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作者:梁順生袁學軍單位:河南省安陽市安鋼集團機制公司
新輥制作和舊輥修復主要工藝流程如下:①新輥制作流程為:采購鍛件→粗加工→調質處理→粗加工→預熱→堆焊→回火→加工;②舊輥修復流程為:粗加工→預熱→堆焊→回火→加工;在此處,需要說明的是,如輥子已為堆焊輥,可直接對輥子進行修磨,配對加工即可,一般可修磨3~4次;如輥子經多次修磨,尺寸接近φ592時,如需恢復至圖紙尺寸φ600,只需車去1~1.5mm即可堆焊工作層。材料焊接性分析,材料的可焊性一般用碳當量來衡量,它是評定材料焊接性的一個參考指標,其估算公式如下:Ceq=C%+Mn%/6+(Cr%+Mo%+V%)/5+(Si%+Ni%+Cu%)/15。
經驗表明:Ceq≤0.4%時,材料焊接性能好,淬硬傾向性小,焊接時可不預熱;Ceq=0.4%~0.6%時,材料焊接性能尚可,但工件必須進行預熱、要控制焊接工藝;Ceq≥0.6時,材料焊接性能差,屬于較難焊的材料,工件必須預熱,焊后進行熱處理,并嚴格控制焊接工藝。上述三種材料45#、55#、42CrMo的碳當量Ceq分別為0.72、0.84、0.9,焊接性能差,焊接時需采取嚴格的工藝措施,尤其是在焊接材料的選擇上,要充分考慮各種因素的影響,盡可能選擇一定強度、韌性好、含碳量低的焊絲。
通過分析、比較,我們確定采用Cr13系馬氏體不銹鋼焊絲堆焊輥子工作層,具體采用YD414N(M)進行工作層堆焊,其熔敷金屬化學成分見表2。該焊絲的優點主要有:①Cr13系馬氏體不銹鋼抗高溫氧化、耐腐蝕性優良;②焊絲中含碳量極低,僅為0.05%,焊接性和耐熱疲勞性好;③焊絲中含氮,在保持堆焊層優良的抗氧化性、耐腐蝕性的同時,進一步提高熱強性、耐磨性和耐熱疲勞性能;④Ni能確保堆焊層金屬的延展性;⑤堆焊層力學性能優良,沖擊功Akv≈16.2J,抗拉強度σb≈1240Mpa,延伸率δ≈10.3%,斷面收縮率ψ≈33%,顯著優于基體組織;⑥堆焊層組織為馬氏體加少量的沿柱晶方向生長的鐵素體,同時,在馬氏體基體上分布有均勻細小的合金氮化物及金屬間化合物,這比單一的馬氏體組織具有更高的耐磨性和抗冷熱疲勞性。
(1)焊劑的選用。選用堿性燒結焊劑RD-SJ414,其渣系為MgO-Al2O3-CaF2-SiO2,堿度約為BⅡW≥1.8,化學活性系數Af≈0.15。選用該焊劑,主要是基于以下兩方面的考慮:①提高焊劑堿度可以降低焊縫金屬的含氧量和含硫量,提高焊縫的韌性和抗裂能力;②由于在堆焊過程中,工件溫度較高,焊劑要有利于高溫脫渣。因此,要適當降低焊劑的化學活性。選用該焊劑,其化學活性系數Af≈0.15,遠低于熔煉HJ260(Af≈0.46)。焊層設計,堆焊層厚度因工藝不同均有一定限制,超過限度焊層地力學性能和應力狀態會發生不良變化,與基體結合強度下降,考慮到堆焊層的安全厚度及多次修磨需要,堆焊層總厚度為設計為7mm,其中,打底層為1.5~2mm,工作層為5mm左右。為確保母材和堆焊金屬之間的良好冶金結合,即保證二者具有強韌俱佳的結合性能,降低母材和堆焊層界面的脆化以免在使用過程中產生局部剝落,在堆焊工作層材料前,先堆焊一層打底層,采用YD430,堆焊組織為馬氏體,硬度約HRC22,其抗裂性好,線膨脹系數小。此外,通過在基體上堆焊打底層,能降低工作層焊絲在堆焊過程中的稀釋,保證工作層性能。
(2)堆焊實施。輥子堆焊部位兩端加焊焊接式擋環,其作用是托住焊劑,防止輥子兩端堆焊時發生熔渣流淌,保證在輥子兩端得到良好的堆焊層形狀。在后續的機加工過程中,車去擋環。然后預熱,預熱的目的是降低堆焊過程中,堆焊金屬和熱影響區的冷卻速度,降低淬硬傾向并減少焊接應力,防止母材和堆焊金屬在堆焊過程中發生相變導致裂紋。考慮到本件堆焊部分尺寸為φ600*1830,工件重量大,熱容量大,我們將工件預熱溫度定為120~150℃,堆焊打底層,所用焊接材料為YD430(M)+SJ414,焊高1~1.5mm;堆焊工作層,所用焊接材料為YD414N(M)+SJ414,焊高7~8mm,留機加工余量4~6mm;熱處理,采用低溫回火工藝,回火溫度為350~370℃,保溫1h。
堆焊作業過程中的注意點:①焊劑烘焙為去除焊劑中水分影響焊接質量,需對焊劑進行烘焙,溫度為(250~300)℃,時間約2h。②焊接參數采用可控硅弧焊整流器MZ-1250電源,直流反接極性;焊接電流I≈330~380A;焊接電壓U≈28~32V。焊接速度V≈400~500mm/min(堆焊層圓周線速度)。③導前距在12.7~50.8mm范圍內,具體尺寸可根據焊道成型情況進行調整;④焊絲伸出長度25~35mm。⑤焊道搭接量相鄰焊道搭接大于50%,具體搭接量可根據焊道平整情況進行調整;⑥層間焊道位置為保證堆焊層焊道層間的均勻性,要求操作時,堆焊層間的焊道位置。
(1)刀具選擇。由于堆焊層硬度(HRC41~44)較高,堆焊層表面高低不平,需選擇抗沖擊性好、切削性能好的刀具,此外,刀片尺寸不能太小,以免影響刀具由于切削力波動時損壞。刀具材料一般選用YG6X,刀片尺寸型號為A125A。
(2)表面粗糙度提高。砂帶磨分段加工,提高表面粗糙度。輥子通過表面強化后,工作表面性能耐磨性、耐熱疲勞性、耐蝕性得到極大提高,使用壽命最高可達新輥的1~1.5倍,費用為新輥的1/3,減少換輥次數,提高作業時間。減少備件消耗和降低備件成本為我公司帶來直接經濟效益,形成產值169萬元。