电火花沉积／堆焊技术在支承辊辊颈修复中的应用.doc

电火花沉积堆焊技术在支承辊辊颈修复中的应用支承辊紧张的局面.关键词电火花沉移堆焊辊颈修复应用,TheApplicationofElectroSparkDeposition/BuiltUpWeldingTechnologytoRestoringBackupRollJournalDongHao,ChengYonggu,LeiXiaomin,ZhaoZhaohuiandZhangNan(AnyangIronandSteelGroupCo.Ltd)AbstractIntheprocessofusinsfluidfrictionbearing,insufficientlubricationoccursduetovariousfactors,causingdryfrictionbetweenthejournandthesleeveofbackuproll,whichsubsequentlyresultsinburningdamageofbackuprollj0111”,withmanycarbonblackarea8formed.Adoptingtheelectrosparkdeposition/buildupweldingtechnology,theSecond.RollinsMillofAngangsuccessfullyrepairsonebackuprollwithseriousburningdamageOilthejourn,whichnotonlyreducestheproductioncost,butalsoeasestheshortageofbackuprol1.KeywordsElectrosparkdeposition/builtupweldingtechnology,Repairingroll-journal,Application0前言安钢第二轧钢厂77t大型支承辊因润滑不充分,造成一个辊颈多处严重烧损,烧损部位呈蜂窝状,已无法使用.大型支承辊制造周期长,价格高.当时,安钢第二轧钢厂已进入双机架生产,能正常使用的支承辊仅有8支,在这种情况下,急需采用时间短,见效快的办法来解决支承辊紧张的局面.借鉴支承辊辊身整体堆焊成功的先例,采用”电火花沉积/堆焊”技术对此辊进行修复再利用.既可降低生产成本,又可以缓解支承辊紧张的局面.1电火花沉gq/堆焊技术原理1.1技术原理电火花沉堆焊技术是利用旋转电极与工件基体之间产生的瞬间高能量脉冲放电的原理(最大脉冲放电频率2000Hz),在电极与工件“相对最近点”产生电火花,在非常小的放电区域内,瞬间(sms数量级)流过的电流很大,其电流密度高达1010A/cm,这种时间和空间的高度集中放电,将产生大量的热能,使电极和工件上极微小的放电点处的金属熔化,并具有爆炸性.该过程产生的动能使熔化的金属离开电极表面并沉积到工件表面上,与工件表面的微小熔化区实现冶金结合.电火花沉积/堆焊属于电火花特种加工领域.传统的电火花加工技术主要是电火花成型,电火花切割(线切割),电火花磨削等,这些工艺都是利用电火花放电对工件材料的烧蚀去除功能来实现加工目的,而电火花沉积/堆焊则是利用电火花放电过程中对电极材料蚀除的同时使蚀除掉的电极上的熔融金属沉积并堆焊到工件表面的沟槽,凹坑内,从而实现对工件表面的修复或强化.由于电火花沉堆焊时的高能量密度使基体表面产生快速微小熔化,而冷态的基体又使该熔化区快速冷却,因而产生电火花强化的效果;由第5期董浩等:电火花沉积/堆焊技术在支承辊辊颈修复中的应用39?于电火花沉积时使用Ar气保护,在电火花放电时,极间电压使Ar气电离击穿并形成微小的电弧,又使沉积层有脉冲氩弧焊的效果,从而与基体金属形成结合强度很高的冶金结合层.1.2技术特点1.2.1电火花沉积,堆焊使用的能量密度很高,在时间和空间上高度集中.所以,电火花沉积技术对基体的热输入非常集中,热量在基体中的传导和扩散范围极小,基材的组织和性能发生变化的热影响区很小,几乎没有热应力和变形,克服了传统焊接工艺在这方面存在的缺点.1.2.2电极与基体同时熔化,使其形成的沉积层与基体呈冶金结合,结合强度高,继承了传统焊接工艺在这方面的优点.1.2.3电火花沉积/堆焊时的快速熔化和快速冷却,对工件具有表面淬火的电火花强化效果.1.2.4电火花沉堆焊的瞬间温度很高,故可以制造高熔点金属(如Ti,W,WC等)的复合强化层.1.2.5电火花沉堆焊只有显微熔化,没有传统熔化焊时出现的宏观熔池,因而沉积层不可避免地存在显微气孔,这对沉积层的性能没有明显的影响,在油润滑的轴颈还有承油的效果,对润滑有利.2电火花沉积技术在中板支承辊中的应用2.1材料的选择查阅相关文献并经分析,第二轧钢厂的支承辊材质是锻钢70Cr3Mo,利用电火花沉积技术,可选用ST302,ST304,ST306,ST308等焊条作为修复用材料.堆焊焊条技术指标要求如表1.表1电火花沉积/堆焊试样及材料(.2mil1)2.1.1试验分析采用x射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及ESAX分析试验用试样.2.1.2金相试验分别对不同规格,不同材质焊条的沉积层进行了金相检验,在同一个试样上进行了多个断面的金相检测.经检测,ST306焊条所沉积的焊层与基体结合较好,呈冶金结合状态,焊层组织呈层状结构,焊层中只有少量的显微气孔和微裂纹.2.1.3显微硬度试验对各种沉积层进行显微硬度测试,对初步选定的ST306材料的沉积层进行了宏观硬度试验.基体硬度约在HRC43HRC47之间,热影响区(0.04mm内)硬度在HRC45HRC50之间,即热影响区硬度比基体硬度略有升高,这是由于在沉积时,基体表面快速熔化后快速冷却所产生的自淬现象所致.沉积层的硬度与所用的材料有关:ST302在HRC23HRC33之间;ST304在HRC35HRC42之间;ST306在HRC43HRC51之间;ST308在HRC53HRC62之间.由于堆焊材料是以熔化状态沉积到基体表面上的,而焊条表面熔化的材料很少,在其冷凝时自淬硬现象也使沉积层产生淬硬效果,故其硬度比焊前高.显微硬度结果表明,与基体硬度比较接近的沉积材料是ST306.2.1.4采用x射线硬度试验初步选定下来的沉积材料ST306所做的沉积层试样进行电镜分析,应用D/max一1400X射线衍射仪(XRD)对其进行了x射线衍射分析.用Amray1845FE扫描电子显微镜(SEM)观察分析了试样的截面形貌;应用EDAX技术分析了试样中各区的成分;应用显微硬度仪测定了试样中各区的显微硬度.结果见图1.可以看出,沉积层中有缩孔等缺陷.这是因为沉积时只有显微熔化,没有形成传统熔化焊中出现的宏观熔池,虽然与基体的结合可以达到冶金结合的效果,但沉积层中没有宏观的熔化和凝固过程.所以,沉积层中存在微小的缩孔等缺陷.经过刻蚀后可以看出,化学成分仍然为原来基体的合金钢成分;沉积层呈现层状组织的特征,其化学成分为所使用焊条的成分.即电火花沉积时,基体和焊层的成分没有发生任何改变,没有熔化焊中常见的冲淡现象.显微硬度测试发现,试样中焊层,熔合区和基体的显微硬度分别为HRC45,HRC47,HRCA6,电火花沉积层的显微硬度比基体的显微硬度略高.?40?宽厚板第l6卷图1ST306腐蚀前,后的金相照片2.2堆焊材料的确定根据试验检测结果分析,二轧厂支承辊辊颈修复的电火花沉积焊条最终确定为DH22.3修复实施3.1缺陷修复随后对其中的一处麻坑进行修复试验,其光(a)受损辊颈洁度,硬度,锥度,组织结构等指标均符合技术要求,可以进行正常修复.于是加大了人员与技术投入,昼夜加班,历时45天,将其余l2处蜂窝状麻坑全部修复完毕,经验收合格.3.2轧辊修复前后的实物对比(图2)(b)受损辊颈修复后图2支承辊辊颈烧损,修复前后对比图3.3磨床磨削试验修复后对支承辊在磨床上进行磨削试验,该支承辊在磨削过程中和正常辊一样,完全能满足磨床的技术要求.3.4实施效果在精轧机,粗轧机上进行试用,分别作为精轧机的上辊,下辊和粗轧机上辊,下辊进行检测.从检测结果可知,修复非常成功,具体数据见表2.3.5效益3.5.1经济效益第5期董浩等:电火花沉积/堆焊技术在支承辊辊颈修复中的应用.41?表2试用结果数据采用电火花沉积/堆焊修复技术,对辊颈表面多处烧损呈蜂窝状麻坑的支承辊进行尝试性修复,并取得了成功.仅用1l万元资金就解决了需花费近600万元买支新辊的问题,缩短了交货期,缓解了二轧厂备件紧张的局面.到目前为止,采用电火花沉积/堆焊技术共成功修复两支辊颈表面受损的支承辊,直接经济效益达599.72万元.3.5.2社会效益中板大型锻钢支承辊辊颈修复的成功,为安钢公司乃至同类行业开辟了先河,是企业降本增效的好方法,轧辊修旧利废的研究上升到一个新的台阶.近期,利用该项技术对另一支因吊运不当造成辊颈多处划槽的支承辊进行修复,取得了成功.4结论经过一年多的生产实践检验,该支承辊完全能够满足生产和磨削要求,表明电火花沉积/堆焊技术修复支承辊辊颈表面缺陷获得成功.该技术的成功开发,为安钢第二轧钢厂支承辊的修复利用提供了宝贵的经验,具有很高的推广价值.参考文献I王华仁.电火花沉堆焊技术试验研究.表面技术,2007,(2):3538.董浩,女,1996年毕业于沈阳工业高等专科学校压力加工专业,工程师.收稿日期:20100814(1)采用低碳锰+铌钛复合微合金化的成分设计,产品能够满足标准要求的各项技术指标,具有较好的耐热性能,