热轧支承辊堆焊技术研究学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于2009年《四川冶金》期刊，由攀枝花钢铁研究院林剑东撰写，系统研究了热轧支承辊堆焊修复技术。该研究针对攀钢热轧板厂支承辊超差后堆焊修复使用寿命低的实际问题，自主研制了PR J225药芯焊丝，匹配107焊剂，采用SAW（埋弧焊）工艺进行堆焊修复。研究结果表明，修复后的支承辊平均过钢量达到65万吨以上，最高过钢量达112.6万吨，达到国内领先水平。

热轧支承辊是热轧生产线的关键备件，其使用寿命直接影响生产效率和运营成本。支承辊在工作过程中承受巨大的接触应力和摩擦力，辊面磨损后需进行堆焊修复。传统的H25Cr3Mo2MnVA焊丝堆焊修复效果不理想，使用寿命低，导致频繁更换，严重影响生产连续性。

核心技术与材料研究

堆焊材料设计与性能对比

PR J225药芯焊丝的研制体现了"材料-工艺"协同优化的设计理念。药芯焊丝相比实芯焊丝具有以下优势：

• 合金元素过渡系数高：药芯中的合金粉末可在熔敷过程中充分熔化，合金元素过渡系数可达80%以上，而实芯焊丝通常仅为50%~70%；
• 熔敷效率高：药芯焊丝的熔敷效率比实芯焊丝提高30%~50%，显著降低堆焊成本；
• 工艺稳定性好：药芯焊丝电弧稳定，飞溅小，适合自动化堆焊作业。

堆焊工艺参数优化

热轧支承辊堆焊的工艺参数选择直接影响堆焊层的性能。关键工艺参数包括：

1. 焊接方法：采用SAW（埋弧焊），利用焊剂保护，熔敷效率高，适合大面积堆焊；
2. 焊接电流：根据辊面直径和堆焊层厚度选择，通常在800~1200A范围内；
3. 焊接速度：控制在0.8~1.5m/min，确保熔敷层均匀致密；
4. 层间温度：控制在200~300℃，防止冷裂纹同时保证层间结合质量；
5. 焊道布置：采用多道多层堆焊，道间宽度与焊丝直径匹配，确保熔合良好；
6. 焊后处理：堆焊后进行去应力退火，消除残余应力，防止辊面微裂纹。

堆焊层微观组织分析

堆焊层的微观组织是决定其耐磨性和抗接触疲劳性能的关键因素。PR J225焊丝堆焊层的典型组织特征包括：

• 基体组织：回火马氏体+回火索氏体，提供基体硬度和韧性；
• 碳化物：M23C6、M7C3等合金碳化物，提供耐磨性；
• 析出相：细小弥散的合金碳化物析出相，通过沉淀强化提高硬度；
• 晶粒尺寸：细晶组织，提高韧性和抗裂纹扩展能力。

裂纹扩展速率的降低表明PR J225焊丝堆焊层具有更好的抗接触疲劳性能，这是支承辊堆焊修复的关键性能指标。

工程实践与质量控制

支承辊堆焊修复工艺流程

热轧支承辊堆焊修复的完整工艺流程如下：

1. 辊面检测：测量辊面磨损量、粗糙度、硬度，确定超差区域；
2. 辊面预处理：打磨辊面，去除氧化皮和油污，必要时进行超声波检测排除内部缺陷；
3. 堆焊打底：采用低氢型焊材进行打底焊，确保与母材的良好冶金结合；
4. 堆焊填充：采用PR J225药芯焊丝+107焊剂进行多层堆焊，控制层间温度；
5. 堆焊盖面：控制盖面层硬度，确保辊面硬度和耐磨性满足要求；
6. 磨削加工：磨削辊面至设计尺寸，控制粗糙度Ra≤0.8μm；
7. 热处理：去应力退火，消除堆焊残余应力；
8. 质量检测：硬度检测、表面粗糙度检测、尺寸精度检测、无损检测；
9. 安装使用：合格产品安装上线，记录使用工况和过钢量。

质量控制要点

常见缺陷与对策

支承辊堆焊修复中常见的缺陷及对策如下：

1. 层间裂纹：

• 原因：母材淬硬倾向大、层间温度低、焊材氢含量高；
• 对策：预热母材至200~300℃，控制层间温度不低于150℃，使用低氢焊材。

1. 表面裂纹：

• 原因：堆焊层与母材膨胀系数差异、残余应力过大；
• 对策：优化焊道布置，减小单道焊道宽度，焊后去应力退火。

1. 硬度不均：

• 原因：焊接参数波动、层间温度控制不当；
• 对策：采用自动焊接设备，严格控制焊接参数，均匀控制层间温度。

1. 辊面超差：

• 原因：堆焊层变形、磨削余量不足；
• 对策：增加堆焊余量，优化焊道布置减少变形，磨削前进行尺寸预检。

技术经济分析与推广价值

经济效益评估

支承辊堆焊修复相比新辊制造的经济效益显著：

• 成本降低：堆焊修复成本约为新辊制造成本的30%~50%；
• 工期缩短：堆焊修复周期约为新辊制造周期的1/3~1/2；
• 过钢量提升：PR J225焊丝堆焊修复的过钢量达到国内领先水平，综合效益显著。

技术推广意义

本文的技术成果对国内热轧支承辊堆焊修复行业具有重要的推广价值：

1. 材料创新：PR J225药芯焊丝的研制填补了国内热轧支承辊堆焊材料的空白；
2. 工艺优化：SAW堆焊工艺的优化为行业提供了可复制的工艺方案；
3. 性能提升：过钢量的显著提升证明了材料-工艺协同优化的有效性；
4. 标准化基础：研究成果为制定行业堆焊修复标准提供了数据支撑。

学习心得与工程启示

本文的研究充分体现了"问题导向、材料创新、工艺优化"的技术研发路径。在钢管和管件制造领域，堆焊修复技术同样具有重要应用价值。例如：

• 管线管修复：对磨损或腐蚀的管线管进行堆焊修复，延长使用寿命；
• 法兰密封面修复：对磨损的法兰密封面进行堆焊修复，恢复密封性能；
• 耐磨管件堆焊：在弯头、三通等易磨损管件表面堆焊耐磨层，提高使用寿命。

从质量控制的角度，支承辊堆焊修复的质量控制经验可推广至管件堆焊修复领域：

1. 焊材选择需进行严格的工艺评定，确保冶金匹配和性能达标；
2. 焊接过程需严格控制工艺参数，特别是层间温度和焊接热输入；
3. 焊后热处理不可省略，残余应力消除是防止后期开裂的关键；
4. 堆焊修复后的无损检测必须全面，确保无裂纹和内部缺陷。

从技术发展的角度看，热轧支承辊堆焊修复技术的研究为管件堆焊修复提供了重要的技术借鉴。随着焊接材料和焊接工艺的不断进步，堆焊修复技术将在钢管和管件制造领域发挥越来越重要的作用。