摘 要：本文分析了連鑄輥損壞的原因，闡述了采用埋弧自動堆焊工藝方法使用藥芯焊絲堆焊連鑄輥的工藝措施，修復后的連鑄輥能夠滿足現場工況條件的使用要求，達到了新連鑄輥的質量和使用壽命，資源得到了有效的再生利用，從而降低了生產成本，具有很好的經濟效益和社會效益。
我公司修復了一批連鑄輥，其直徑為φ160~340mm不等，輥身長度L= 373~626mm不等，母材材質為42CrMo，堆焊后輥子表面硬度為HRc43~47，其結構見圖1。連鑄輥是
連鑄設備的關鍵備件之一，在熱疲勞、氧化、腐蝕、磨損的工況條件下服役，經過使用一段時間后，會出現表面龜裂、裂紋、磨損、彎曲、剝離掉肉、氧化與腐蝕鱗皺等缺陷，而這些缺陷直接影響到板坯質量而不能使用需要修復，因些有必要分析連鑄輥使用過程中的損壞原因，并制訂適宜的連鑄輥的修復工藝。
1 連鑄輥產生損壞的原因分析
連鑄輥在生產過程中產生損壞的原因主要有以下四個方面：
1）連鑄輥在與高溫鑄坯接觸的同時，受到高壓冷卻水的快速冷卻，承受著反復高溫急冷、急熱，這樣的冷熱循環造成嚴重的冷熱疲勞作用；同時連鑄輥還受到板坯鼓肚力和靜壓力的交變機械應力作用；當連鑄過程中出現滯坯和漏鋼時，連鑄輥還受到非平衡熱和非平衡應力的作用；這些因素的共同作用下，連鑄輥輥面出現不同程度的網狀熱裂紋和彎曲變形。2）輥面與高溫鑄坯接觸，受到高溫氧化、冷卻水和連鑄生產用的保護渣中的氟離子的腐蝕作用，引起連鑄輥輥面氧化、腐蝕鱗皺脫落，使輥子外徑減薄, 導致輥面磨損，甚至導致輥子報廢。3）原材料質量的好壞是造成連鑄輥損壞的原因之一，原材料中非金屬夾雜物含量較多，鍛造不當，保留了鑄態形貌、枝晶間的低熔點夾雜物、化學成分偏析鑄態缺陷，調質處理溫度過高或保溫時間較長，形成魏氏組織，降低低了連鑄輥的力學性能。4）堆焊材料的質量直接影響著連鑄輥的工作質量，連鑄輥若采用以碳作為固溶強化元素來提高堆焊層的硬度，由于碳在高溫下（400~900℃）極易與Cr形成Cr23C6金屬間化合物，造成堆焊層尤其是搭接過渡區出現貧鉻現象，而連鑄輥長期處在高溫潮濕的環境下工作, 易造成堆焊層晶間貧鉻開裂損壞。
2 連鑄輥的埋弧焊堆焊修復工藝
考慮連鑄輥處于重載、高溫急冷、急熱、潮濕腐蝕的工況狀態，根據本單位現有條件，選擇了埋弧焊自動焊的工藝方法進行堆焊。
埋弧焊自動焊連鑄輥的堆焊修復過程分三個部分，即焊前準備、堆焊、焊后處理及無損檢驗，其堆焊修復的工藝流程如下：
舊輥車削——探傷——預熱——輥面堆焊——焊后處理——焊后粗車 ——探傷——精加工——檢驗入庫
2.1 焊前準備
2.1.1 舊輥表面清理
為了保證輥子堆焊層的質量，提高輥子堆焊效率，在堆焊前必須對輥子表面進行清理，除去輥身上的油污和鐵銹等雜物。
2.1.2 舊輥堆焊前粗車車削
輥子使用后由于嚴重的熱磨損、熱疲勞，致使輥子表面凹凸不平并有網狀龜裂，堆焊前粗車車削就是將各種裂紋和砂眼徹底清理干凈，對于環裂紋深處，采用局部車削的方法將裂紋清除，對個別的深孔沙眼，就需用電鉆將沙眼鉆深、擴大，再用手工電弧焊補焊。車削量的選擇應根據廢舊輥子表面的缺陷深度等具體情況來確定，一般舊輥堆焊前疲勞層至少車削至D-10mm（D為輥身直徑）。
2.1.3 探傷
輥子粗加工后要進行探傷，是為了檢查輥子有無嚴重內部缺陷，或者是檢查裂紋是否車凈，粗車車削后進行探傷是為了最后確認要堆焊的輥子是否合格。
2.1.4 輥子預熱
預熱是防止堆焊層出現裂紋最有效的措施，當輥子碳當量大于0.55或者輥子直徑大于φ300mm時，輥子堆焊前必須進行預熱，預熱目的是減少堆焊層金屬的冷卻速度，使基本金屬在馬氏體相變臨界點以上溫度，可以進行比較充分的分解，也就能避免堆焊層金屬馬氏體相變，防止堆焊焊縫區附近的裂紋產生，另外預熱可以減少堆焊層液態金屬的結晶偏析，增加結晶的間隔時間，以減少熱應力的產生，避免堆焊層金屬產生結晶裂紋。
預熱溫度應保持在堆焊材料的馬氏體相變Ms點以上，該種連鑄輥的預熱溫度為150~250℃，為了保證整個連鑄輥的內外溫度均勻，加熱時把連鑄輥放在埋弧焊機床上用三爪卡盤夾緊, 帶動連鑄輥緩慢均勻地轉動，并用
加熱器噴管對連鑄輥進行緩慢地加熱，直至溫度升到預熱溫度。在天冷時，輥子在堆焊過程中未進行堆焊工作的一端容易使預熱溫度迅速降低，為保證必要的預熱溫度，在未堆焊的一端要繼續加熱，使其保持預熱溫度，同時焊劑要在400℃時烘干，并保溫2h。
2.2 輥子堆焊
輥子堆焊后要達到理想的使用效果，除堆焊材料本身的合金成分外，還與采用合理的堆焊規范，掌握正確的操作技術有著密切的關系。
2.2.1 堆焊材料的選用
根據連鑄輥使用工況，堆焊材料應具備：耐氧化腐蝕性能、耐冷熱疲勞性能、耐磨損性能、耐彎曲變形性能，為此，堆焊材料在700℃時應有高的屈服強度和斷面收縮率，線膨脹系數要小，Ac1相變點應在700℃以上，堆焊層應為單一金相組織，并具有高的高溫硬度。對于不同工作位置的連鑄輥采用不同的堆焊材料，如結晶器足輥采用Ni基高溫合金，弧形段二冷輥采用1Cr13系高Ni不銹鋼材料，矯直段采用1Cr13系低Ni不銹鋼材料。目前藥芯焊絲的成分主要是以1Cr13系為主, 通過加入適量的Ni、Mo、W、V、N 等高溫強化合金元素，增加稀土元素等來細化晶粒，改進堆焊層的性能。
連鑄輥堆焊為多層多道堆焊，本次矯直段連鑄輥堆焊分三層，第一層即過渡層選用藥芯焊絲YS430配HJ260 焊劑施焊，第二層、第三層即蓋面層用藥芯焊絲YS414S或YS414N（以N作為固溶強化元素，避免形成Cr23C6）并配HJ260焊劑施焊，第二層、第三層的堆焊必須確保輥子在加工完后堆焊層的厚度不小于3.5mm。
2.2.2 堆焊規范
連鑄輥采用埋弧自動焊進行堆焊, 我們采用“低電流、低電壓、薄層多次堆焊”的方法，經過多次的實用試驗證明，采用這樣的操作方法，對減少焊絲合金成分的燒損，防止堆焊層氣孔、裂縫產生，提高堆焊層的質量是比較有效的。
連鑄輥埋弧自動堆焊的堆焊規范的選擇，見附表。
2.2.3 堆焊中的操作技術
堆焊時輥子中心頂點與焊絲的位置及焊絲傾斜角度
由于堆焊的輥子是園柱體的，轉動使熔渣和熔融的液體金屬要向前流, 為了防止液態金屬和熔化的焊劑流失, 延長熔渣冷卻凝固時間，便于除渣，需要焊絲從輥子中心頂點向后移動輥子直徑的5%左右的距離S，軸類工件一般都采用前傾位置法堆焊，堆焊時焊絲與輥子中心線的夾角即前傾角α, α通常取5°左右，堆焊試調時，可視焊縫成形狀況適當調整，焊絲與輥子中心頂點距離及焊絲前傾角度見圖2。另外，為了保證起弧和收弧處的堆焊質量，防止熔渣、熔融的液體金屬在連鑄輥兩側外流，在其兩側用厚4mm 寬30~40mm的扁鋼作引弧環和熄弧環, 一般低于輥面3~5mm。
堆焊時，應注意焊接順序與方向, 第一層時自左向右堆焊，第二層則自右向左堆焊，第三層與第一層方向相同，以后各層依次類推。
2.3 焊后處理及無損檢驗
為了消除堆焊過程中產生的內應力，防止冷卻過程中產生裂紋，堆焊完連鑄輥應先保溫緩冷，然后再裝入加熱爐中進行回火處理，具體工藝是：升溫至500℃，升溫速度保持100℃/h, 保溫5h后隨爐冷卻至150℃時出爐，冷卻到室溫后檢查硬度達到HRC43~47，能夠滿足圖紙技術要求。
將回火處理后的連鑄輥粗車，用肉眼檢查堆焊金屬表面有無氣孔、裂紋和夾渣等缺陷，其缺陷判定符合GB 3323-2005《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》中的I級標準，然后用超聲波探傷儀檢查輥身內部是否有焊接缺陷存在，其缺陷判定符合GB/T 13316-1991《鑄鋼軋輥超聲波探傷方法》中的B級標準，并重新復查輥面硬度，硬度值符合要求且無缺陷則可根據圖紙進行精加工，若有缺陷則需把缺陷車削掉重新堆焊。
3 結束語
利用上述埋弧自動焊堆焊工藝修復后的連鑄輥經過現場使用后，修復后的連鑄輥能夠滿足現場工況條件的使用要求，達到了新連鑄輥的質量和使用壽命，舊輥的資源得到了有效的再生利用，從而降低了生產成本，具有很好的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1] 劉云龍. 袖珍焊工手冊. 北京: 機械工業出版社. 2002-07.
[2] 北京市技術協作委員會 編. 實用焊接手冊. 水利電力出版社.1983-11.
[3] 牛濟泰,王式正. 焊接基礎. 黑龍江科學技術出版社. 1987-08.
[4] 上海交通大學姜煥中主編. 焊接方法及設備. 北京: 機械工業出版社. 1981-01.
[5] 吉林工業大學周振豐編. 金屬熔焊原理及工藝. 北京: 機械工業出版社. 1981-01.
[6] 聶正斌,雷振國,李貞權. 焊接材料手冊. 中國電力出版社. 2008-06.
[7] 吳金杰主編. 焊接工程師專業技能入門與精通. 北京: 機械工業出版社. 2009-01.
