连铸辊堆焊用药芯焊带研究学习体会

文献背景与技术需求

本文出自哈尔滨焊接研究所赵春燕等人在《焊接》1997年第11期的发表，围绕连铸机导辊的修复与强化需求，系统研究了药芯焊带的成分设计、筛选及性能验证。连铸辊是连铸生产线的核心部件之一，其工作表面承受钢水的高温冲刷、机械摩擦以及急冷急热的热循环作用，服役环境极为恶劣。堆焊修复技术是延长连铸辊使用寿命、降低生产成本的重要手段，而焊材的性能直接决定了堆焊层的质量与寿命。

药芯焊带的成分设计与筛选

设计原则与思路

药芯焊带（Flux-Cored Strip）相较于实心焊丝，具有熔敷效率高、合金收得率高、焊接工艺性能优良等特点，特别适合连铸辊埋弧自动堆焊的大面积、高效率生产需求。作者在设计DL-11型药芯焊带时，遵循以下原则：

耐磨性优先：通过添加Cr、Mo、V等合金元素，形成高硬度的碳化物相（如Cr7C3、Mo2C、VC），提高堆焊层的耐磨性能。
耐冷热疲劳性：连铸辊承受反复的温度循环，堆焊层需具有良好的抗热疲劳开裂能力。这要求焊带成分中适当控制C含量，避免过多的脆性相，同时添加Ni、Ti等元素改善韧性。
耐高温氧化性：钢水温度通常在1500℃以上，堆焊层需在高氧化性气氛下保持性能稳定，Cr和Al的添加是关键。
焊接工艺性：药芯焊带需保证电弧稳定性、脱渣性好、飞溅小，以适应埋弧自动堆焊的连续作业要求。

关键合金元素的作用

合金元素	典型添加量	主要作用
Cr	6%～10%	形成Cr7C3硬质相，提高耐磨性和耐氧化性
Mo	2%～5%	形成Mo2C硬质相，提高红硬性和热疲劳抗力
V	1%～3%	形成VC硬质相，细化晶粒，提高耐磨性
Ni	2%～5%	改善韧性，降低冷裂纹敏感性
Ti	0.5%～2%	形成TiC，细化组织，改善热疲劳性能
C	0.5%～1.0%	保证足够的碳化物形成量，但过高会降低韧性

性能试验与结果分析

堆焊层硬度与组织

作者对DL-11型药芯焊带的堆焊层进行了系统的性能测试。堆焊层硬度是衡量耐磨性的关键指标，通常要求达到40～50 HRC以上。从金相组织来看，理想的堆焊层应呈现"韧基体+弥散硬质相"的组织特征，即基体为回火马氏体或贝氏体，其中弥散分布着Cr7C3、Mo2C、VC等硬质碳化物。这种组织既保证了足够的硬度，又避免了因过多脆性相而导致的早期剥落。

耐冷热疲劳性试验

连铸辊的热疲劳试验是评价焊带性能的关键环节。作者采用模拟实际工况的热循环试验，对堆焊层进行多次加热-冷却循环，观察裂纹的产生与扩展。试验结果表明，DL-11型药芯焊带的堆焊层在经历数百次热循环后，仍保持良好的完整性，未出现明显的裂纹和剥落。这一结果与焊带中Ni、Ti等韧性改善元素的添加密切相关。

产品堆焊试验

在产品堆焊试验阶段，作者对实际连铸辊进行了批量堆焊修复，验证了DL-11型药芯焊带的工程适用性。试验结果表明，该焊带在埋弧自动堆焊条件下具有良好的工艺稳定性，熔敷效率高，堆焊层均匀致密，满足连铸辊修复的质量要求。

工艺参数与质量控制要点

埋弧自动堆焊的典型工艺参数

参数	典型范围	说明
焊接电流	300～500 A	根据辊径和堆焊层厚度调整
焊接电压	28～35 V	与电流匹配，保证电弧稳定
焊接速度	0.8～1.5 m/min	速度过快导致熔敷率不足，过慢则热输入过大
预热温度	100～150℃	降低冷裂纹敏感性
层间温度	≤300℃	控制晶粒粗化和残余应力
保护气体	无（埋弧焊自保护）	药芯焊带自带熔剂保护

常见缺陷与预防措施

气孔：药芯焊带受潮或焊接区域有油污。预防：焊带使用前烘干，焊前清理。
裂纹：热输入过大或层间温度过高。预防：严格控制层间温度，适当降低焊接电流。
稀释率过高：焊接速度过慢或电流过大。预防：优化工艺参数，适当提高焊接速度。
表面粗糙：焊道重叠不当。预防：控制焊道间距，确保适当重叠率（通常为焊道宽度的30%～50%）。

学习心得与工程启示

这篇文献虽然发表于1997年，但其技术思路和研究方法至今仍具有重要的参考价值。药芯焊带技术在连铸辊修复领域的成功应用，体现了"材料设计-工艺优化-性能验证"的完整研发链条。对于当前从事连铸设备维护的技术人员而言，DL-11型药芯焊带的研发经验提供了以下启示：

第一，焊材的成分设计必须紧密结合实际工况需求，不能简单照搬通用焊材的标准成分。第二，性能验证不能仅停留在实验室试板阶段，必须通过产品级堆焊试验来验证工程适用性。第三，工艺参数的优化是一个系统工程，需要综合考虑焊接效率、堆焊层质量和经济性等多方面因素。这些经验对于当前新型耐磨焊材的研发和现有焊材的推广应用，都具有重要的指导意义。