什么是堆焊轧辊(surfacing roll)？
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【概要描述】 在韧性较好的辊芯上用各种堆焊方法制造或修复轧辊。它是复合轧辊的生产手段之一，同时可以多次堆焊使其重复利用，是延长轧辊寿命，提高轧机作业率和轧制产品质量的有力措施。
什么是堆焊轧辊(surfacing roll)？
【概要描述】 在韧性较好的辊芯上用各种堆焊方法制造或修复轧辊。它是复合轧辊的生产手段之一，同时可以多次堆焊使其重复利用，是延长轧辊寿命，提高轧机作业率和轧制产品质量的有力措施。
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在韧性较好的辊芯上用各种堆焊方法制造或修复轧辊。它是复合轧辊的生产手段之一，同时可以多次堆焊使其重复利用，是延长轧辊寿命，提高轧机作业率和轧制产品质量的有力措施。
轧辊的可焊性取决于它的材质。C≤0.8%的轧辊最容易堆焊;0.8%1.5%的轧辊堆焊难度非常大，特别是承受高负荷的轧辊不能堆焊，只有用手工电弧焊的方法，采用特殊的堆焊材料和工艺有可能修补。轧辊的堆焊方法有埋弧自动焊、电渣焊、气体保护焊和喷焊几种，其中以埋弧自动焊应用最广泛。
埋弧自动堆焊 轧辊的埋弧自动焊是应用较普遍的方法，分为丝极埋弧焊和带极埋弧焊两大类;丝极埋弧焊又有实芯焊丝和药芯焊丝之分。尽管形式繁多，但堆焊工艺是大体相同的。
焊前辊芯加工 根据图纸尺寸将辊芯直径车小15~20mm，以保证堆焊后的轧辊工作表面处于堆焊的第三层以上。旧辊的修复应以车尽裂纹为止。如果轧辊经多次堆焊，则应用超声波探伤仪检查隐藏在内部的裂纹。焊前裂纹不消除干净可能造成轧辊在使用中过早断裂。
预热温度和层间温度 由于堆焊层的含碳量及合金元素比较高，轧辊的残余应力比较大，为了减慢堆焊金属的冷却速度及减少热应力，预热是防止堆焊层产生裂纹的最有效的措施。预热温度主要根据堆焊金属的碳及合金元素含量确定。为了消除堆焊表面的硬度不均匀性，预热温度应在材料的Ms点以上。在预热温度下的保温时间应以保证辊面温度与芯部温度平衡为准，可根据堆焊辊的成分及尺寸而定，经验的作法是直径每25mm保温1/4~1/2h。预热时的升温速度应严格控制，避免表面与芯部温差应力过大。在堆焊过程中应始终保持层间温度不低于预热温度30~5 0℃。中间因故停焊时必须继续加热使其缓冷。
堆焊过渡层 在埋弧焊、气体保护焊和等离子堆焊中，为了成分和工艺的需要有时在堆焊表面工作层之前堆焊过渡层即打底层。过渡层材料的含碳量通常要比表面层低些，堆焊电流应小些，使辊芯熔深保持最小。
堆焊规范 直接影响堆焊效果的因素之一。规范包括电源极性、堆焊电流、电弧电压、机头纵向移动速度、轧辊旋转线速度、焊丝伸出长度和导前量、焊丝倾斜角、预热及层间温度、焊后热处理制度等。好的堆焊规范应保证电弧燃烧稳定，焊道成形良好，焊丝和焊剂以及电能的消耗最小，生产效率高。
轧辊焊后处理 对质量小或堆焊量少而不需要消除应力处理的轧辊，焊后应立即放入装有石灰或石棉灰等的缓冷坑内，上面用绝热材料覆盖。对于大型轧辊，焊后应立即装入炉中进行消除应力处理，最低的处理温度为450℃，通常为500~650℃。温度越高，消除应力效果越好，但随之往往引起堆焊层硬度的降低。要选择最合理的处理制度，使之既保证堆焊层的硬度要求，又能最大限度地消除内应力。在热处理温度下的保温时间取决于轧辊的直径，推荐按每25mm直径保温1h。
堆焊材料 埋弧焊常用的堆焊材料有实芯焊丝、药芯焊丝和焊带。选择堆焊材料要考虑的因素是复杂的，各类轧辊的工作条件相差很大，除表面硬度是首先要考虑的因素之外，还应考虑耐磨性、耐蚀性、抗冲击、抗剥落、抗回火、抗热疲劳和加工性等性能。每种轧辊在其工况条件下往往要求多方面的性能，只有经过仔细分析，找出其主要失效形式，兼顾其他性能，才是正确选材的依据。
实芯焊丝按钢种类型分为:
(1)低合金高强度钢焊丝，如30CrMnSi、40CrMo、stoodyl04等，堆焊金属硬度HRC35以下，冲击韧性好，有一定的耐磨性，易于机加工，适合辊道等辅助辊的恢复尺寸堆焊;
(2)热作模具钢焊丝，如3CrW8V、25Cr5WMSi、3Cr3W2Mn2Si、4Cr5MoNi4SiVAl、20Cr3Mo3NiV、25Cr3Mo3VNb等，这些合金含有较多的Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素，因此有很好的红硬性和高温耐磨性，堆焊金属经消除应力处理后硬度为。HRC45~50;
(3)高铬合金钢焊丝，以Crl3系为主或再加入Ni、Mo、W、Nb等强化元素，堆焊金属有优良的耐热和抗氧化性能;
(4)弥散硬化钢焊丝，如中国研制的专门用于热轧辊堆焊的H25Cr3Mo2MnVA焊丝，焊后状态硬度为HRC35~38，容易加工，经560℃弥散硬化处理后硬度可提高到HRC40~45;
(5)奥氏体加工硬化不锈钢焊丝，Cr16Ni8Mn6、Cr20Nil0Mn6、Crl8Ni8Mn6等属于此类。焊后状态硬度不高，在使用中产生加工硬化而大幅度提高硬度。
药芯焊丝可在较大范围内灵活地调配合金成分，尤其对难于锻造的高碳高合金材料的轧辊，堆焊时更具优越性。中国生产的轧辊堆焊用药芯焊丝有:Multpass4-S是低合金钢焊丝，堆焊金属硬度为HRC32，主要用做过渡层堆焊或局部缺陷的修补;Multpass22-S和Multpass224-S是低合金高强度钢焊丝;Delstain420-S同实芯的3Cr13焊丝配用HJ260焊剂的堆焊层成分基本相同。Multpass224-S和IDelstain423-S是专门用做轧辊工作面堆焊的材料，具有优良的红硬性和耐冷热疲劳性能;HastelloyC是一种固溶型的镍基高温合金焊丝，具有优良的塑韧性和高温性能，可加工硬化，适于在更高温度下工作的连铸|轧钢辊或无冷却水条件的热轧辊的堆焊。
焊带的材料同丝极埋弧焊时的实芯焊丝相同。焊带宽度有30、45、50、60mm几种，厚度为0.4~0.5mm。带极埋弧堆焊有效率高、熔深小、焊道平整等优点，适于大型平面辊的堆焊，可用于环向螺旋焊，也可用于沿辊身的纵向焊。
焊剂 轧辊堆焊的主要消耗材料之一，分为熔炼型和非熔炼型两大类。前者以HJ260为主，工艺性能较好，堆焊层化学成分均匀，可以多次回收使用。后者如SJl01、SJ30l、GY518、GY537等，制造方法简单，可加入脱氧剂和变质剂，能在很大范围内调整堆焊金属成分，可实现较高的碱度，使堆焊金属净化，成为堆焊轧辊时实现合金化的重要手段。
堆焊设备 中国设计制造的ZGDH-031l型专用轧辊堆焊机功能齐全，通用性广，可双丝焊，也可带极焊，机械化程度较高，堆焊工艺参数有较大的调节范围。
堆焊缺陷及其防止 焊道横向裂纹常发生在高硬度合金钢堆焊金属中，是堆焊金属淬硬倾向大而引起的冷裂纹。防止办法是提高预热温度和层间温度，焊后控制冷却速度，使辊子温差应力尽量减小。焊道中心裂纹属于热裂纹，由于堆焊工艺不当使焊道成形不良，或在堆焊金属中有较多的低熔点共晶物等原因都可能产生这种裂纹，严重时能导致轧辊的断裂。防止办法是注意选择辊芯和堆焊材料，选好堆焊规范，辊芯的原有裂纹应彻底消除干净。
掉块常起始于轧辊表面下6~12mm处，此处受剪切应力最大，当应力大于材料的剪切强度时便形成裂纹，然后向四周传播，使表面成块脱落。由于堆焊层上下软硬不一，塑性变形程度不一致，或因辊芯有锈蚀等污物而使堆焊熔合不良都可能造成这种缺陷。堆焊时应选择合适的堆焊材料和工艺，焊前仔细去除辊芯上的污物和裂纹。“搓板”现象是由于堆焊时相邻焊道的回火作用使得硬度不均匀，因而导致不均匀的表面磨损所造成的。减少这种现象的惟一办法是尽可能采用高的预热和层间温度，高于堆焊材料的旭点。堆焊材料或堆焊工艺选择不当还会造成夹渣和气孔。
电渣堆焊 利用电渣焊工艺在磨损报废的或新制的辊芯上敷焊一层适合轧辊工作条件的合金材料。特点是:(1)对材料的适应性广，可在钢辊芯上或铸铁辊芯上任意堆焊合金钢或铸铁，克服了其他堆焊方法无法堆焊铸铁的局限性;
(2)生产效率高，可以一次堆焊厚达50ram或更厚的堆焊层，每小时可熔敷数百公斤堆焊金属;
(3)堆焊金属经历与电渣重熔相同的精炼过程，品质纯净并具有有利于轧辊工作条件的结晶方向。焊层是一次完成的，不存在像埋弧焊那样各层间会出现化学成分和力学性能的差异。
电渣堆焊方法 丝极电渣堆焊是用焊丝为电极，不断送入渣池堆焊的。为了提高熔敷速度和工作可靠性，都采用多机头独立送丝方案，其熔敷速度随焊丝数和堆焊规范而异。管极电渣焊是采用比辊芯直径稍大的铸造管做电极(填充材料)，因此设备结构较为简单，可直接利用普通电渣重熔电源。熔嘴电渣堆焊同丝极电渣焊相比，对送丝机构和整个机械设备要求较低，容易引弧和建立渣池。同管极电渣焊相比，可省掉制管工序，堆焊工艺可靠，有利于提高堆焊质量。
电渣堆焊时的熔深控制 如在堆焊过程中规范始终保持不变，辊芯由于热积累逐渐变热，熔深逐渐加大，甚至可能烧穿辊芯，因此必须不断调节堆焊规范，使熔深始终控制在4~7mm范围内。在堆焊层厚度为15~20mm时，标准稀释率为15%~25%。
电渣堆焊用材料 丝极电渣焊时，可以使用埋弧焊用的实芯焊丝和药芯焊丝。管极电渣堆焊的填充材料一般采用镍硬化铸铁和高铬铸铁。如300Cr28Ni4Si4、320Cr23Si2MnTiB、400Cr29Ni2WMo、240Cr29Si2B2等。电渣焊堆焊轧辊所用焊剂同普通电渣焊用的焊剂基本相同。
气体保护焊 主要指氩气保护下的熔化极自动堆焊，具有无渣的优点。对于熔敷金属的质量要求很高，特别是当堆焊辊的直径很小、采用埋弧焊在工艺上有困难时，可以使用这种方法。
合金粉末喷焊 主要指氩气保护下的等离子弧喷焊，适用于小型的对表面层有特殊要求的轧辊。合金粉可以是铁基、镍基、钴基或碳化钨。
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