堆焊过程中应控制预热及层间温度高于Ms点,避免堆焊金属发生马氏体相变及淬回火效应,使整个堆焊层焊完之后在热处理电炉中同时进行马氏体转变,只有这样才能保证堆焊层的组织、硬度均匀性。由于大型热轧支撑辊母材及堆焊材料的合金含量均相对偏高,再加之支撑辊的尺寸及堆焊厚度均较大,焊接应力大,故应尽量提高预热和层间温度,又考虑到实际操作上容许程度,将预热温度确定为400~450℃,焊道层间温度控制在350℃以上。在预热过程中要求:预热升温速度≤25℃/h;预热保温时间根据支撑辊外径尺寸大小来确定(原则是确保辊坯从外到里热透)。
——保温堆焊作业
(1) 施焊前,选用焊丝和配用烧结焊剂分别按其要求进行烘焙,以去除水份。
(2) 使用具有下降电源特性的直流电源,配备带自动测温、控温系统的电加热(或燃气加热)保温罩装置和焊剂自动送给装置,在大型轧辊自动埋弧堆焊专用设备上,进行多机头单丝圆周方向连续螺旋自动埋弧堆焊。
(3) 堆焊过程必须连续施焊,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支撑辊层间温度时,应尽快进炉按预热温度要求保温。
(4) 进行圆周方向螺旋线堆焊时,为防止在辊身两端出现“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。
(5) 对于Φ4.0mm 药芯焊丝,要求:
焊接电流:400~450A
焊接电压:27~32V
焊接速度:400~500mm/min(指轧辊堆焊层转动圆周线速度)
焊道搭接:相邻焊道搭接须大于50%,具体搭接量应视焊道平整光滑情况。
焊接极性:采用直流反接。
电源特性:采用具有弧压反馈的下降特性。
焊弧导前距离:取决于轧辊直径。一般在12.7~50.8mm 范围内,具体导前距离视焊道成形情况。
焊丝伸出长度:25~35mm
焊道层间温度:350~400℃
——中间去应力热处理
由于大型热轧支撑辊的堆焊厚度较大(最厚达70~80mm),如果一次连续堆焊完成,将使得堆焊金属产生非常大的焊接累积应力(尽管始终保持在较高的预热和层间温度下),该累积应力的存在,将大大增加堆焊辊产生裂纹的倾向,严重时将发生支撑辊开裂的严重事故。因此在堆焊厚度到一定范围时,须进行中间去应力热处理,以降低或消除焊接累积应力。稳妥的措施是在堆焊20~30mm 后,进行一次中间去应力热处理。去应力热处理温度要求控制在480~500℃,时间则由堆焊厚度来确定。
——焊后热处理
焊后热处理的主要目的是为改善焊后组织和消除焊接应力。堆焊修复支撑辊的焊后热处理应在专用的热处理电炉中进行,要求炉内温度均匀性好,温度测定准确,控温过程精确。堆焊支撑辊完毕后,应立即吊装热处理电炉进行回火处理,送炉过程中,可用厚石棉垫包裹以防止轧辊温度快速下降,同时炉膛不能冷炉,初始温度应在支撑辊预热温度或层间温度要求范围内。升温过程中,为保证温度均匀,升温速度要缓;降温过程中,为防止产生新的应力,也应缓慢冷却。为充分发挥材料的性能,选择550~565℃进行中高温回火,以产生充分的弥散强化效应。回火后,待支撑辊逐渐冷却至50℃以后,才可以出炉,并要求在静止空气中自然冷却至室温。
——热处理后检查、机加工及成品检测
对经过焊后回火热处理后的堆焊支撑辊进行粗加工,然后进行半成品检验,包括:超声波探伤、硬度检查、外观检查、几何形状及粗加工尺寸检查等。堆焊层的着色探伤(PT)或磁粉探伤(MT)检查在支撑辊最终机械加工完成后进行。
3 堆焊层缺陷的手工修焊工艺
对于丝极埋弧自动堆焊方法,在堆焊层中出现的局部微小缺陷,如缺肉、咬边、夹渣、气孔、裂纹等,可采用手工电弧焊方法进行补焊修复,修复工艺如下:
(1) 焊前要用砂轮打磨方法除去缺陷,并进行着色探伤检查。确认缺陷已完全清除后,才可着手修焊。
(2) 用煤气或氧-乙炔焰局部预热,要保证缺陷周围50mm 范围内达到≥300℃的预热温度。
(3) 焊条选用与堆焊层化学成分相同或接近的堆焊焊条产品牌号, 直径Φ 3.2mm。使用前300~350℃烘焙1hr。
(4) 选用较小的焊接电流,通常为90~110A,采用直流电源,焊条接正极。为了防止出现焊接裂纹,要采用热锤击焊缝的方法。补焊修复可在焊后热处理后进行,修焊后可不进行热处理。
堆焊修复热轧支撑辊的质量检查
在支撑辊的堆焊修复过程中,要按照事先编制的《质量检查要领书》中规定的内容进行严格的检查,以保证堆焊修复辊具有合格的化学成分、力学性能和特殊需求性能,外部尺寸符合粗加工图纸要求,金相组织、硬度、超声波探伤(UT)、磁粉探伤(MT)或渗透探伤(PT)合格。在堆焊修复过程中的质量检查项目主要应有:
(1) 焊前辊坯检查
对需进行堆焊修复的支撑辊辊坯,要核对合格证的数据,并进行辊颈(特别是辊身辊身部位)的质量(UT、MT 或PT)和尺寸(保证堆焊层厚度车削)检查。
(2) 温度检查
按照《质量检查要领书》中规定的辊坯预热规范进行预热温度检查,堆焊过程中用接触式表面温度计测量工件的层间温度。测量部位选在辊身的两端和中心,层间温度较预热温度低20~50℃,并在堆焊过程中保持这一温度。
(3) 堆焊工艺参数检查
在堆焊过程中应随时检查焊接电流、电弧电压、焊接速度、机头移动速度、焊弧导前距离、焊道成型及尺寸等工艺参数,并填写在记录表内。
(4) 外观质量检查
在堆焊过程中应随时检查堆焊层的外观质量,包括焊道成型,有无裂纹、气孔、夹渣、咬边等焊接缺陷,如有缺陷产生,应及时处理。
(5) 焊后检查
焊后要进行宏观检查、尺寸检查和堆焊层质量检查,在确认无堆焊缺陷和堆焊层有足够的加工余量的情况下,才能进行焊后热处理。热处理完成后对辊面进行车削加工(留出后道磨削加工余量),之后进行表面硬度检查、最终尺寸检查、外观检查和超声探伤(UT)检查(含辊颈的重新检测)。堆焊层的渗透探伤(PT)或磁粉探伤(MT)检查在支撑辊最终机械加工完成后进行。