冷轧辊耐磨堆焊修复工艺——文献学习体会

研究背景与文献概况

本文发表于2006年《焊接技术》第35卷第3期，作者为武汉理工大学的于成奎和天津市质量技术监督局的杨振林。研究从轧辊局部堆焊修复入手，介绍了Cr3型冷轧工作辊的耐磨堆焊参数及试验过程，进行了堆焊层耐磨试验和堆焊焊缝的显微观察，结合母材和堆焊焊接材料的成分特点以及两种不同的堆焊工艺试验，对试验结果及工艺参数的选取进行了分析说明。

冷轧辊在冷轧带钢生产中承担着关键作用，其工作面的耐磨性能直接决定了带钢的表面质量和轧辊的使用寿命。冷轧工作辊在轧制过程中承受高速摩擦、轧制力和冷却水冲刷的综合作用，工作面容易出现磨损、划伤和腐蚀。当磨损量超过允许范围时，必须对辊面进行修复，而堆焊修复是一种经济有效的修复手段。

冷轧辊母材特点与焊接性分析

Cr3型冷轧工作辊是一种高碳高铬合金钢，其典型成分为：碳含量1.5%~2.0%，铬含量12%~14%，硅、锰含量较低，并含有少量的Mo、V等微合金元素。这种成分设计赋予了母材极高的硬度和耐磨性，但同时也带来了焊接性极差的问题。

Cr3型冷轧辊的焊接性差是堆焊修复中的主要技术挑战。高碳高铬成分在焊接热循环作用下，热影响区极易形成硬脆的马氏体和碳化物组织，硬度可达800~1000 HV，且塑性极低。在冷却收缩应力作用下，这种硬脆组织极易产生裂纹。此外，母材中的碳化物在熔池中可能部分熔化、部分未熔，形成未熔化的硬质颗粒，影响堆焊层的均匀性和结合质量。

堆焊材料与焊接工艺选择

冷轧辊耐磨堆焊修复的核心在于堆焊材料与母材的匹配。堆焊材料需要满足以下要求：第一，与母材具有良好的冶金结合；第二，硬度不低于母材，以保证修复后的耐磨性；第三，具有足够的韧性，避免在服役过程中产生裂纹；第四，成分中碳含量适中，避免过高碳含量导致淬硬裂纹。

常见的冷轧辊堆焊材料包括：高铬铸铁类（如Cr15、Cr20）、高铬合金钢类（如Cr13Mo、Cr17Mo）、碳化钨增强类（如WC-Co、WC-Ni）等。不同材料适用于不同的工况条件——高铬铸铁类适用于重载低速磨损工况，碳化钨增强类适用于高速磨粒磨损工况。

本文对比了两种不同的堆焊工艺：一种是传统的碳弧气刨+电弧焊工艺，另一种是等离子弧堆焊工艺。碳弧气刨用于清除辊面磨损层，电弧焊用于堆焊修复。两种工艺各有优缺点——碳弧气刨+电弧焊设备简单、操作灵活，但熔敷率低、稀释率大；等离子弧堆焊熔敷效率高、稀释率低、成形均匀，但设备投资较大。

工艺参数优化与试验结果

堆焊工艺参数的优化是保证堆焊质量的关键。关键参数包括：焊接电流、焊接速度、预热温度、层间温度、保护气体流量及焊后热处理制度等。

在Cr3型冷轧工作辊的堆焊修复中，工艺参数的选取需要遵循以下原则：第一，焊接电流不宜过大，以避免母材过度熔化和白口区扩展；第二，焊接速度适中偏慢，以保证熔池充分熔合和气体逸出；第三，预热温度控制在200~300°C，以减缓冷却速度，降低淬硬倾向；第四，层间温度不宜过高，避免母材过热导致晶粒粗化；第五，焊后必须进行去应力退火处理，以消除焊接残余应力。

耐磨试验结果表明，经过合理工艺参数优化的堆焊层，其耐磨性能能够满足冷轧辊工作面的使用要求。显微组织分析显示，堆焊层中形成了弥散分布的碳化物硬质相，与金属基体形成了良好的复合结构，既保证了硬度又维持了一定的韧性。堆焊层与母材的界面处未发现明显裂纹，冶金结合良好。

工程实践启示与个人思考

从工程实践角度分析，冷轧辊的堆焊修复是轧钢企业日常维护中的重要环节。轧辊的修复质量直接影响冷轧带钢的表面质量和轧制精度。在实际生产中，轧辊修复通常需要在轧线停机间隙完成，因此修复工艺必须具备快速、可靠的特点。

在实际操作中，需要注意以下技术要点：第一，辊面磨损层的清除必须彻底，残留的磨损层会影响堆焊层的结合质量；第二，堆焊层的厚度需要根据磨损量精确控制，过厚会导致辊面尺寸超差，过薄则无法恢复耐磨性能；第三，堆焊后的辊面需要精磨处理，以达到冷轧要求的表面粗糙度（通常Ra≤0.1μm）；第四，修复后的轧辊需要进行硬度检测和力学性能验证，确保修复质量合格。

该文献发表于2006年，距今已有近二十年，但冷轧辊堆焊修复的基本原理和工艺方法至今仍是轧钢企业维护工作的重要技术依据。随着焊接技术的发展，激光熔覆、冷喷涂等新型表面强化技术已逐步应用于轧辊修复，但等离子弧堆焊和电弧堆焊凭借其设备成本低、工艺成熟、适合现场操作等优势，在中小型轧钢企业中仍占据主导地位。

总结

本文通过对Cr3型冷轧工作辊耐磨堆焊修复的系统研究，明确了母材成分特点对焊接性的影响、堆焊材料的选用原则以及工艺参数的优化方向，并通过两种堆焊工艺的对比试验验证了修复方案的有效性。该文献的核心价值在于为冷轧辊的现场修复提供了可操作的工艺指导，对于从事轧辊维护、管道修复及焊接工程的技术人员具有重要的实践参考价值。在轧钢企业的实际生产中，合理选用堆焊材料和工艺参数，是保证轧辊修复质量、延长轧辊使用寿命的关键技术环节。