轧辊堆焊制造说明书Word格式文档下载.docx
《轧辊堆焊制造说明书Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轧辊堆焊制造说明书Word格式文档下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
硬度（HB）
Q235
钢
C
Mn
Si
P
S
σb
σs
δ
Ψ
HB
≤
375-460
235
25-27
60
150
2.1.2焊丝资料的选用
焊丝是直接影响堆焊金属的化学成分、组织和性能的一个最主要的因素.我组轧辊堆焊的主要目的就是提高轧辊的耐磨性,即提高轧辊的耐磨、耐热疲劳、耐高温冲击性能,并修复轧辊尺寸.再考虑到基体资料的焊接性,应选用与基体具有相近的膨胀系数的焊接资料,以减少堆焊难度和防止焊接缺陷的发生.
焊丝因加Cr、Mo、W、Si等元素,使其性能年夜年夜提高.W、Mo、V在合金中能形成稳定的碳化物并能降低碳在合金中的扩散速度,使碳化物在高温下易分解和集聚,因此合金在高温时仍能坚持较高的硬度和耐磨性.Cr的主导作用在于强烈提高淬透性和高温抗氧化能力.坚持中碳的含量,一方面保证钢具有一定的韧性,另一方面能接受一定的冲击载荷．因而3Cr2W8V、3Cr13都是良好的轧辊堆焊资料.采纳药芯焊丝技术,又使其性能有一定的提高.焊丝使用前,应仔细除油．除锈,防止堆焊过程中气孔的发生,需要时,应用丙酮清洗.
根据这些原则,我选用了3Cr2W8V实芯焊丝作为堆焊资料进行试验,焊丝直径d为φ3.2mm,其化学成分见表2-2.
表2-23Cr2W8V焊丝的化学成分
焊
丝
化学成分/%
Cr
Ni
W
V
3Cr2W8V
-
选择焊丝除考虑具有合适的化学成分外.焊丝还必需满足以下要求:
1）焊丝直径在整个长度方向上允许偏差须符合表2-3的要求；
表2-3焊丝直径允许偏差
焊丝直径（mm）
12
允许偏差（mm）
注:
焊丝的椭圆度禁绝超越直径公差的0.75倍.
2）焊丝中C,S,P的含量应符合标准；
3）焊丝概况无氧化物、油污等；
4）焊丝应呈卷装,没有角度弯曲.
2.1.3焊剂资料的选用
焊剂在堆焊过程中能起到双重作用,它能使熔融金属的熔池与空气隔开,并使熔融的熔剂与液态的熔融金属在电弧热的作用下起化学反应,向焊缝层过渡金属元素.焊剂的选择主要考虑以下几方面要求:
1）焊剂应能保证堆焊层的正常成型；
2）焊剂应能增进堆焊层获得所需要的化学成分、内部组织及机械性能；
3）焊剂的烧损应该最小；
4）焊剂应能保证堆焊层金属不发生气泡；
5）焊剂应能提高电弧燃烧的稳定性；
6）焊剂凝结后所生成的熔渣,应容易从堆焊层金属的概况脱落；
7）焊剂在熔化时,不应发出对人体有害的气体:
8）焊剂应具有小的吸湿性,即吸收潮气的能力应该小；
9）焊剂的颗粒应当结实,以便在运输中坚持原有颗粒年夜小.
埋弧堆焊所用的焊剂按制造方法分为熔炼焊剂和非熔炼焊剂（烧结焊剂）两年夜类.
熔炼焊剂是将各种矿物性原料按配方比例混合配成炉料,然后在电炉内加热到1300℃以上熔炼成流动性很好的红色熔渣,然后出炉经过水冷粒化、烘干、筛选而制成的焊剂.熔炼焊剂采纳的原料主要有锰矿、硅矿、铝矾土、镁砂、萤石、生石灰、钛铁矿等矿物性原料,另外还加入冰晶石、硼砂等化工产物.由于熔炼焊剂制造中要经高温熔化原料,所以焊剂中不能加碳酸盐、脱氧剂和合金剂,制造高碱度焊剂也很困难.而且,熔炼焊剂经熔炼后不成能坚持原料的原组分不变,所以,熔炼焊剂实质上是各种化合物的组合体.
熔炼焊剂多用于自动埋弧焊接低碳钢、低合金钢.配用合金钢焊丝,也可用于低合金钢、高合金钢埋弧自动焊接或堆焊.熔炼焊剂在埋弧焊接或堆焊过程中对熔化金属只有呵护作用,几乎没有过渡合金的作用.
根据以上要求,选取熔炼焊剂HJ-260.HJ-260焊剂价格廉价,性价比高,是一种低锰高硅型自动焊剂,呈灰色玻璃状颗粒,粒度为0.26-2mm（10-60目）.采纳直流电源,焊丝接正极.其主要优点是:
电弧燃烧稳定,容易脱渣,堆焊焊缝形成好.但堆焊前,焊剂须在300℃左右恒温干燥箱中烘焙1-2h,其化学成分见表2-4.因焊剂有一定的吸水性,使用前必需对焊剂进行烘焙.
表2-4HJ-260焊剂化学成分
熔炼
焊剂
SiO2
MnO
MgO
CaO
CaF2
Al2O3
FeO
HJ-260
29-34
2-4
15-18
4-7
20-25
19-24
≤1
2.2堆焊方法的选用
选择埋弧自动堆焊:
目前在国内外冶金行业使用的堆焊技术有喷镀、气体呵护焊、埋弧焊、电渣焊,其中轧辊埋弧焊是应用最广泛的工艺,具有生产效率高、质量好、经济效益较好的优点.埋弧焊法：
埋弧焊是在一定年夜小颗粒的焊剂层下,由电极与被焊金属之间发生放电而形成电弧和高热,使电极的端头和被焊金属熔化凝结,来完成金属的焊接.早在六十年代,埋弧焊就以其特有的优点进入轧辊的修复和制造业中,而且是目前最经常使用的方法主要原因是:
此方法堆焊质量好、效率高,而轧辊的形状也适合埋弧焊.原则上,埋弧焊工艺为把金属堆焊到辊芯概况提供了一个简单而又有效的手段,或者采纳螺旋状的,或者采纳一道压一道的方法,逐步堆成多层并形成具有所希望的成分和性能的表层.埋弧焊的主要技术要求是:
1）高熔敷速度（每小时最少20kg）；
2）焊后基体及焊层没有明显的缺陷；
3）均匀的焊道金属和热处置性能的一致性；
4）满足工件所要求的力学机械性能.
到目前为止,埋弧焊技术已用于轧钢厂中所有钢质的辅助辊和辊道辊（包括下卷取夹紧辊、某些炉辊、传送辊以及钢板矫直辊等）,所带来的经济效益及劳动生产率的提高等优点已获得了众多厂家的证明.埋弧堆焊修补或制造辊子的技术在初轧机工作辊、热带钢轧辊及精轧机工作辊上应用比力成熟,并均己投入工业生产.除年夜型冷轧辊外,自动埋弧焊几乎广泛冶金企业所有轧辊的修补和制造,熔敷速度最年夜可达30/kg·
h-1以上,概况硬度最高可达HRC60以上.此处采纳单丝埋弧焊,查表取熔敷速度为9/kg·
h-1.
轧辊自动埋弧堆焊的基来源根基理和一般自动埋弧焊接的相同,所用的设备一般均为自动埋弧焊的设备.在自动埋弧堆焊的过程中,堆焊电弧在通有电流的堆焊工件和金属焊丝之间燃烧,堆焊工件和金属焊丝在堆焊电弧的高温作用下被局部和全部熔化.为了呵护熔融的液体金属免受空气中的有害气体影响,以及为了保管堆焊电弧的热量和防止金属的飞溅,采纳了颗粒状的焊剂.即用一层一定厚度的焊剂覆盖在堆焊区上,堆焊电弧又使颗粒状焊剂部份熔化,并使堆焊电弧在有熔化了的焊剂所形成的弹性外壳的空间中燃烧,这个弹性外壳将可靠地将堆焊熔池隔绝于空气.轧辊自动埋弧堆焊方法示意图见图2-2.
图2-2轧辊自动埋弧堆焊方法示意图
金属焊丝1以一定的速度连续、均匀地供给堆焊电弧5,并在堆焊电弧的高温作用下均匀地融化.金属熔滴通过堆焊电弧与钢轧辊6的熔融金属相混合,并形成堆焊熔池7.在熔融金属冷却结晶后获得焊渣壳8和未熔化焊剂9覆盖而成的堆焊金属10.堆焊时,由于钢轧辊的回转,未熔化的焊剂落入回收箱,以便回收再用.己冷却的焊渣壳则在钢轧辊部份重新接近堆焊电弧以前必需被清除失落.金属焊丝成圈地放置在附近的焊丝盘中,通过自动埋弧焊机的送丝机构,连续、均匀地送入堆焊电弧.
2.3轧辊堆焊的转动方式及焊接设备
2.3.1转动方式
采纳轧辊转动,焊枪静止,图2-3为其工作图.
图2-3轧辊埋弧堆焊工作图
2.3.2焊接设备
主要包括：
堆焊设备、预热及焊后热处置炉、机加工设备、产物的质量检测仪器.
2.3.2.1堆焊设备
目前国内冶金轧辊堆焊专用设备已形成系列装备.按堆焊轧辊承重能力小的有可承重5-10t的,最年夜的有可承重80-100t以上的年夜型轧辊专用堆焊设备；
按堆焊轧辊的外形尺寸分,最长堆焊工件长度可达18m（堆焊无缝管厂连轧管机芯棒）,最年夜堆焊工件直径则可达1.5-2m（年夜型热轧支承辊）.
轧辊自动堆焊专用设备从整机系统来看通常主要由4年夜部份组成：
1.设备主体.包括轧辊（工件）转动及支承系统、焊接机头轴向移动系统、机头垂直升降系统、机头导前距离调整机构、机头（前后和左右倾）斜角度调整机构、机头摆念头构、主机架、横梁及相应结构件.
2.焊接系统.包括焊接电源、焊接机头、机头焊接控制箱、机头摆动控制箱、单丝（带）焊枪（双丝焊枪）等.
3.控制系统.包括主控制台（含PLC控制）、主轴驱动变频调速控制、机头轴向移动伺服控制、机头升降驱动控制、保温装置加热及温控系统、焊剂送给与回收电控系统等.
4.辅助系统.包括轧辊（工件）加热与保温装置、焊剂送给与回收系统、除尘系统等.
2.3.2.2预热及焊后热处置炉
轧辊焊前预热及焊后热处置炉目前都尽可能选用电炉,这是由于焊后热处置对炉温的准确性及均匀性有一定的要求（±
10℃）.预热温度320-410℃,热处置最高温度600℃即可.若因电力容量紧张,扩容受限,也可选用燃气炉,但必需保证温度准确可控.预热及焊后热处置炉可根据所堆焊轧辊的规格、重量以及批量等来配置.
2.3.2.3机加工设备
机加工设备主要指通用车床、轧辊车床和磨床,分为粗加工和精加工.其规格能力一般按待加工堆焊轧辊规格和重量来匹配选购.
2.3.2.4产物的质量检测仪器
针对轧辊堆焊,需配备以下检测器具：
超声波探伤仪、磁粉探伤（着色探伤）仪、手持硬度计、手持接触式测温仪、轧辊尺寸丈量器具等.
2.4堆焊工艺
严格执行正确的轧辊堆焊工艺,是保证轧辊堆焊质量的好坏及胜利与否的决定性因素.轧辊堆焊工艺路线见下图2-4：
图2-4轧辊堆焊工艺路线
2.4.1轧辊堆焊前的车削加工
轧辊使用后,由于严重的热磨损、热疲劳,致使孔型概况凹凸不服并有网状龟裂,称为疲劳损伤层.为了保证轧辊堆焊层质量,提高轧辊堆焊效率,在堆焊前必需做好轧辊的概况清理及内部探伤工作,尤其各种裂纹要完全清除.对环裂较深处,采用局部车削,在车削中如发现个另外深孔沙眼,就需用电钻将沙眼钻深、扩年夜,再用手工电弧焊补焊.轧辊堆焊前车削加工的原则是消除轧辊概况的任何缺陷,对新轧辊来说则应根据图纸尺寸将轧辊直径车小倒8-12mm,以保证堆焊层的厚度.另外,在堆焊前车削加工中还应当考虑在堆焊过程中防止熔渣被卡住的问题,所加工部份不应存在锐角.不允许车削后的轧槽有较薄部份,防治轧槽在堆焊过程中呈现局部过热.
轧辊堆焊中由于采纳3Cr2W8V实芯焊丝作为堆焊资料,堆焊后的切削加工时刀具极易磨损和受到破坏.因此,堆焊轧辊粗加工时,采纳硬质合金刀具,磨刀时取负角约5°
.机床转速约10r/min,吃刀量适当减少.
2.4.2轧辊堆焊前的预热
堆焊前的预热是防止焊层呈现裂纹的最有效的办法.它能减小堆焊层金属的冷却速度,减少堆焊层金属的结晶偏析,增加结晶的间隔时间,减少热应力的发生以及防止堆焊层金属发生结晶裂纹等.在轧辊预热后能减慢堆焊时冷却速度,可使基体金属在马氏体相变临界温度以上进行比力充沛的分解,它能防止堆焊层金属的马氏体相变,防止堆焊焊缝热影响区的裂纹发生.
轧辊的预热时间,主要包括加热时间和保温时间.所谓的加热时间,是使轧辊在一定的加热速度下,自常温加热到一给定温度所需要的时间；
所谓的保温时间,是指轧辊概况加热到一定温度,在这个温度下继续加热一按时间,使轧辊各部份温差尽量减小.
轧辊的预热时间通常由以下经验公式计算：
τ=W×
K（2-1）
式中:
τ--轧辊的预热时间（min）；
W--与被加热物体的形状和尺寸有关的几何指数（cm）；
当加热轧辊时:
W=D×
L/（4L+2D）（2-2）
D--轧辊直径（cm）；
L--轧辊辊身长度（cm）；
K--加热条件的综合物理因素（min/cm）；
预热温度为320-410℃时,通常K=26min/cm.
堆焊过程中应控制预热及层间温度高于Ms点,防止堆焊金属发生马氏体相变及淬回火效应,应使整个堆焊层焊完之后在热处置电炉中同时进行马氏体转变,只有这样才华保证堆焊层的组织、硬度均匀性.在预热过程中：
要求预热升温速度为65-93℃/h（温度＜260℃；
35-65℃/h）.预热保温时间按辊直径方向0.0833-0.166h/cm（0.25-0.5h/英寸）来确定（具体时间取决于辊母材和堆焊金属合金成分）,原则是确保辊坯从外到里热透.
辊芯的预热,原则上要求必需在电炉内进行.对预热温度及层间温度要求不高的冶金轧辊,也可在堆焊设备上边旋转边用火焰加热.
2.4.3轧辊堆焊
埋弧堆焊是轧辊堆焊最关键一环是堆焊.埋弧堆焊主要涉及堆焊规范参数和堆焊把持规程.
堆焊过程必需连续施焊,中途不允许停止.如遇意外情况停焊时,在层间温度保温装置不能保证轧辊层间温度时,应尽快进炉按预热温度要求保温.
进行圆周方向螺旋线堆焊时,为防止在辊身两端呈现“缺肉”现象,在辊身的两端即始焊部位和终焊部位,均应先沿圆周方向堆焊一周（即在不移动堆焊机头的情况下堆焊一周）,然后再进行螺旋线堆焊.同时为保证各堆焊层间硬度的均匀性,要求堆焊时应使各堆焊层间的焊道位置相互错开1/2焊道宽度.
对φ3.2mm实芯焊丝当采纳自动埋弧堆焊时,要求：
焊接电流为280-320A；
焊接电压为30-32V；
焊接速度为550-650mm/min（指轧辊堆焊层转动圆周线速度）；
焊接极性采纳直流正接；
焊接电源特性采纳具有弧压反馈的下降外特性.焊丝干伸长是焊丝伸出枪嘴的长度,合适的焊丝伸出长度应为焊丝直径的10-12倍,焊丝的干伸长太短,就会因为焊枪喷嘴与工件距离近而增加飞溅金属梗塞喷嘴,焊丝的干伸长太长,则会增加飞溅、引起焊接不稳定.焊丝直径为φ3.2mm,所以,焊丝干伸长为32-38mm.
堆焊规范参数包括:
电弧电压、电流、送丝速度、堆焊速度、堆焊螺距等.这些参数应根据轧辊的种类、材质及技术要求,分歧的焊丝和焊剂,经实验后确定.合理的堆焊规范应能到达:
有较高的堆焊溶敷效率,堆焊层间有足够的结合强度,无裂纹、夹渣和其它焊接缺陷,且易于脱渣等.试验过程中的预定堆焊规范可按以下经验公式计算确定:
1）堆焊电流
堆焊电流与焊丝直径之间存在一定关系:
I=（85-110）×
d（2-3）
式中d一一焊丝直径（mm）
因为d=φ3.2mm,根据公式（2-3）,堆焊电流范围：
280-320A.
2）电弧电压
在选择电弧电压时,主要考虑堆焊电流,可按下式计算:
V=（0.02-0.04）×
I+20（2-4）
根据上式,结合堆焊电流范围,获得电弧电压范围：
30-32V.
3）堆焊速度
轧辊堆焊时的轧辊转速是根据轧辊的线速度及轧辊直径年夜小确定.一般情况下,堆焊速度以24-42m/h较为合适,碳素钢焊丝取中下限,合金钢焊丝取中上限.轧辊转速可由下面公式求得:
n=V线/（π×
D）（2-5）
式中n一一轧辊转速（r/min）；
D一一轧辊直径（mm）；
V线一一轧辊线速度（mm/min）.
取V线=580mm/min,根据辊径的分歧,轧辊转速分别为n1=0.45r/min,n2=0.66r/min,n3
4）堆焊螺距
堆焊时相邻焊缝彼此重叠1/3左右,堆焊螺距可根据焊丝直径按下式选取:
S=（l.9-2.3）×
d（2-6）
式中S一一堆焊螺距（mm/rap）；
d一一焊丝直径毫米（mm）.
S=6.08-7.36mm/rap
5）焊丝倾斜位置
为防止液态金属和熔化的焊剂流失,延长熔渣冷却凝固时间,便于除渣,焊丝必需相对轧辊中心向其旋转反方向后移一距离,叫后移量,用K暗示,K=0.08D,焊丝对正轧辊中心,倾角为6-8°
.
6）堆焊电流的种类和极性
为了保证轧辊堆焊质量一般要求采纳直流焊机,采纳直流反接堆焊时,焊缝熔深最年夜；
采纳直流正接（焊丝接负极,焊件为阳极）时,不存在“阴极清理作用”,焊缝的熔深最小,焊丝的熔敷率最高.此处采纳直流正接.具有下述特点：
改善熔合比,提高焊缝性能,焊件发生的热量年夜、温度高,因此熔池深而窄,生产率高,同时焊件的收缩和变形均较小.
7）熔合比
熔合比是指熔焊时,被熔化的母材部份在焊道金属中所占的比例.在焊缝中,母材金属熔合比的增加,意味着熔池中母材金属所占的比例增年夜,填充金属元素被稀释,从而改变焊缝的成分,组织性能以及形貌.因而,测定对接焊缝熔合比的年夜小可以为异种资料或复合板焊接时焊接工艺参数以及焊接资料的选择提供一定的依据,具有重要的意义.公式为γ=（Fb1+Fb2）/Fw.
图2-5是熔合比的示意图.图中,由于存在横向收缩变形,所以母材有一部份重叠.
图2-6所示,随着焊丝伸出长度的变动,焊接电流也随之变动.当伸出长度增加时,焊接电流减小,电弧功率降低,熔合比减小.同时,随着焊丝伸出长度的增加,焊丝发生的电阻热增加,因而增加了焊丝的熔化量,也减小了熔合比.
2.4.3.2堆焊把持规程
平面轧辊的堆焊：
平面轧辊的堆焊是轧辊自动埋弧堆焊中最普遍最方便的一种.一般按螺旋线堆焊三层以上,第一层自左向右堆焊,第二层则需自右向左堆焊,第三层同第一层方向,以后各层依次类推.堆焊的尺寸要求除实际的堆焊量外,还需包括加工余量、焊缝的热胀冷缩的余量,一般为4mm.但在实际生产中,当堆焊到轧辊边缘时,会发生焊剂托不住、熔渣及液体金属流失等现象,造成堆焊焊缝淌瘤.可采纳图2-7的方法根绝此问题的发生.
图2-7平面轧辊辊身边缘堆焊-加金属软管法
它是采纳几根直径年夜小分歧的金属软管,在轧辊辊颈处重叠起来,拖住熔融的焊剂和液体金属,但金属软管的重叠高度不能超越轧辊辊面,一般低于辊面3-5mm.堆焊引弧的位置定在距离轧辊端面3-5mm处,这样堆焊焊缝正好保住轧辊边缘.
2.4.4堆焊保温（层间温度）
轧辊堆焊时的层间温度一般坚持在接近预热温度,通常认为层间温度应坚持在堆焊资料的Ms点温度以上.堆焊过程中为保证预热温度不下降,堆焊机床设置有带电热体保温装置.
堆焊层温度应保证在资料的Ms点温度以上,堆焊资料的Ms点温度可依据下面经验公式推算.Ms=747-63（%C）-72（%Mn）-63（%V）-36（%Cr）-31（%Ni）一18（%Mo）-9（%W）+27（%Co）+54（%Al）（2-7）
所以取层间温度为420℃.
2.4.5焊后缓冷和热处置
为了减少堆焊后所引起的残余应力,防止发生裂纹,焊后应先保温,然后再装炉进行热处置.尽管堆焊资料有所分歧,但其消除堆焊残余应力的退火温度（或称回火温度）多在500-600℃之间选取.轧辊回火工艺曲线如图2-8.保温时间通常为每25.4mm的辊子直径,保温0.5-1h,而缓冷制度,年夜部份采纳随炉缓冷,当辊温降到100℃以下时出炉空冷.根据轧辊堆焊后呈现的质量问题分析,有相当一部份是由于焊后热处置工序不妥而引起的.
图2-8轧辊回火工艺曲线
焊后热处置的主要目的是为改善焊后组织和消除焊接应力,同时使碳化物能够在基体组织上弥散析出,从而形成二次硬化,进一步提高轧辊堆焊工作层的硬度和耐磨性.
堆焊轧辊的焊后热处置应在专用的热处置电炉中进行,要求炉内温度均匀性（±
10℃）好,温度测定准确,控温过程精确.
1.轧辊堆焊完毕后,在坚持层间温度的情况下,应使轧辊在专用堆焊设备上（同时旋转）,坚持1-2h,目的是使轧辊温度均匀化.
2.之后,使轧辊缓冷至至少比堆焊金属Ms温度低37.8℃℃/h左右.轧辊缓冷方式可采纳保温资料包裹或放进珍珠岩坑缓冷,推荐最好进密闭的电炉中进行.
3.在热处置电炉对堆焊轧辊进行回火处置时升温过程中为保证温度均匀升温速度要缓降温过程中为防止发生新的应力也应缓慢冷却.
2.4.6热处置后检查机加工和制品检测
控制工艺规范,严格把持过程,将获得较满意的堆焊效果.堆焊轧辊经回火、冷却后即可转人加工,一般加工在轧辊车床上进行.
对经过焊后回火热处置后的堆焊轧辊
升级会员 