一、概述

梅山1422熱軋帶鋼生產線有在線支撐輥20支，全部為鑄鋼輥，其中有日本和英國等的進口輥，也有國產輥。支撐輥的損壞形式除了正常磨損外，還有疲勞裂紋、輥面剝落等，有些支撐輥因工作層存在鑄造缺陷，而不得不將缺陷厚度范圍內的工作層全部車削去除。支撐輥的工作層尺寸低于下限值時，其服役周期便結束，如作廢輥處理，則浪費晾人。如何充分發揮舊輥的“綠色”再利用潛力，達到降本增效的目的，這是冶金企業非常關心、重視的課題。為此，我們在成功掌握堆焊修復粗軋工作輥的技術基礎上，探索、開發了熱軋支撐輥的堆焊修復、強化工藝技術。

二、熱軋支撐輥的工況、材質及匹配的堆焊材料分析

支撐輥與工作輥直接接觸，其主要承受高壓力、一定的熱應力、疲勞應力及磨損的綜合作用，因此，其輥面材質應具有一定的強度、高的疲勞強度、熱沖擊性能、抗磨損性能。梅山熱軋支撐輥典型規格為：ψ1390mm(輥面直徑)×1429mm(輥面長度)×3924mm(總長)，重量25444kg／支。幾種梅山熱軋支撐輥的化學成分見表1。

熱軋支撐輥對堆焊材料的性能要求：

(1)較高的硬度60～70HSD，保證其剛度和耐磨性。

(2)高強度，避免斷輥。

(3)高疲勞強度，防止網狀裂紋和剝落。

(4)良好的熱沖擊性，防止輥而局部受熱產生軟點。

(5)良好的焊接性。

據此，我們選擇低碳低合金104焊絲配431焊劑作打底層，選擇耐磨性較高的Stoody224H焊絲配107焊劑作工作層，堆焊硬面層硬度達67～74HSD，堆焊層成分見表2。

    三、主要堆焊裝備

    埋弧堆焊電源的型號為ZXG—1000R，自動焊劑烘箱的型號為NZHG6—500內熱式鼓風型。采用自行設計并多次改進的多功能輥體堆焊裝置，這是一種適合支撐輥、工作輥等大型輥體堆焊的特種設備(見圖1)，主要由動力轉動裝置、支承架、爐體、爐頂工作平臺等部分組成。大型輥體安裝與其軸頸匹配

的保護托圈工裝后，擱置在支承架上，通過動力裝置使其轉動，輥身置于爐膛內，部分輥頸和與之配合的保護托圈置于爐外，預熱、堆焊和熱處理過程中，輥體始終轉動。爐體主要由前上部、前下部、后上部、后下部、爐蓋和兩端開孔的圓柱形爐膛等組成，能自由拆分，結構緊湊。爐膛內分區均勻布置LCD履帶式遠紅外加熱板，總加熱功率為300kw，各加熱區通過智能溫控系統獨立控溫，且通過電源調頻改變功率輸出，可控性好。爐頂工作平臺上有狹長的活動爐頂，移開爐頂，形成堆焊槽，堆焊機頭可伸入堆焊槽內對輥體表面堆焊。由于堆焊槽部位溫度高、堆焊平臺與輥體表面距離較大，故焊接機頭進行了結構改進(見圖2)，保證了焊接穩定性及可操作性。

    四、堆焊熱軋支撐輥的工藝流程及措施

    在堆焊熱軋支撐輥時，我們采用了創新的短流程堆焊修復工藝。所謂短流程是指修復周期短、堆焊工序少而簡單，以及沒有太多的中間環節，修復效率高。

    1．創新的短流程堆焊修復工藝

    眾所周知，大型軋鋼廠都有配套的磨輥裝配車間，用于車削、磨削、裝配、更換軋輥。利用磨輥裝配車間的起重、裝配、車削等設備，在車間內設立一個小型的堆焊工位，將軋輥的堆焊修復過程安排在軋鋼廠的磨輥裝配車間，這樣就避免了傳統修復時委托堆焊工廠所產生的中間周轉環節多的缺陷，大大縮短了堆焊修復進程，用戶也能很好地跟蹤軋輥的堆焊情況。軋輥從進廠服役，然后多次堆焊修復循環利用，直到最終報廢，全部過程都在軋鋼廠，很容易實現對軋輥的終身跟蹤管理，這是實現短流程堆焊修復方法的第一步驟。

圖3是軋輥短流程堆焊修復方法應用時，堆焊工位在軋鋼廠的平面布置圖。

實現短流程堆焊修復扎軋焊的第二步驟是：應用堆焊、熱處理提一體化的多功能輥體堆焊裝置。該堆焊裝置的工作原理是綜合大型堆焊機床、大型熱處理爐的基本結構，具有預熱、堆焊、層間保溫、熱處理等多種功能，優化了設備資源配置，使大型輥體堆焊過程中的預熱、堆焊、熱處理三個工序集中于同一裝置操作，工序少而簡單，縮短了堆焊生產流程，提高了堆焊修復效率。

2．熱軋支撐輥的堆焊工藝流程

堆焊前原始記錄→清除熱疲勞層→焊接材料準備，應用多功能輥體堆焊裝置先后對支撐輥預熱→堆焊打底層→堆焊合金工作層→中間去應力熱處理，再堆焊合金工作層→最終去應力熱處理→緩冷后出爐→初檢；車削加工→終檢→待用。

具體工藝措施如下：

(1)堆焊前準備  堆焊前，對熱軋支撐輥進行原始尺寸、表面形貌記錄，主要目的是用于堆焊前后的對比，并使堆焊有針對性；車削、清除熱疲勞層，探傷檢測、確保疲勞龜裂徹底除凈，并在此基礎上再車削、下切5mm左右，進一步清除微觀的疲勞損傷層，再對車削后的輥面尺寸記錄，確定堆焊層厚度、材料消耗、后續堆焊工藝流程。然后，熱軋支撐輥兩端軸頸安裝匹配的軸頸保護托圈工裝后，擱置在多功能輥體堆焊裝置的支承架上，熱軋支撐輥的局部軸頸位于堆焊裝置爐膛內，對此處的局部軸頸刷涂抗高溫氧化涂料。保持輥體和托圈工裝一起連續轉動。堆焊裝置爐膛內的LCD履帶式遠紅外加熱板通電，對輥體預熱至200℃，保溫6h，用A307焊條在輥面的兩側邊緣焊接80～100mm寬的引弧板托圈，保證輥面的堆焊成形，并有效地防止焊劑流淌。然后，使輥體溫度以低于50℃/h的速度緩慢升溫至450℃，保溫12h。焊劑HJ107在烘箱預熱至300℃、保溫2h以上，待用。

(2)堆焊  輥體預熱充分后，將堆焊裝置的下部爐體、活動爐頂移開，改進后的焊接機頭伸入堆焊槽，對輥面堆焊。堆焊時采用環焊縫螺旋堆焊法，主要堆焊工藝參數見表3。

打底過渡層至少3層、總厚度一般不小于8mm，當輥體車削疲勞層多，導致初始直徑較小時，打底過渡層的總厚度可提高，既降低了堆焊成本，又減少了過厚合金工作層的應力，以避免開裂危險。堆焊工作層時，由于厚度一般較厚，所以特別要注意層間的溫度控制、設備的穩定運行，以及適當的中間去應力熱處理。堆焊過程中，對局部焊瘤、凹陷、漏弧斑、微裂紋等缺陷應及時清除、補焊，當然，這在多功能輥體堆焊裝置上是很容易實現的。

(3)去應力熱處理  根據車削情況，熱軋支撐輥的輥面的單邊堆焊厚度約50～125mm不等，堆焊層厚度一般較厚，為減少堆焊應力，防止堆焊開裂，應注意保溫、去應力熱處理。去應力熱處理分中間去應力熱處理、最終去應力熱處理兩個過程。

堆焊時，多功能堆焊裝置的爐膛內，上部爐體的LCD履帶式遠紅外加熱板始終帶電加熱，保證層間溫度，每堆焊約30mm的堆焊層，需進行一次中間去應力熱處理。中間去應力熱處理時，移開焊接機頭，將多動能堆焊裝置組合成封閉的圓柱形爐膛，爐膛內的所有LCD履帶式遠紅外加熱板通電，對輥體加熱，使輥體溫度以低于50℃/h的速度緩慢升溫至560℃、保溫20h，然后隨爐冷卻，通過智能溫控系統使降溫速度﹤40℃/h，冷至低于100℃后，自然冷卻。最終去應力熱處理后，記錄堆焊后的槽形輥面尺寸和表面形貌，拆除軸頸保護托圈工裝，在不損壞軸頸的前提下，清除抗高溫氧化涂料，將堆焊后的熱軋支撐輥車削加工至尺寸要求和表面粗糙度要求。

五、熱軋支撐輥的堆焊質量控制及效果

堆焊熱軋支撐輥的主要難點是堆焊層開裂。經過長期工藝試驗和堆焊實踐，我們總結了堆焊層開裂的主要因素：

(1)疲勞裂紋車削不盡  由于車削輥面疲勞層的刀紋一般較粗，因而小的疲勞紋不易被發現，這便為堆焊層開裂提供了裂紋源，即使焊后不馬上裂，使用時也會開裂或大塊掉肉、剝落。

(2)預熱和層間溫度控制  預熱不夠、輥面層間溫度偏低、堆焊裝置的加熱失控等因素很容易造成開裂。

(3)熱處理工藝  熱處理溫度偏低、保溫時間不足、加熱或冷卻速度過快等因素可造成堆焊層應力消除不盡或增加新的熱應力，從而導致堆焊層開裂。

因此，我們采取以下措施來控制、避免堆焊層開裂：焊前嚴格探傷，確保疲勞裂紋徹底車削干凈；嚴格控制預熱和層間溫度，經常檢查電加熱設備、加強爐膛的密封保溫；控制合適的熱處理工藝，特別是冷卻時，不僅隨爐冷卻，而且采用“智能控溫、電加熱輔助爐冷“工藝，嚴格控制300℃前的冷卻速度。

實踐表明：應用國內同行業領先水平的多功能輥體堆焊裝置，采用科學、合理的堆焊修復工藝，成功解決了國內普遍存在的支撐輥堆焊層開裂難控制的問題。熱軋支撐輥經成功堆焊，堆焊層的表面平均硬度為74HSD，高低落差不超過5，著色和超聲波探傷檢測，堆焊層沒有裂紋和超過Φ2mm當量平底孔的缺陷，性能技術指標符合熱軋支撐輥的質量要求。

多年來，我們完成了梅山公司每年的熱軋支撐輥堆焊修復工作，堆焊修復后的熱軋支撐輥使用效果接近新輥，而修復成本約20萬元/支。遠低于國產新輥60萬元/支、進口新輥80萬元/支的投資。顯著降低了輥耗，達到了降本增效的預期目標，效果令人滿意。

六、結論

堆焊的熱軋支撐輥表面材質明顯改善，修復后的使用效果接近新輥，而堆焊成本僅為國產新輥的1/3，經濟效益可觀。歸納熱軋支撐輥的堆焊修復、強化的工藝要點：

(1)采用了創新的短流程堆焊修復工藝；制定科學、合理的堆焊工藝流程和工藝措施。

(2)選擇優良的合金堆焊工作層，同時配置合適的低底過渡層。

(3)應用了具有預熱、堆焊、加熱保溫、去應力熱處理等功能的特殊堆焊裝置，焊接機頭作了適當改進。

(4)選擇了合適的堆焊工藝和熱處理工藝。

(5)嚴格的質量控制措施。