连铸辊堆焊技术现状的学习体会

文献概况与行业背景

本文发表于2006年《焊接》第10期，作者来自宝钢设备检修公司，对连铸辊堆焊技术的现状进行了浅析。连铸辊是连铸机的核心部件，直接与高温钢水接触，承受着极高的热负荷、机械载荷和热疲劳应力。连铸辊的堆焊修复技术是钢铁企业降低生产成本、提高设备利用率的关键技术之一。

连铸辊的工况极为严苛：结晶器铜板需承受1500℃以上钢水的热冲击，中间辊需承受1200～1400℃的高温钢水直接接触，二冷段辊则承受1000～1200℃的辐射热和辊面磨损。这些辊面材料通常需要在高硬度、高耐磨性、高耐热疲劳性之间取得平衡，堆焊技术是实现这一目标的重要手段。

连铸辊堆焊技术的主要类型

按堆焊材料分类

按焊接方法分类

• 手工电弧焊（SMAW）：灵活性好，适用于现场修复，但效率低、质量一致性差。
• 埋弧自动焊（SAW）：效率高、熔敷量大，适用于大面积辊面堆焊，是连铸辊修复的主流方法。
• 药芯焊丝埋弧焊（FCAW-SA）：熔敷效率高，合金化能力强，适用于高合金堆焊层。
• 等离子弧堆焊（PAW）：熔池窄、稀释率低，适用于精密堆焊，但效率较低。
• 堆焊复合工艺：多层多道组合，底层过渡层+中间功能层+表面耐磨层。

典型堆焊工艺结构

连铸辊的堆焊修复通常采用多层复合结构：

1. 底层（过渡层）：采用309不锈钢或镍基合金焊材，解决母材与功能层之间的冶金兼容性问题，防止裂纹。
2. 中间层：根据工况需求选择高铬铸铁或高锰钢，提供主要的耐磨性能。
3. 表面层：采用高硬度耐磨材料，如高铬铸铁或碳化钨堆焊层，提供最终的耐磨保护。

关键技术挑战与对策

热疲劳裂纹控制

连铸辊面承受反复的热循环载荷，热疲劳裂纹是堆焊层失效的主要形式之一。控制热疲劳裂纹的关键措施包括：

• 选择热膨胀系数与母材匹配良好的堆焊材料，减少热应力；
• 优化堆焊层厚度，避免过厚堆焊层产生过大热应力；
• 控制堆焊道次间的温度，避免局部过热；
• 堆焊后进行去应力退火，消除残余应力。

稀释率控制

堆焊层的合金成分受母材稀释影响，稀释率过高会导致堆焊层硬度和耐磨性下降。控制稀释率的措施包括：

• 采用低稀释率焊接方法（如PAW）；
• 增加堆焊道次数，使后续道次的稀释率降低；
• 采用开槽堆焊，增加堆焊层的相对厚度；
• 选用合金含量高的焊材，补偿稀释损失。

辊面平整度控制

连铸辊面平整度直接影响铸坯表面质量和连铸工艺稳定性。堆焊后辊面的平整度控制要点：

• 严格控制堆焊道次的搭接量和层厚均匀性；
• 堆焊后进行精加工（车削或磨削），确保辊面圆度和粗糙度满足要求；
• 采用自动化堆焊设备，提高堆焊层的均匀性。

工程实践中的经验总结

在钢铁企业连铸辊修复的实际工作中，我总结了以下关键经验：

第一，材料选择必须与工况匹配。 结晶器铜板以热疲劳为主要失效模式，应优先选择高导热铜合金堆焊材料；中间辊以磨粒磨损和热疲劳复合失效为主，高铬铸铁堆焊层效果最佳；二冷辊以辐射热和氧化磨损为主，镍基合金或高铬铸铁均可适用。

第二，工艺参数需根据辊型调整。 不同辊型（水平辊、弧形辊、扇形段辊）的曲率半径和辊面宽度不同，对堆焊工艺参数（焊接速度、电流、道次间距）的要求也不同。弧形辊的堆焊需考虑曲率对焊接变形的影响，通常需要在辊体上设置定位标记，控制道次间的对中性。

第三，堆焊后的热处理不可忽视。 多层堆焊后，堆焊层中存在较大的残余应力，必须进行去应力退火处理。退火温度通常控制在600～700℃（对于高铬铸铁堆焊层），保温时间根据辊体厚度确定，一般为2～4小时。退火不当可能导致堆焊层硬度下降或产生新的裂纹。

第四，检测手段需全面。 堆焊层的质量检测应包括：硬度检测（确保硬度均匀且达标）、金相分析（观察组织形态和碳化物分布）、无损检测（UT或MT检测裂纹和未熔合缺陷）、辊面几何检测（圆度、粗糙度、平整度）。

学习心得与启示

本文虽然是对连铸辊堆焊技术现状的浅析，但为我们提供了一个全面的技术概览。从2006年至今，连铸辊堆焊技术已取得了显著进步：自动化堆焊设备的普及提高了堆焊质量和效率，新型高合金堆焊材料的开发提升了辊面使用寿命，在线修复技术的发展减少了停机时间。

从工程实践角度，我认为连铸辊堆焊技术的核心在于"三匹配"：材料匹配（堆焊材料与工况的匹配）、工艺匹配（焊接参数与辊型的匹配）、检测匹配（检测手段与质量要求的匹配）。只有做到三匹配，才能实现连铸辊堆焊修复的可靠性和经济性。

对于钢铁企业的设备维护技术人员，连铸辊堆焊技术的学习应注重以下方面：一是深入理解不同工况下的辊面失效机理，为材料选择提供依据；二是掌握多层复合堆焊的工艺要点，特别是稀释率控制和层间温度管理；三是建立完善的堆焊质量检测体系，确保修复质量。连铸辊作为连铸机的核心部件，其堆焊修复质量直接影响连铸生产的安全性和经济性，值得技术人员持续关注和深入研究。