连铸辊带极埋弧堆焊烧结焊剂研制——文献学习体会

文献背景与技术挑战

本文发表于2005年《焊接》第8期，由机械科学研究院哈尔滨焊接研究所廖永平、胡晓波、陈绍维与鞍钢新钢铁公司热轧带钢厂陆军合作完成。连铸辊是连铸生产线的核心部件，其工作辊表面长期承受高温钢坯的摩擦、冲击和热疲劳作用，磨损和龟裂是主要失效模式。带极埋弧堆焊（electrode strip submerged arc surfacing）是连铸辊修复和制造的重要工艺，具有熔敷效率高、堆焊层成分均匀、结合质量好等优势。本文聚焦于连铸辊带极埋弧堆焊用烧结焊剂SJ315的研制，该焊剂与新开发的焊带H0Cr13Ni4MoN匹配使用，在焊接工艺性能和冶金性能方面均表现良好。

烧结焊剂研制技术要点

焊剂配方设计原则

烧结焊剂是埋弧焊和带极埋弧焊的关键消耗材料，其配方设计需要综合考虑冶金作用、造渣性能、保护作用和工艺性能等多方面因素。对于连铸辊堆焊用烧结焊剂，设计原则主要包括：一是保证堆焊层成分准确，焊剂中的合金元素应与焊带成分匹配，避免因焊剂合金化不足或过量导致堆焊层成分偏离；二是控制造渣性能，合适的渣系（如氟化钙-氧化钙-二氧化硅体系）能够保证熔渣流动性好、脱氧脱硫能力强，减少气孔和夹渣缺陷；三是确保工艺稳定性，焊剂粒度分布、烧结强度和水分含量直接影响焊接过程的稳定性和熔敷效率。

焊带与焊剂的匹配性

H0Cr13Ni4MoN焊带属于马氏体不锈钢体系，铬含量约13%，镍含量约4%，钼含量约1%，氮含量适量。这种成分设计兼顾了硬度、耐磨性和韧性，适用于连铸辊工作辊的堆焊修复。焊剂SJ315的合金化能力与焊带成分精确匹配，确保了堆焊层的化学成分稳定。在实际生产中，焊带和焊剂的匹配性需要通过对堆焊层进行化学成分分析来验证，特别是铬、镍、钼等关键合金元素的含量必须控制在设计范围内。

堆焊层力学性能提升

文献指出，使用SJ315焊剂与H0Cr13Ni4MoN焊带匹配堆焊的连铸辊，其堆焊金属力学性能比传统1Cr13系材料堆焊有明显提高。这一提升主要归因于以下几点：一是H0Cr13Ni4MoN中添加了钼和氮元素，钼提高了高温强度和抗热疲劳性，氮促进了沉淀强化；二是烧结焊剂SJ315的冶金作用优化了堆焊层的微观组织，可能促进了更细小、更均匀的马氏体和碳化物分布；三是带极埋弧堆焊工艺本身的热输入均匀性好，减少了堆焊层的组织不均匀性。

工程应用效果与经济效益

文献提到实际应用效果显著，取得了良好经济效益。连铸辊的堆焊修复成本远低于更换新辊的成本，一次成功的堆焊修复可以延长连铸辊的使用寿命数倍，显著降低生产线的停机时间和备件消耗。带极埋弧堆焊的熔敷效率高，对于大型连铸辊而言，相比手工电弧堆焊可以节省大量工时，提高修复效率。烧结焊剂SJ315的研制成功，标志着我国在连铸辊堆焊关键材料方面实现了自主开发，减少了对进口焊剂的依赖。

学习心得与技术反思

本文的研究体现了"材料-工艺-装备"协同发展的技术思路：焊带提供合金成分基础，焊剂优化冶金过程和工艺性能，带极埋弧堆焊装备保证高效均匀的熔敷。这种协同设计的方法论对焊接材料研发具有普遍的借鉴意义。在实际工程中，焊剂和焊带的匹配性往往被忽视，技术人员倾向于关注焊条或焊丝的成分，而忽略了焊剂对堆焊层成分和性能的显著影响。本文的研究提醒我们，烧结焊剂不仅仅是"造渣剂"，更是合金化的重要载体，其配方设计对堆焊质量具有决定性作用。

此外，本文的合作模式也值得关注——科研院所与钢铁企业的联合攻关，既保证了研究的学术深度，又确保了成果的工程实用性。这种产学研结合的模式是推动焊接技术从实验室走向生产现场的有效途径。对于一线技术人员而言，在实际应用中应充分理解焊剂的性能特点和使用要求，包括焊剂的烘干温度、储存条件、粒度筛选和加料方式等，这些细节往往决定了堆焊质量的成败。总体而言，本文在焊剂研制和工程应用方面提供了有价值的技术积累，对连铸辊堆焊技术的发展具有重要的推动作用。