冷轧支承辊堆焊技术研究进展学习体会

文献概况与技术脉络

成中庚、蔡养川、刘仁培在《焊接》2013年第2期发表的《冷轧支承辊堆焊技术研究进展》是一篇综述性文献，系统梳理了国内外冶金轧辊堆焊修复技术的发展状况，重点对冷轧支承辊堆焊材料进行了全面概括，分析了现行材料存在的问题，介绍了堆焊修复工艺，并对国内冷轧支承辊堆焊修复技术进行了展望。

冷轧支承辊是冷轧机组中的关键部件，直接承受轧制力并传递到机架。与工作辊不同，支承辊不直接接触带钢，但其表面堆焊层需要承受巨大的接触应力和滚动接触疲劳载荷。支承辊的堆焊修复技术涉及材料选择、工艺参数优化、质量控制等多个环节，是轧辊制造与维护领域的核心技术之一。

冷轧支承辊堆焊材料体系

国内外材料发展现状

冷轧支承辊堆焊材料的发展经历了从简单碳钢到复杂合金的演变过程。早期采用普通碳钢或低合金钢进行堆焊修复，但耐磨性和抗接触疲劳性能不足。随着轧制工艺的发展，对支承辊性能的要求不断提高，推动了堆焊材料体系的持续进步。

国外（以日本、德国为代表）在支承辊堆焊材料方面起步较早，技术相对成熟。日本新日铁、德国蒂森克虏伯等企业开发了一系列专用堆焊合金，具有优异的耐磨性和抗剥落性能。国内宝钢、鞍钢等企业近年来也在堆焊材料研发方面取得了显著进展，但在高端材料方面仍与国外存在一定差距。

主要堆焊材料类型

现行材料存在的问题

文献指出现行冷轧支承辊堆焊材料存在以下主要问题：

1. 硬度与韧性的矛盾：高硬度材料往往韧性不足，在接触疲劳载荷下容易产生剥落或裂纹。
2. 热膨胀系数匹配：堆焊层与辊体基体的热膨胀系数差异导致温度变化时产生附加应力。
3. 长期服役性能退化：在反复接触疲劳载荷作用下，堆焊层表面逐渐出现微裂纹并扩展，最终导致剥落失效。
4. 材料成本与性能的不平衡：高性能材料（如碳化钨硬质合金）成本极高，难以大规模应用。

堆焊修复工艺分析

主流工艺比较

冷轧支承辊的堆焊修复工艺主要包括等离子弧堆焊、埋弧堆焊、电渣堆焊和激光堆焊等。不同工艺各有优劣，需根据辊体尺寸、缺陷类型和性能要求选择。

等离子弧堆焊是冷轧支承辊修复的主流工艺，具有热输入适中、稀释率可控、成形良好的特点。对于大直径支承辊（Φ600-900mm），等离子弧堆焊配合多道多层堆焊是标准工艺路线。

激光堆焊在支承辊修复中的应用正在快速增长，其优势在于热影响区极小、层厚均匀、可实现精密修复。但对于大面积、厚层堆焊，激光堆焊的效率仍不如等离子弧堆焊。

工艺参数优化要点

冷轧支承辊堆焊的关键工艺参数包括：

• 堆焊层厚度：通常为10-30mm，需根据辊体使用工况确定。
• 道次数量：每道层厚0.5-2.0mm，总道数5-20道。
• 道间温度：控制在200-300°C，防止前道层过热软化。
• 焊接速度：50-150mm/min，视工艺方法和层厚调整。
• 预热温度：200-300°C，降低冷却速率，减少残余应力。
• 焊后热处理：600-650°C×2-4h去应力退火，消除焊接残余应力。

质量控制关键点

从质量控制的角度，冷轧支承辊堆焊修复的质量控制应关注以下环节：

1. 基材准备：辊颈表面应打磨至Ra≤6.3μm，去除氧化皮和油污，必要时进行渗氮预处理以提高结合强度。
2. 堆焊层检测：每堆焊3-5道进行一次金相检查，确认组织正常、无裂纹和气孔。
3. 硬度检测：堆焊完成后，沿层厚方向进行硬度梯度检测，确认硬度分布均匀。
4. 无损检测：采用MT（磁粉检测）检查表面裂纹，采用UT（超声检测）检查层间缺陷。
5. 尺寸精度：修复后的辊颈圆度和跳动应满足原设计精度要求（通常≤0.02mm）。

技术展望与工程建议

技术发展趋势

从技术发展趋势来看，冷轧支承辊堆焊修复技术将向以下方向发展：

1. 高性能堆焊材料：开发兼具高硬度和良好韧性的新型合金材料，如高熵合金基堆焊材料、纳米复合堆焊材料等。
2. 智能焊接工艺：结合在线监测和反馈控制，实现堆焊过程的智能化控制，确保质量一致性。
3. 增材制造技术：金属增材制造（如选区激光熔化SLM）技术有望在轧辊局部修复中发挥重要作用。
4. 表面工程复合技术：堆焊层表面再施加物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）涂层，进一步提升表面性能。

工程实践建议

基于文献内容和工程经验，提出以下实践建议：

• 材料选择应遵循"性能匹配、成本合理"的原则，避免过度追求高性能而导致成本失控。
• 工艺参数应通过工艺试验（WPS/PQR）确定，不得凭经验随意调整。
• 焊后热处理是保证修复质量的必要工序，不可省略。
• 建立堆焊修复的完整技术档案，记录材料批次、工艺参数、检测结果等信息，便于质量追溯。
• 对修复后的支承辊进行跟踪监控，记录服役时间和失效模式，为后续修复提供数据支撑。

学习心得与启示

该综述文献的价值在于为技术人员提供了一个全面的技术图谱，帮助理解冷轧支承辊堆焊修复的整体技术体系。从材料到工艺、从现状到展望，文献的逻辑框架清晰，信息量大，适合作为入门学习和技术查阅的参考。

在实际工作中，我深刻体会到：轧辊修复不仅仅是"补上材料"那么简单，而是一个涉及材料科学、焊接冶金、力学性能、服役环境等多学科交叉的系统工程。每一个技术决策都需要综合考虑性能、成本、工期、可靠性等多个因素，没有单一维度的最优解。

该文献提醒我们，国内在高端堆焊材料方面仍有差距，这是未来技术攻关的重点方向。作为焊接技术人员，我们不仅要掌握现有技术的应用，还要关注前沿材料的发展，为未来技术的工程化应用做好准备。冷轧支承辊堆焊修复技术的进步，将直接提升轧钢生产线的设备利用率和产品竞争力，具有重要的产业意义。