预热对夹送辊堆焊裂纹影响的学习体会

文献概况与工程背景

本文由西安航空职业技术学院王丽华和陕西压延设备厂惠渊博发表于2006年《热加工工艺》期刊，针对夹送辊堆焊中冷裂纹和热裂纹两大质量问题，系统研究了预热方法对消除裂纹的影响。夹送辊是轧机中用于夹持和输送轧件的辊子，其工作表面需要承受高温、高压和机械磨损的综合作用，因此通常采用堆焊硬质合金层来恢复辊面性能。然而，夹送辊堆焊过程中裂纹问题突出，严重影响辊面使用寿命和设备运行可靠性。

裂纹类型与成因分析

冷裂纹与热裂纹的对比

文献清晰地区分了夹送辊堆焊中两种主要裂纹类型的成因：

裂纹类型	主要成因	发生时机	典型位置	预防措施
冷裂纹	淬硬组织、氢的存在	焊后冷却至Ms点以下	焊缝或HAZ	预热、低氢焊材、焊后热处理
热裂纹	液态薄膜、焊接应力	凝固过程中	焊缝中心或晶间	预热、控制热输入、优化成分

冷裂纹的三要素

冷裂纹的产生需要同时满足三个条件：淬硬组织（硬度>400HV）、扩散氢含量过高（>2.0 ml/100g）、焊接残余拉应力。预热通过减缓冷却速率，降低淬硬组织的形成倾向，从而有效抑制冷裂纹。

热裂纹的"液态薄膜"机理

热裂纹的成因相对复杂。文献中提到的"液态薄膜"是指在焊缝凝固过程中，晶界处残留的低熔点共晶液膜。当焊接应力作用于这些液态薄膜时，薄膜被拉伸破裂，形成热裂纹。预热通过提高母材温度，改变焊接热循环特征，影响凝固过程中的凝固模式和应力状态，从而降低热裂纹敏感性。

预热工艺参数的确定

预热温度的选择依据

预热温度的确定需要综合考虑以下因素：

母材碳当量：碳当量越高，所需预热温度越高。对于高碳合金钢辊面，预热温度通常为200-400℃
堆焊层厚度：堆焊层越厚，冷却速率越慢，所需预热温度可适当降低
焊材类型：低氢焊材可降低预热温度要求，高氢焊材则需更高预热温度
环境温度：低温环境下应适当提高预热温度

预热方式对比

预热方式	适用场景	优点	缺点
火焰预热	大型辊子、现场修复	设备简单、成本低	温度均匀性差、效率低
电加热预热	中小型辊子	温度可控、效率高	设备投资大
感应预热	局部预热	加热快速、温度均匀	设备复杂、成本较高
中频感应预热	大直径辊子	加热均匀、效率高	设备投资大

工程实践中的预热策略

在实际的夹送辊堆焊修复中，我总结出以下预热策略：

分层预热方案

对于大面积堆焊的夹送辊，建议采用"整体预热+局部加强预热"的组合方案：

整体预热：采用火焰或感应加热将辊体整体预热至150-200℃
局部加强预热：在焊接区域附近采用火焰局部加热至300-350℃
层间温度控制：多层堆焊时，保持层间温度不低于150℃

预热与焊后热处理的协同

预热与焊后热处理应作为一个整体工艺方案来设计。预热的主要作用是减缓冷却速率、降低淬硬倾向；焊后热处理的主要作用是消除残余应力、改善组织。两者的协同效应可以显著降低裂纹率：

预热温度：200-350℃（根据母材碳当量确定）
焊后热处理温度：550-650℃
焊后热处理保温时间：2-4小时（根据辊子尺寸确定）
焊后热处理冷却方式：随炉冷却至300℃以下出炉空冷

学习心得与工程启示

这篇文献虽然篇幅不长，但其对预热这一传统工艺措施的系统研究，体现了"小措施解决大问题"的工程智慧。在焊接工艺优化中，预热是最基本也是最重要的措施之一，但在实际生产中，预热的实施往往不够规范：预热温度不准确、预热范围不足、层间温度失控等问题普遍存在。

我认为，预热工艺的实施应纳入质量管理体系进行严格管控。具体建议包括：

建立预热温度与母材碳当量的对应关系表，作为工艺规程的组成部分
配备温度测量和记录设备，确保预热温度可追溯
制定层间温度控制标准，明确多层堆焊时的温度要求
将预热效果纳入焊接工艺评定（WPS/PQR）的考核内容

此外，文献中同时研究冷裂纹和热裂纹的预热效果，这一研究视角值得肯定。在实际生产中，两种裂纹可能同时存在，单纯的冷裂纹预防措施不一定能有效抑制热裂纹。系统性的工艺优化应同时考虑两种裂纹的预防需求，通过合理的预热温度、热输入控制和焊材选择，实现"一箭双雕"的效果。