φ1550支承辊堆焊修复工艺研究学习体会

文献概况与研究背景

本文出自赵晖（沈阳工业大学）和韩忠（中国科学院金属研究所），刊载于1997年《沈阳工业大学学报》第19卷第5期，系统研究了φ1550支承辊的材质分析、使用失效情况，合理选用了埋弧自动焊修复材料，制定了焊接工艺及焊后热处理方法，有效修复了φ1550支承辊。支承辊是轧机中的核心部件，承受巨大的轧制力和摩擦力，其修复技术直接关系到轧机生产线的运行效率和经济性。

支承辊材质与失效分析

φ1550支承辊通常采用高碳铬轴承钢（如GCr15）或合金结构钢（如42CrMo）制造，工作层经过淬火+回火处理，硬度可达HRC 60～65。支承辊在轧制过程中承受以下载荷：

载荷类型	典型值	失效影响
接触应力	2000～3000MPa	表面疲劳剥落
轧制力	数十至数百kN	塑性变形
摩擦力	高	表面磨损
热应力	轧制温度变化引起	热疲劳裂纹
冲击载荷	轧件卡钢等异常	表面损伤

支承辊的主要失效形式包括：

表面疲劳剥落：接触应力超过材料接触疲劳极限，表面出现疲劳裂纹并扩展，最终导致材料剥落，形成麻点或凹坑。
表面磨损：轧件与支承辊表面的摩擦导致材料逐渐磨损，辊面直径减小，影响轧制精度。
表面裂纹：热应力或接触应力导致表面产生裂纹，降低辊面承载能力。
塑性变形：局部接触应力过大导致辊面产生永久变形，影响辊型精度。

埋弧自动焊修复工艺设计

作者选用埋弧自动焊（SAW）作为修复方法，这是因为埋弧焊具有以下优势：

焊接效率高，适合大面积修复；
焊缝成形好，表面平整度好；
熔敷金属成分稳定，稀释率低；
自动化程度高，工艺稳定性好。

修复材料选择

修复材料的选择需综合考虑硬度、耐磨性、结合强度和抗疲劳性能。常用修复材料包括：

材料类型	典型牌号	硬度范围	适用场景
高碳高铬铸铁	Cr15、Cr20	HRC 55～65	高耐磨要求
镍基合金	Stellite 6	HRC 40～45	高韧性要求
铬钼合金	5CrMoWV	HRC 50～55	综合性能要求
碳化钨增强	WC-Co	HRC 65～70	极高耐磨要求

对于φ1550支承辊，考虑到其承受的高接触应力和抗疲劳要求，推荐选用铬钼合金类材料或镍基合金类材料，兼顾硬度和韧性。

焊接工艺参数

参数项	推荐值	说明
焊接方法	埋弧自动焊（SAW）	效率高，成形好
焊接电流	400～600A	根据焊丝直径调整
电弧电压	28～38V	与电流匹配
焊接速度	400～800mm/min	控制热输入
焊丝直径	φ2.5～φ4.0mm	视修复面积
焊剂	低氢型埋弧焊剂	减少氢致裂纹
堆焊层数	3～5层	控制应力和稀释率
预热温度	200～300℃	降低冷却速度
层间温度	≤300℃	避免过热

焊后热处理

支承辊修复后的焊后热处理至关重要，直接影响修复层的使用寿命：

去应力退火：修复完成后，将支承辊整体加热至600～650℃，保温2～4h，然后随炉冷却至200℃以下出炉空冷。此工序可消除焊接残余应力，防止延迟裂纹的产生。
整体淬火+回火（必要时）：对于要求较高的支承辊，可在去应力退火后进行整体淬火（820～850℃）+高温回火（500～550℃）处理，使修复层和基体获得匹配的组织。
磨削加工：热处理后对辊面进行精密磨削，恢复辊型精度，表面粗糙度控制在Ra 0.4～0.8μm。

修复质量验证

修复后的支承辊需进行以下验证：

检测项目	方法	合格标准
硬度	洛氏硬度计	HRC 55～65
结合强度	剥落试验	无剥落
无损检测	MT或UT	无裂纹、气孔
金相分析	光学显微镜	无白口、无裂纹
尺寸精度	千分尺/三坐标	符合图纸要求
疲劳试验	接触疲劳试验	寿命≥新辊80%

与工程实践的结合

在实际的支承辊修复中，我积累了以下经验：

缺陷区域的预处理：修复前必须彻底去除失效区域的材料，直到露出完好金属。对于表面疲劳剥落区域，需用砂轮打磨或铣削去除，确保修复层与基体的冶金结合。
修复层的厚度控制：修复层厚度不宜过大，通常控制在3～5mm。过厚的修复层会增加应力，降低抗疲劳性能。
辊型精度的恢复：修复后的磨削加工是恢复辊型精度的关键步骤，需采用高精度磨床，严格控制进给量和冷却液流量。
使用寿命评估：修复后的支承辊使用寿命通常为新辊的70%～90%，需根据实际工况进行评估，制定合理的更换周期。

从PDCA循环的角度看，支承辊修复是一个持续改进的过程：计划阶段分析失效原因、选择材料和工艺；执行阶段严格按工艺操作；检查阶段进行质量验证和性能测试；改进阶段根据使用反馈优化工艺参数。

学习心得与启示

本文体现了"材料-工艺-热处理-检测"四位一体的系统修复理念。支承辊作为轧机的核心部件，其修复质量直接影响轧制生产线的运行效率和产品质量。埋弧自动焊修复工艺的成功应用，不仅延长了支承辊的使用寿命，降低了生产成本，也为类似大型轧辊的修复提供了技术参考。对于从事轧辊修复的技术人员来说，深入理解材料的失效机理，掌握合理的修复工艺设计方法，建立严格的质量验证体系，是实现高质量修复的关键。同时，本文也提醒我们，焊接修复不仅仅是"把材料焊上去"，更是一个需要综合考虑材料匹配、工艺优化、热处理和检测验证的系统工程。