高硬度矫直辊套堆焊修复技术学习体会

一、文献概况与工程背景

张小红、金柱、于孟发表于2006年《焊接技术》第35卷第4期的这篇文献，介绍了高硬度工具钢矫直辊套的焊接修复技术。矫直辊是轧钢生产中用于板材或型材矫直的关键部件，辊套表面直接与轧件接触，承受极高的接触应力、摩擦力和温度变化，磨损与损伤是其主要失效模式。当辊套表面硬度降至工作下限或出现局部损伤时，采用堆焊修复技术恢复其使用性能，是延长辊套寿命、降低生产成本的有效手段。

二、矫直辊套的材料特性与修复难点

高硬度工具钢矫直辊套通常采用高碳高铬工具钢（如Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2等）或高速钢（如M2、M35等）制造，表面硬度可达HRC60-65。这类材料的焊接修复面临以下难点：

2.1 冷裂纹的预防

高碳高合金工具钢焊接冷裂纹是修复作业中最严重的质量风险。冷裂纹的产生需要三个条件同时满足：淬硬组织、氢的存在、足够的拉应力。预防冷裂纹的关键措施包括：

• 预热温度：根据材料碳当量（CE）确定，Cr12MoV类材料预热温度一般不低于300°C，高速钢类不低于250°C。
• 焊材选择：采用低氢型焊条（如E5015、E5515）或低氢型焊丝，严格控制焊材烘干与保温。
• 层间温度控制：层间温度不低于预热温度，避免快速冷却。
• 焊后缓冷：采用石棉布、陶瓷加热片等保温缓冷，必要时进行焊后消除应力热处理。

2.2 堆焊合金的选择

矫直辊套的修复用堆焊合金应根据辊套的工作条件（轧件材质、温度、速度、载荷）和原辊套材料特性来选择。对于常温轧制矫直辊套，高碳高铬铸铁类堆焊合金性价比较高；对于高温轧制矫直辊套，镍基自熔合金的抗热疲劳性能更为优越。

三、焊接工艺参数与操作要点

3.1 焊接方法选择

矫直辊套的堆焊修复可采用以下方法：

• 手工电弧焊（SMAW）：适用于小面积、不规则损伤的修复，灵活性好，但效率较低。
• 埋弧焊（SAW）：适用于大面积均匀堆焊，效率高、质量好，但设备要求高。
• 等离子弧堆焊（PTA）：稀释率低、堆焊层成分可控、成形美观，适用于精密修复。
• 气保焊（GMAW/FCAW）：效率较高，适用于中等面积修复。

3.2 焊接参数优化

3.3 修复操作流程

1. 损伤评估：确定损伤类型（磨损、擦伤、裂纹、剥落）和范围。
2. 表面预处理：清理损伤区域，去除氧化皮、油污、锈蚀，必要时进行坡口加工。
3. 预热：采用感应加热或火焰加热，均匀预热至规定温度。
4. 堆焊修复：按焊接工艺规程进行多层堆焊，控制层间温度。
5. 焊后热处理：根据材料要求进行消除应力热处理或回火处理。
6. 精密加工：磨削至设计尺寸和粗糙度要求。
7. 质量检测：硬度检测、金相检查、无损检测（必要时）。

四、修复质量评价与寿命预测

堆焊修复质量的评价需从多个维度进行：

• 硬度：堆焊层硬度应满足设计要求，一般不低于基体硬度的90%。
• 结合强度：堆焊层与基体的结合面应无裂纹、无未熔合、无气孔。
• 残余应力：堆焊区域残余应力应控制在允许范围内，避免服役中产生新裂纹。
• 耐磨性：通过模拟磨损试验或现场运行验证，评价修复后的耐磨寿命。
• 尺寸精度：修复后辊套的圆度、圆柱度、粗糙度等几何精度指标。

五、学习心得与反思

矫直辊套的堆焊修复是一个典型的表面工程应用案例，其技术难点在于高硬度工具钢的焊接性差与修复质量要求高的矛盾。通过合理的材料选择、工艺参数优化和严格的质量控制，这一矛盾是可以有效解决的。

在实际工程实践中，我深刻体会到：辊套修复不能仅关注堆焊层的硬度指标，更应关注堆焊层与基体的结合质量、残余应力水平和整体服役性能。许多修复失败的案例，并非因为堆焊层硬度不足，而是因为结合面缺陷或残余应力过大导致服役中产生新的裂纹或剥落。

此外，辊套修复的经济性分析也是重要的决策依据。当修复成本接近新辊套制造成本，或修复后寿命不足新辊套的30%时，应考虑更换新辊套而非修复。合理制定辊套的修复与更换策略，是实现轧钢设备经济运行的关键。