烧结型合金焊剂堆焊φ850钢轧辊工艺技术学习体会

文献概况与技术背景

本文发表于1993年《鞍钢技术》第2期，由鞍钢技工学校张雅梓、张雯、张炳祥三位作者完成，系统阐述了采用烧结型合金焊剂对富拉尔基重型机械厂生产的80CrMnMo锻钢轧辊进行堆焊修复的工艺技术。φ850轧辊属于大型锻钢轧辊，广泛应用于中厚板轧制生产线，其工作表面在长期服役过程中会因高温氧化、机械磨损及热疲劳而产生严重的表面损伤，传统更换新辊方案成本高昂且周期长，堆焊修复技术因此具有重要的经济价值和工程意义。

该文献的技术路线可概括为：探伤检测—车削加工—预热处理—堆焊施工—回火消除应力—硬度检测与验收。整个流程体现了经典的热处理工艺与焊接工艺协同控制的思想，尤其在预热、保温、后热三个温度控制环节上体现了对残余应力与裂纹防控的深刻理解。

核心工艺参数与工艺窗口分析

文献给出的关键工艺参数如下表所示：

预热与保温的冶金学意义

80CrMnMo属于中碳合金调质钢，淬硬倾向显著，焊接热影响区极易形成高硬度的马氏体组织，从而引发冷裂纹。文献要求在堆焊前对轧辊整体预热，并在堆焊过程中始终保持轧辊温度不低于300 ℃，这一工艺要求的核心目的是降低焊接接头的冷却速度，使热影响区获得较为均匀的回火索氏体组织而非脆性马氏体。焊层间温度控制在260～280 ℃，既保证了层间充分熔合，又避免了温度过高导致母材过热区晶粒粗化。

回火处理的关键性

堆焊完成后进行550±10 ℃、保温8 h的回火处理，是该工艺中不可或缺的后处理环节。回火的目的是消除焊接残余应力、改善堆焊层与母材的冶金结合质量、降低组织硬度以消除应力集中。对于锻钢轧辊这类承受交变载荷的大型构件，残余应力若未充分消除，在服役过程中极易成为裂纹萌生的源头，导致早期疲劳失效。

焊剂选择与焊接方法特点

烧结型合金焊剂属于埋弧焊用焊剂体系，其特点是：焊剂颗粒经烧结成型，具有较好的熔渣流动性和脱渣性；合金元素可通过焊剂向熔池过渡，实现堆焊层的成分调控；电弧稳定，飞溅小，熔敷效率高。与药芯焊丝或实芯焊丝相比，埋弧焊在大直径轧辊堆焊中具有明显的效率优势。

烧结型合金焊剂中的合金元素（如Cr、Mo、V等）能够提高堆焊层的硬度、耐磨性和抗氧化性，这对于轧辊工作表面抵抗高温氧化和机械磨损至关重要。文献中堆焊后平均硬度HRC 35～44，说明堆焊层硬度略高于母材，这有利于提高轧辊表面的耐磨性能，同时不会因硬度过高而导致脆性断裂。

经济效益与工程实践反思

文献指出，堆焊修复4支轧辊共节约39.87万元，按1993年的物价水平，这一经济效益相当可观。从工程实践角度看，轧辊堆焊修复技术的关键难点在于：

• 母材与堆焊层的冶金匹配：80CrMnMo为调质态锻钢，堆焊层成分和硬度需与母材协调，避免产生过大的硬度梯度导致界面脆化。
• 残余应力控制：大直径轧辊的焊接残余应力分布复杂，预热—保温—后热的温度梯度控制是防止裂纹的核心手段。
• 多层堆焊的层间控制：每层焊道厚度2～3.5 mm，需要严格控制层间温度，防止因温度过高或过低导致组织异常。

从现代焊接技术视角审视，该文献的工艺思想至今仍具有指导意义。当前大型锻钢轧辊的堆焊修复普遍采用埋弧自动焊或药芯焊丝埋弧焊，工艺参数虽有所优化，但预热温度、层间温度控制、回火消除应力等基本原则并未改变。对于从事轧辊修复技术的工程人员而言，理解这些经典工艺参数背后的冶金学原理，比单纯记忆参数数值更为重要。

学习心得与启示

本文虽然发表于1993年，但其技术思想——即通过合理的预热、保温和回火工艺来控制焊接残余应力、防止冷裂纹——至今仍是大型锻钢件堆焊修复的核心原则。在实际工程中，许多技术人员往往重视焊接参数的选择而忽视温度控制的重要性，导致堆焊层出现裂纹或剥落。该文献的经验提醒我们：在大型锻钢件堆焊修复中，温度控制（预热温度、层间温度、后热温度）的重要性不亚于焊接电流和速度的选择。此外，堆焊后硬度HRC 35～44的范围也提示我们，堆焊层的硬度不宜过高，应兼顾耐磨性与韧性，避免脆性失效。这一工程哲学对于当代大型装备的堆焊修复技术仍具有重要的参考价值。