却至300°C以下出炉空冷。
- 表面加工：根据轧制精度要求，对堆焊层进行车削或磨削加工，确保表面粗糙度和几何精度。
- 质量检验：包括硬度检测、金相分析、磁粉探伤（MT）和尺寸精度检测。
经济效益与工程价值
冷轧支撑辊的制造成本较高，φ1250mm的支撑辊单只价格通常在数十万元级别。采用堆焊修复技术，修复成本通常仅为新辊的15%~30%，而修复后的使用寿命可达到新辊的60%~80%。从全生命周期成本（LCC）的角度分析，堆焊修复具有显著的经济优势。
此外，自制陶质焊剂的应用进一步降低了修复成本。外购专用堆焊焊剂的价格通常在20~50元/kg，而自制陶质焊剂的成本可控制在5~10元/kg，材料成本降低60%~80%。这对于需要频繁修复的大型冷轧生产线而言，累积节约十分可观。
学习心得与技术反思
本文的技术价值在于展示了"自制焊剂+埋弧自动焊"这一经济高效的堆焊修复方案。自制陶质焊剂虽然配方设计需要一定的材料学知识，但其成本低廉、性能可调、环保性好等优点使其在工程应用中具有广阔的前景。埋弧自动焊的工艺稳定性优于手工焊，适合大面积、多道次的堆焊作业，且生产效率高、质量一致性较好。
从技术发展趋势来看，现代冷轧支撑辊修复技术已向激光熔覆、等离子堆焊和冷喷涂等先进方法发展。这些方法在热输入控制、稀释率降低和性能调控方面具有明显优势。然而，对于成本敏感的应用场景，埋弧堆焊仍然是最具性价比的选择。关键在于通过工艺优化和焊剂改良，在成本与性能之间找到最佳平衡点。太钢技术人员的这一实践，为大型轧辊的经济修复提供了宝贵的工程经验。