軋輥堆焊制造說明書

1、一、緒論1.1 概述堆焊法為制造熱軋輥開辟了一條新途徑。軋輥堆焊是用焊接方法在軋輥表面上堆敷一層具有一定性能材料的工藝過程。軋輥堆焊的費用很低。而使用性能往往比新軋輥還高。據(jù)了解，堆焊舊軋輥的費用僅為新軋輥費用的30，而軋制金屬量卻比新軋輥提高了3-5倍。軋輥的堆焊過程須有嚴格的工藝規(guī)范和操作規(guī)程，配以適當?shù)暮附硬牧?，以保證所堆焊出的軋輥有很好的紅硬性，高溫耐磨性和較高的沖擊韌性。因此軋輥堆焊技術為軋輥生產(chǎn)中降低軋輥消耗、提高軋輥使用壽命提供了可能，由于軋輥輥芯材料的多次反復使用，大大節(jié)約了金屬合金材料，充分合理地利用了資源，符合國家要求的再制造工程理念，具有較好的社會效益。熱軋輥是鋼鐵企業(yè)軋

2、鋼設備上的關鍵零件。不僅其消耗量大，費用昂貴，而且軋輥材質(zhì)的好壞、使用壽命的長短直接影響軋機的作業(yè)率、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、最終將直接影響到單位軋輥的消耗及軋材成本。因此，提高軋輥的使用壽命，是軋鋼生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率，實行增產(chǎn)節(jié)約，降低消耗的措施之一。因此，如何提高軋輥的使用壽命，成為降低產(chǎn)品成本的一個重要途徑。軋輥堆焊作為軋輥的一項先進技術，具有如下優(yōu)點： 1.堆焊后的軋輥使用壽命普遍提高一倍以上。 2.極大的降低了噸鋼成本，提高了生產(chǎn)效率。 3.堆焊后的軋輥具有良好的抗裂性、耐磨性、耐冷熱疲勞性。我國冶金軋輥堆焊技術在堆焊材料、堆焊工藝技術、堆焊設備以及應用范圍等諸方面和國外先進技術相比，并不

3、落后處于同一水平。較全面而完整的冶金軋輥堆焊技術應包括所采用的堆焊材料（堆焊合金）堆焊方法、相應堆焊工藝和堆焊設備及制造條件等幾個方面。在軋制生產(chǎn)中，軋輥與所軋金屬直接接觸，使金屬產(chǎn)生塑性變形，是軋機的主要變形工具。軋輥是軋機大型消耗性不見，在整個生產(chǎn)過程中軋輥因磨損而消耗的部分約占軋輥總重量的10%-20%，而大量的軋輥消耗是由于修復過程中局部缺陷而導致報廢的。堆焊工藝制造新軋輥或修復舊軋輥工藝較傳統(tǒng)軋輥制造工藝要簡單快捷再有在生產(chǎn)應用中具有可多次修復應用的優(yōu)點另外以堆焊復合制造高強度高韌性的高耐磨耐高溫的鋼質(zhì)軋輥來替代易斷損不易修復的鑄鐵類軋輥其技術優(yōu)勢可觀的效益目前已在軋鋼企業(yè)中逐漸推廣

4、應用。是目前國內(nèi)軋輥制造與鋼鐵企業(yè)使用軋輥的發(fā)展方向。1.2 焊接工藝評定報告（見附表）二、軋輥堆焊制造工藝2.1 軋輥堆焊材料選擇軋輥種類繁多，其使用狀態(tài)、工作要求均不同，所以應使用不同的材料進行堆焊，才能滿足不同的使用要求。但要求堆焊后的效果是一致的，即較高的強度、良好的耐磨性能，較好的抗剝落性能和適中的表面硬度。就目前軋輥堆焊來說.堆焊材料的選取一般分為兩大類，一類為修復廢舊軋輥的堆焊材料，即單純?yōu)榱嘶謴秃托蘩碥堓?，使之達到原始尺寸；另一類為耐磨堆焊材料.即在堆焊工作中，主要考慮使軋輥表面獲得較高的硬度，有足夠的耐高溫、耐磨損、耐冷熱疲勞等性能的堆焊金屬，同時也起到了恢復軋輥尺寸的作用。

5、2.1.1 基體材料的選擇軋輥堆焊就是在具有一定強度和韌性的廉價的輥芯材料上堆焊一層硬的、耐磨的、耐疲勞的金屬材料，從而形成一種新型的復合軋輥。輥芯材料的選取原則主要是為了最大程度地承受扭轉(zhuǎn)和彎曲應力，減少斷輥事故的發(fā)生。根據(jù)工藝水平和制造成本，選用堆焊母材采用Q235鋼，屬低碳鋼，其化學成分、機械性能對比見表2-1。軋輥直徑D為279mm-465mm，長度為810mm，形狀見圖2-1。圖2-1 熱軋輥形狀（材料Q235鋼）表2-1 Q235鋼化學成分、機械性能對比軋輥材質(zhì)化 學 成 分（%）強度（MPa）塑性(%)硬度（HB）Q235鋼CMnSiPSbsHB0.30.0450.05375-4

6、6023525-27601502.1.2 焊絲材料的選用焊絲是直接影響堆焊金屬的化學成分、組織和性能的一個最主要的因素。我組軋輥堆焊的主要目的就是提高軋輥的耐磨性，即提高軋輥的耐磨、耐熱疲勞、耐高溫沖擊性能，并修復軋輥尺寸。再考慮到基體材料的焊接性，應選用與基體具有相近的膨脹系數(shù)的焊接材料，以減少堆焊難度和避免焊接缺陷的產(chǎn)生。焊絲因加Cr、Mo、W、Si等元素，使其性能大大提高。W、Mo、V在合金中能形成穩(wěn)定的碳化物并能降低碳在合金中的擴散速度，使碳化物在高溫下易分解和集聚，因此合金在高溫時仍能保持較高的硬度和耐磨性。Cr的主導作用在于強烈提高淬透性和高溫抗氧化能力。保持中碳的含量，一方面保證

7、鋼具有一定的韌性，另一方面能承受一定的沖擊載荷因而3Cr2W8V、3Cr13都是良好的軋輥堆焊材料。采用藥芯焊絲技術，又使其性能有一定的提高。焊絲使用前，應仔細除油除銹，防止堆焊過程中氣孔的產(chǎn)生，必要時，應用丙酮清洗。根據(jù)這些原則，我選用了3Cr2W8V實芯焊絲作為堆焊材料進行試驗，焊絲直徑d為3.2mm，其化學成分見表2-2。表2-2 3Cr2W8V焊絲的化學成分焊 絲化 學 成 分/%CSiMnSPCrNiWV3Cr2W8V0.350.030.03-選擇焊絲除了考慮具有合適的化學成分外.焊絲還必須滿足以下要求:1) 焊絲直徑在整個長度方向上允許偏差須符合表2-3的要求；表2-3 焊絲直徑允

8、許偏差 焊絲直徑(mm)12允許偏差(mm)注:焊絲的橢圓度不準超過直徑公差的0.75倍。2)焊絲中C, S, P的含量應符合標準；3)焊絲表面無氧化物、油污等；4)焊絲應呈卷裝，沒有角度彎曲。2.1.3 焊劑材料的選用焊劑在堆焊過程中能起到雙重作用，它能使熔融金屬的熔池與空氣隔開，并使熔融的熔劑與液態(tài)的熔融金屬在電弧熱的作用下起化學反應，向焊縫層過渡金屬元素。焊劑的選擇主要考慮以下幾方面要求:1) 焊劑應能保證堆焊層的正常成型；2) 焊劑應能促進堆焊層得到所需要的化學成份、內(nèi)部組織及機械性能；3) 焊劑的燒損應該最小；4) 焊劑應能保證堆焊層金屬不產(chǎn)生氣泡；5) 焊劑應能提高電弧燃燒的穩(wěn)定性

9、；6) 焊劑凝結后所生成的熔渣，應容易從堆焊層金屬的表面脫落；7) 焊劑在熔化時，不應發(fā)出對人體有害的氣體:8) 焊劑應具有小的吸濕性，即吸收潮氣的能力應該??；9) 焊劑的顆粒應當結實，以便在運輸中保持原有顆粒大小。埋弧堆焊所用的焊劑按制造方法分為熔煉焊劑和非熔煉焊劑（燒結焊劑）兩大類。熔煉焊劑是將各種礦物性原料按配方比例混合配成爐料，然后在電爐內(nèi)加熱到1300以上熔煉成流動性很好的紅色熔渣，然后出爐經(jīng)過水冷?；⒑娓?、篩選而制成的焊劑。熔煉焊劑采用的原料主要有錳礦、硅礦、鋁礬土、鎂砂、螢石、生石灰、鈦鐵礦等礦物性原料，另外還加入冰晶石、硼砂等化工產(chǎn)品。由于熔煉焊劑制造中要經(jīng)高溫熔化原料，所以

10、焊劑中不能加碳酸鹽、脫氧劑和合金劑，制造高堿度焊劑也很困難。而且，熔煉焊劑經(jīng)熔煉后不可能保持原料的原組分不變，所以，熔煉焊劑實質(zhì)上是各種化合物的組合體。熔煉焊劑多用于自動埋弧焊接低碳鋼、低合金鋼。配用合金鋼焊絲，也可用于低合金鋼、高合金鋼埋弧自動焊接或堆焊。熔煉焊劑在埋弧焊接或堆焊過程中對熔化金屬只有保護作用，幾乎沒有過渡合金的作用。根據(jù)以上要求，選取熔煉焊劑HJ-260。HJ-260焊劑價格便宜，性價比高，是一種低錳高硅型自動焊劑，呈灰色玻璃狀顆粒，粒度為0.26-2mm（10-60目）。采用直流電源，焊絲接正極。其主要優(yōu)點是:電弧燃燒穩(wěn)定，容易脫渣，堆焊焊縫形成好。但堆焊前，焊劑須在300

11、左右恒溫干燥箱中烘焙1-2h，其化學成分見表2-4。因焊劑有一定的吸水性，使用前必須對焊劑進行烘焙。表2-4 HJ-260焊劑化學成分熔煉焊劑化 學 成 分/%SiO2MnOMgOCaOCaF2Al2O3FeOSPHJ-26029-342-415-184-720-2519-2410.070.072.2 堆焊方法的選用選擇埋弧自動堆焊:目前在國內(nèi)外冶金行業(yè)使用的堆焊技術有噴鍍、氣體保護焊、埋弧焊、電渣焊，其中軋輥埋弧焊是應用最廣泛的工藝，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、經(jīng)濟效益較好的優(yōu)點。埋弧焊法：埋弧焊是在一定大小顆粒的焊劑層下，由電極與被焊金屬之間產(chǎn)生放電而形成電弧和高熱，使電極的端頭和被焊金屬熔化

12、凝結，來完成金屬的焊接。早在六十年代，埋弧焊就以其特有的優(yōu)點進入軋輥的修復和制造業(yè)中，并且是目前最常用的方法主要原因是:此方法堆焊質(zhì)量好、效率高，而軋輥的形狀也適合埋弧焊。原則上，埋弧焊工藝為把金屬堆焊到輥芯表面提供了一個簡單而又有效的手段，或者采用螺旋狀的，或者采用一道壓一道的方法，逐步堆成多層并形成具有所希望的成分和性能的表層。埋弧焊的主要技術要求是:1) 高熔敷速度(每小時最少20kg) ；2) 焊后基體及焊層沒有明顯的缺陷；3) 均勻的焊道金屬和熱處理性能的一致性；4) 滿足工件所要求的力學機械性能。到目前為止，埋弧焊技術已用于軋鋼廠中所有鋼質(zhì)的輔助輥和輥道輥(包括下卷取夾緊輥、某些爐

13、輥、傳送輥以及鋼板矯直輥等)，所帶來的經(jīng)濟效益及勞動生產(chǎn)率的提高等優(yōu)點已得到了眾多廠家的證明。埋弧堆焊修補或制造輥子的技術在初軋機工作輥、熱帶鋼軋輥及精軋機工作輥上應用比較成熟，并均己投入工業(yè)生產(chǎn).除了大型冷軋輥外，自動埋弧焊幾乎遍及冶金企業(yè)所有軋輥的修補和制造，熔敷速度最大可達30/kg·h-1以上，表面硬度最高可達HRC60以上。此處采用單絲埋弧焊，查表取熔敷速度為9/kg·h-1。軋輥自動埋弧堆焊的基本原理和一般自動埋弧焊接的相同，所用的設備一般均為自動埋弧焊的設備。在自動埋弧堆焊的過程中，堆焊電弧在通有電流的堆焊工件和金屬焊絲之間燃燒，堆焊工件和金屬焊絲在堆焊電弧的

14、高溫作用下被局部和全部熔化.為了保護熔融的液體金屬免受空氣中的有害氣體影響，以及為了保存堆焊電弧的熱量和防止金屬的飛濺，采用了顆粒狀的焊劑。即用一層一定厚度的焊劑覆蓋在堆焊區(qū)上，堆焊電弧又使顆粒狀焊劑部分熔化，并使堆焊電弧在有熔化了的焊劑所形成的彈性外殼的空間中燃燒，這個彈性外殼將可靠地將堆焊熔池隔絕于空氣。軋輥自動埋弧堆焊方法示意圖見圖2-2。 圖2-2 軋輥自動埋弧堆焊方法示意圖金屬焊絲1以一定的速度連續(xù)、均勻地供給堆焊電弧5，并在堆焊電弧的高溫作用下均勻地融化。金屬熔滴通過堆焊電弧與鋼軋輥6的熔融金屬相混合，并形成堆焊熔池7。在熔融金屬冷卻結晶后得到焊渣殼8和未熔化焊劑9覆蓋而成的堆焊金

15、屬10。堆焊時，由于鋼軋輥的回轉(zhuǎn)，未熔化的焊劑落入回收箱，以便回收再用。己冷卻的焊渣殼則在鋼軋輥部分重新接近堆焊電弧以前必須被清除掉。金屬焊絲成圈地放置在附近的焊絲盤中，通過自動埋弧焊機的送絲機構，連續(xù)、均勻地送入堆焊電弧。2.3 軋輥堆焊的轉(zhuǎn)動方式及焊接設備2.3.1 轉(zhuǎn)動方式采用軋輥轉(zhuǎn)動，焊槍靜止，圖2-3為其工作圖。圖2-3 軋輥埋弧堆焊工作圖2.3.2 焊接設備 主要包括：堆焊設備、預熱及焊后熱處理爐、機加工設備、產(chǎn)品的質(zhì)量檢測儀器。2.3.2.1 堆焊設備目前國內(nèi)冶金軋輥堆焊專用設備已形成系列裝備。按堆焊軋輥承重能力小的有可承重5-10t的，最大的有可承重80-100t以上的大型軋輥

16、專用堆焊設備；按堆焊軋輥的外形尺寸分，最長堆焊工件長度可達18m（堆焊無縫管廠連軋管機芯棒），最大堆焊工件直徑則可達1.5-2 m（大型熱軋支承輥）。軋輥自動堆焊專用設備從整機系統(tǒng)來看通常主要由4 大部分組成：1. 設備主體。包括軋輥（工件）轉(zhuǎn)動及支承系統(tǒng)、焊接機頭軸向移動系統(tǒng)、機頭垂直升降系統(tǒng)、機頭導前距離調(diào)整機構、機頭（前后和左右傾）斜角度調(diào)整機構、機頭擺動機構、主機架、橫梁及相應結構件。2. 焊接系統(tǒng)。包括焊接電源、焊接機頭、機頭焊接控制箱、機頭擺動控制箱、單絲（帶）焊槍（雙絲焊槍）等。3. 控制系統(tǒng)。包括主控制臺（含PLC控制）、主軸驅(qū)動變頻調(diào)速控制、機頭軸向移動伺服控制、機頭升降驅(qū)動

17、控制、保溫裝置加熱及溫控系統(tǒng)、焊劑送給與回收電控系統(tǒng)等。4. 輔助系統(tǒng)。包括軋輥（工件）加熱與保溫裝置、焊劑送給與回收系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等。2.3.2.2 預熱及焊后熱處理爐軋輥焊前預熱及焊后熱處理爐目前都盡可能選用電爐，這是由于焊后熱處理對爐溫的準確性及均勻性有一定的要求（±10）。 預熱溫度320-410，熱處理最高溫度600即可。若因電力容量緊張，擴容受限，也可選用燃氣爐，但必須保證溫度準確可控。預熱及焊后熱處理爐可根據(jù)所堆焊軋輥的規(guī)格、重量以及批量等來配置。2.3.2.3 機加工設備機加工設備主要指通用車床、軋輥車床和磨床，分為粗加工和精加工。其規(guī)格能力一般按待加工堆焊軋輥規(guī)格和

18、重量來匹配選購。2.3.2.4 產(chǎn)品的質(zhì)量檢測儀器針對軋輥堆焊，需配備以下檢測器具：超聲波探傷儀、磁粉探傷（著色探傷）儀、手持硬度計、手持接觸式測溫儀、軋輥尺寸測量器具等。2.4 堆焊工藝嚴格執(zhí)行正確的軋輥堆焊工藝，是保證軋輥堆焊質(zhì)量的好壞及成功與否的決定性因素。軋輥堆焊工藝路線見下圖2-4：圖2-4 軋輥堆焊工藝路線2.4.1 軋輥堆焊前的車削加工軋輥使用后，由于嚴重的熱磨損、熱疲勞，致使孔型表面凹凸不平并有網(wǎng)狀龜裂，稱為疲勞損傷層。為了保證軋輥堆焊層質(zhì)量，提高軋輥堆焊效率，在堆焊前必須做好軋輥的表面清理及內(nèi)部探傷工作，尤其各種裂紋要徹底清除。對于環(huán)裂較深處，采取局部車削，在車削中如發(fā)現(xiàn)個別

19、的深孔沙眼，就需用電鉆將沙眼鉆深、擴大，再用手工電弧焊補焊。軋輥堆焊前車削加工的原則是消除軋輥表面的任何缺陷，對于新軋輥來說則應根據(jù)圖紙尺寸將軋輥直徑車小倒8-12mm，以保證堆焊層的厚度。另外，在堆焊前車削加工中還應當考慮在堆焊過程中防止熔渣被卡住的問題，所加工部分不應存在銳角。不允許車削后的軋槽有較薄部分，防治軋槽在堆焊過程中出現(xiàn)局部過熱。軋輥堆焊中由于采用3Cr2W8V實芯焊絲作為堆焊材料，堆焊后的切削加工時刀具極易磨損和受到破壞。因此，堆焊軋輥粗加工時，采用硬質(zhì)合金刀具，磨刀時取負角約5°。機床轉(zhuǎn)速約10r/min，吃刀量適當減少。2.4.2 軋輥堆焊前的預熱堆焊前的預熱是防

20、止焊層出現(xiàn)裂紋的最有效的措施。它能減小堆焊層金屬的冷卻速度，減少堆焊層金屬的結晶偏析，增加結晶的間隔時間，減少熱應力的產(chǎn)生以及避免堆焊層金屬產(chǎn)生結晶裂紋等。在軋輥預熱后能減慢堆焊時冷卻速度，可使基體金屬在馬氏體相變臨界溫度以上進行比較充分的分解，它能避免堆焊層金屬的馬氏體相變，防止堆焊焊縫熱影響區(qū)的裂紋產(chǎn)生。軋輥的預熱時間，主要包括加熱時間和保溫時間。所謂的加熱時間，是使軋輥在一定的加熱速度下， 自常溫加熱到一給定溫度所需要的時間；所謂的保溫時間，是指軋輥表面加熱到一定溫度，在這個溫度下繼續(xù)加熱一定時間，使軋輥各部分溫差盡量減小。軋輥的預熱時間通常由以下經(jīng)驗公式計算：= W×K (2

21、-1) 式中: -軋輥的預熱時間(min)；W-與被加熱物體的形狀和尺寸有關的幾何指數(shù)(cm)；當加熱軋輥時: W=D×L/(4L+2D ) (2-2) 式中: D-軋輥直徑(cm)；L-軋輥輥身長度(cm) ；K-加熱條件的綜合物理因素(min/cm)；預熱溫度為320-410時，通常K=26 min/cm。堆焊過程中應控制預熱及層間溫度高于Ms點，避免堆焊金屬發(fā)生馬氏體相變及淬回火效應，應使整個堆焊層焊完之后在熱處理電爐中同時進行馬氏體轉(zhuǎn)變，只有這樣才能保證堆焊層的組織、硬度均勻性。在預熱過程中：要求預熱升溫速度為65-93/h（溫度260 ；35-65/h)。預熱保溫時間按輥直

22、徑方向0.0833-0.166 h/cm(0.25-0.5 h/英寸) 來確定(具體時間取決于輥母材和堆焊金屬合金成分),原則是確保輥坯從外到里熱透。輥芯的預熱，原則上要求必須在電爐內(nèi)進行。對于預熱溫度及層間溫度要求不高的冶金軋輥，也可在堆焊設備上邊旋轉(zhuǎn)邊用火焰加熱。2.4.3 軋輥堆焊埋弧堆焊是軋輥堆焊最關鍵一環(huán)是堆焊。埋弧堆焊主要涉及堆焊規(guī)范參數(shù)和堆焊操作規(guī)程。堆焊過程必須連續(xù)施焊，中途不允許停止。如遇意外情況停焊時，在層間溫度保溫裝置不能保證軋輥層間溫度時，應盡快進爐按預熱溫度要求保溫。進行圓周方向螺旋線堆焊時，為防止在輥身兩端出現(xiàn)“缺肉”現(xiàn)象，在輥身的兩端即始焊部位和終焊部位，均應先沿

23、圓周方向堆焊一周（即在不移動堆焊機頭的情況下堆焊一周），然后再進行螺旋線堆焊。同時為保證各堆焊層間硬度的均勻性，要求堆焊時應使各堆焊層間的焊道位置相互錯開1/2 焊道寬度。對3.2 mm實芯焊絲當采用自動埋弧堆焊時，要求：焊接電流為280-320A； 焊接電壓為30-32V；焊接速度為550-650 mm/min （指軋輥堆焊層轉(zhuǎn)動圓周線速度）；焊接極性采用直流正接；焊接電源特性采用具有弧壓反饋的下降外特性。焊絲干伸長是焊絲伸出槍嘴的長度，合適的焊絲伸出長度應為焊絲直徑的10-12倍，焊絲的干伸長太短，就會因為焊槍噴嘴與工件距離近而增加飛濺金屬堵塞噴嘴，焊絲的干伸長太長，則會增加飛濺、引起焊接

24、不穩(wěn)定。焊絲直徑為3.2mm，所以，焊絲干伸長為32-38mm。堆焊規(guī)范參數(shù) 堆焊規(guī)范參數(shù)包括:電弧電壓、電流、送絲速度、堆焊速度、堆焊螺距等。這些參數(shù)應根據(jù)軋輥的種類、材質(zhì)及技術要求，不同的焊絲和焊劑，經(jīng)實驗后確定。合理的堆焊規(guī)范應能達到:有較高的堆焊溶敷效率，堆焊層間有足夠的結合強度，無裂紋、夾渣和其它焊接缺陷，且易于脫渣等。試驗過程中的預定堆焊規(guī)范可按以下經(jīng)驗公式計算確定:1) 堆焊電流堆焊電流與焊絲直徑之間存在一定關系:I = (85-110) × d (2-3)式中 d一一焊絲直徑(mm)因為d=3.2mm,根據(jù)公式（2-3），堆焊電流范圍：280-320 A。2) 電弧電

25、壓在選擇電弧電壓時，主要考慮堆焊電流，可按下式計算:V= (0.02-0.04) × I + 20 (2-4)根據(jù)上式，結合堆焊電流范圍，得到電弧電壓范圍：30-32 V。3) 堆焊速度軋輥堆焊時的軋輥轉(zhuǎn)速是根據(jù)軋輥的線速度及軋輥直徑大小確定。一般情況下，堆焊速度以24- 42m/h較為合適，碳素鋼焊絲取中下限，合金鋼焊絲取中上限。軋輥轉(zhuǎn)速可由下面公式求得:n=V線 / ( × D) (2-5)式中 n一一軋輥轉(zhuǎn)速(r/min)；D一一軋輥直徑(mm)；V線一一軋輥線速度(mm/min)。取V線=580 mm/min，根據(jù)輥徑的不同，軋輥轉(zhuǎn)速分別為n1=0.45r/min，

26、n2=0.66r/min，n3=0.40r/min4) 堆焊螺距堆焊時相鄰焊縫彼此重疊1/3左右，堆焊螺距可根據(jù)焊絲直徑按下式選取:S=(l.9-2.3) × d (2-6)式中 S一一堆焊螺距(mm/rap)；d一一焊絲直徑毫米(mm)。S=6.08-7.36 mm/rap5) 焊絲傾斜位置為防止液態(tài)金屬和熔化的焊劑流失，延長熔渣冷卻凝固時間，便于除渣，焊絲必須相對于軋輥中心向其旋轉(zhuǎn)反方向后移一距離，叫后移量，用K表示，K=0.08D，焊絲對正軋輥中心，傾角為6-8°。6) 堆焊電流的種類和極性為了保證軋輥堆焊質(zhì)量一般要求采用直流焊機，采用直流反接堆焊時，焊縫熔深最大；采

27、用直流正接(焊絲接負極，焊件為陽極)時，不存在“陰極清理作用”，焊縫的熔深最小，焊絲的熔敷率最高。此處采用直流正接。具有下述特點：改善熔合比，提高焊縫性能，焊件產(chǎn)生的熱量大、溫度高，因此熔池深而窄，生產(chǎn)率高，同時焊件的收縮和變形均較小。7) 熔合比熔合比是指熔焊時，被熔化的母材部分在焊道金屬中所占的比例。在焊縫中，母材金屬熔合比的增加，意味著熔池中母材金屬所占的比例增大，填充金屬元素被稀釋，從而改變焊縫的成分，組織性能以及形貌。因而，測定對接焊縫熔合比的大小可以為異種材料或復合板焊接時焊接工藝參數(shù)以及焊接材料的選擇提供一定的依據(jù)，具有重要的意義。公式為= (Fb1+Fb2)/Fw 。圖2-5是

28、熔合比的示意圖。圖中，由于存在橫向收縮變形，所以母材有一部分重疊。 圖2-6所示，隨著焊絲伸出長度的變化，焊接電流也隨之變化。當伸出長度增加時，焊接電流減小，電弧功率降低，熔合比減小。同時，隨著焊絲伸出長度的增加，焊絲產(chǎn)生的電阻熱增加，因而增加了焊絲的熔化量，也減小了熔合比。2.4.3.2 堆焊操作規(guī)程平面軋輥的堆焊：平面軋輥的堆焊是軋輥自動埋弧堆焊中最普遍最方便的一種。一般按螺旋線堆焊三層以上，第一層自左向右堆焊，第二層則需自右向左堆焊，第三層同第一層方向，以后各層依次類推。堆焊的尺寸要求除了實際的堆焊量外，還需包括加工余量、焊縫的熱脹冷縮的余量，一般為4mm。但在實際生產(chǎn)中，當堆焊到軋輥邊

29、緣時，會發(fā)生焊劑托不住、熔渣及液體金屬流失等現(xiàn)象，造成堆焊焊縫淌瘤?？刹捎脠D2-7的方法杜絕此問題的發(fā)生。圖2-7 平面軋輥輥身邊緣堆焊-加金屬軟管法它是采用幾根直徑大小不同的金屬軟管，在軋輥輥頸處重疊起來，拖住熔融的焊劑和液體金屬，但金屬軟管的重疊高度不能超過軋輥輥面，一般低于輥面3-5mm。堆焊引弧的位置定在距離軋輥端面3-5mm處，這樣堆焊焊縫正好保住軋輥邊緣。2.4.4 堆焊保溫(層間溫度)軋輥堆焊時的層間溫度一般保持在接近預熱溫度，通常認為層間溫度應保持在堆焊材料的Ms點溫度以上。堆焊過程中為保證預熱溫度不下降，堆焊機床設置有帶電熱體保溫裝置。堆焊層溫度應保證在材料的Ms點溫度以上，

30、堆焊材料的Ms點溫度可依據(jù)下面經(jīng)驗公式推算。Ms=747-63(%C)-72(%Mn)-63(%V)-36(%Cr)-31(%Ni)一18(%Mo)-9(%W)+27(%Co)+54(%Al) （2-7）所以取層間溫度為420。2.4.5 焊后緩冷和熱處理為了減少堆焊后所引起的殘余應力，避免產(chǎn)生裂紋，焊后應先保溫，然后再裝爐進行熱處理。盡管堆焊材料有所不同，但其消除堆焊殘余應力的退火溫度(或稱回火溫度)多在500-600之間選取。軋輥回火工藝曲線如圖2-8。保溫時間通常為每25.4mm的輥子直徑，保溫0.5-1h，而緩冷制度，大部分采用隨爐緩冷，當輥溫降到100以下時出爐空冷。根據(jù)軋輥堆焊后出

31、現(xiàn)的質(zhì)量問題分析，有相當一部分是由于焊后熱處理工序不當而引起的。 圖2-8 軋輥回火工藝曲線焊后熱處理的主要目的是為改善焊后組織和消除焊接應力，同時使碳化物能夠在基體組織上彌散析出，從而形成二次硬化，進一步提高軋輥堆焊工作層的硬度和耐磨性。堆焊軋輥的焊后熱處理應在專用的熱處理電爐中進行，要求爐內(nèi)溫度均勻性（±10）好，溫度測定準確，控溫過程精確。1.軋輥堆焊完畢后，在保持層間溫度的情況下，應使軋輥在專用堆焊設備上（同時旋轉(zhuǎn)），保持1-2h，目的是使軋輥溫度均勻化。2.之后，使軋輥緩冷至至少比堆焊金屬Ms溫度低37.8 左右的溫度，保持幾個小時，使得軋輥芯部和外部溫度均勻一致。此過程要

32、求降溫速度在37.8/h 左右。軋輥緩冷方式可采用保溫材料包裹或放進珍珠巖坑緩冷，推薦最好進密閉的電爐中進行。3.在熱處理電爐對堆焊軋輥進行回火處理時升溫過程中為保證溫度均勻升溫速度要緩降溫過程中為防止產(chǎn)生新的應力也應緩慢冷卻。2.4.6 熱處理后檢查機加工和成品檢測控制工藝規(guī)范，嚴格操作過程，將獲得較滿意的堆焊效果。堆焊軋輥經(jīng)回火、冷卻后即可轉(zhuǎn)人加工，一般加工在軋輥車床上進行。對經(jīng)過焊后回火熱處理后的堆焊軋輥進行粗加工，然后進行半成品檢驗，包括超聲波探傷、硬度檢查、外觀檢查、幾何形狀及粗加工尺寸檢查等。堆焊層的著色探傷（PT） 或磁粉探傷（MT）檢查在軋輥最終機械加工完成后進行。2.4.6.

33、1車削對焊后熱處理過的堆焊層，先用合適的合金刀片，經(jīng)過粗，精加工能獲得滿意的效果。2.4.6.2 成品檢驗(1)外觀檢驗用放大鏡對軋輥表面進行檢查，不得有夾渣、氣孔裂紋等焊接缺陷。(2)對加工好的輥子進行超聲波探傷，不允許存在裂紋，其它缺陷不得大于2mm。(3)堆焊層成分測定a)成分分析試樣制取Ø 取樣部位應與堆焊層始端或終端距15mm以上，并且與基體屬相距5mm以上；Ø 取樣工具采用電鉆，取樣前須將鉆頭擦洗干凈；Ø 對堆焊試樣的第一層、第二層、第三層分別制取化學分析樣。b)成分分析方法按GB223, IS09556, IS04935標準進行化學成分分析。(4)硬

34、度值測定(常溫硬度值測定)a)試樣制備依據(jù)GB/T230-91,用線切割機將五種堆焊材料切成lOmm×lOmm×lOmm的硬度樣。b)實驗設備HB-3000型布氏硬度計。c)實驗步驟Ø 測量堆焊材料在空冷狀態(tài)下的硬度值；Ø 測量堆焊材料在500, 520, 540, 560，保溫5小時狀態(tài)的硬度值；Ø 測量堆焊材料在560，保溫時間分別8小時、16小時狀態(tài)下的硬度值；Ø 測量堆焊材料在580, 600，保溫5小時狀態(tài)下的硬度值。三、堆焊工藝參數(shù)的確定合理確定軋輥對焊工藝參數(shù)的基本要求是：電弧燃燒穩(wěn)定、堆焊焊縫成形良好、電能消耗最少、生

35、產(chǎn)效率高。3.1 軋輥的預熱溫度及預熱時間軋輥堆焊的預熱溫度可根據(jù)焊絲的含碳量確定，如圖3-1所示： 圖3-1 軋輥堆焊的預熱溫度3Cr2W8V焊絲中含有較多的易形成碳化物的Cr、W元素，在高溫下有較高的強度和硬度，即使在600°C的工作條件下，表面硬度能達到33HRC。為了得到較細密的內(nèi)部組織，應采用較低的預熱溫度。但預熱溫度不能過低，如果預熱溫度過低不可避免地會產(chǎn)生裂紋。參考圖3-1,根據(jù)焊絲的化學成分，結合堆焊軋輥的實際情況，確定了堆焊時軋輥的預熱溫度為320-410。根據(jù)軋輥直徑為279-465mm，長度為810mm，參考圖3-1和堆焊預熱時間公式（2-1）、（2-2），確定

36、了堆焊時軋輥的預熱時間為5h。3.2 焊后熱處理保溫時間回火處理時間與軋輥直徑的大小有關，軋輥直徑越大，對應的回火時間應越長。保溫時間通常為每25.4mm的輥子直徑，保溫0.5-1h，根據(jù)輥子的三段中的最大直徑，計算出保溫時間為10-12h。3.3 堆焊工藝參數(shù)的確定采用3Cr2W8V焊絲堆焊熱軋輥的工藝參數(shù)見表3-1。表3-1 采用3Cr2W8V焊絲堆焊熱軋輥的工藝參數(shù)焊絲直徑/mm焊 劑電源極性堆焊電流/A電弧電壓/V送絲速度/m·min-1堆焊速度/mm·min-1堆焊層厚度/mm3.2HJ260直流正接280-32030-32550-6503.4 堆焊層成分分析軋輥

37、堆焊層金屬的化學成分，對于軋輥在軋制過程中的耐磨、耐熱疲勞、耐高溫沖擊等性能起著決定性的作用。只有通過對堆焊層金屬的化學分析，才能使我們進一步了解堆焊層的內(nèi)部質(zhì)量能否達到使用要求，找出薄弱環(huán)節(jié)，改進堆焊工藝。當采用埋弧自動堆焊的方法時，可得到這樣一個結論:隨著堆焊層層數(shù)的增加，合金元素含量越來越接近焊絲中該合金元素的含量，但始終不可能與焊絲的化學成分相同。另外，在軋輥堆焊第一層中含碳、錳量的數(shù)值要接近母材原始含量，隨著堆焊層層次的增加，在堆焊層金屬中，含碳、錳量逐漸增多。由此可見，在采用合金焊絲自動堆焊時，為了要得到需要的堆焊層金屬成分，使軋輥堆焊層表面達到預期的使用要求，必須使軋輥工作表面處

38、于堆焊層第三層以上。這一結果為我們選擇合理的堆焊層厚度提供了有利的依據(jù)。對3Cr2W8V焊絲的第一堆焊層、第二堆焊層、第三堆焊層分別進行了成分化驗，結果列于表3-2。表3-2 熱軋輥表面堆焊工作層的化學成分材 料化 學 成 分/%CMnSiCrNiWSP3Cr2W8V焊絲0.35-堆焊層第一層0.160.54-1.20-3.70-第二層0.280.41-1.80-6.85-第三層0.370.33-2.34-7.85-3.5 堆焊層硬度測試結果及分析 硬度是材料抵抗表面局部變形的能力，是目前唯一可用來反映材料表面耐磨層機械與工藝特性的物理參數(shù)，它是材料化學性質(zhì)、物理性質(zhì)和組織特性的綜合表現(xiàn)。保溫

39、時間相同，不同的回火溫度常溫硬度測試結果見下表3-3。 表3-3 不同的回火溫度的硬度試驗數(shù)據(jù)回火溫度空 冷500520540560580600硬度值（HB）427.5446.5451456493443411焊后回火溫度對堆焊層金屬硬度的一般影響規(guī)律是：回火溫度高，消除應力效果好，但有可能使堆焊層的硬度下降，有損于耐磨性;回火溫度過低應力消除不徹底、析出過程不充分，同樣不利于堆焊層硬度和耐磨性的提高。在保溫時間相同的條件下，回火溫度在560時，堆焊層金屬的硬度達到峰值。所以，為使堆焊層金屬具有較高的硬度又能減少焊接殘余應力，回火溫度應控制在560左右?；鼗饻囟纫欢ǎ押附饘僭诓煌鼗饡r間的硬度

40、試驗數(shù)據(jù)見表3-4。 表3-4 不同回火時間的硬度試驗數(shù)據(jù)回火時間5h8h 16h硬度值（HB）493492490回火溫度確定后，回火時間的長短對工業(yè)性生產(chǎn)至關重要，確定合理的回火時間，有利于提高勞動生產(chǎn)率。回火處理時間對堆焊層金屬的硬度影響不明顯。四、設計小結小 結 焊接行業(yè)是重要的工業(yè)門類之一，對于我國而言，它在整個國民經(jīng)濟的各個部門中發(fā)揮了重要的作用。我們大學生對于焊接行業(yè)的認識還是很膚淺的，但是通過這次焊接的課程設計，讓我們更多的了解有關焊接設計的基本知識，更進一步掌握了一些關于焊接設計的步驟和方法，這對我們在今后的生產(chǎn)實踐工作中無疑是個很好的幫助，也間接性的為今后的工作經(jīng)驗有了一定的

41、積累。焊接工藝是個很專業(yè)性、實踐性很強的技術，而它的主要內(nèi)容都是在今后的生產(chǎn)實踐中逐步積累和豐富起來的。因此，我們要學好這項技術光靠書本上的點點知識還是不夠的，我們更多的還應該將理論與實際結合起來，這還需要我們到工廠里去實踐。短短十幾天的課程設計接近尾聲了，總結我們做的課程設計-軋輥堆焊工藝過程。主要有以下幾個要點：(1) 焊前加工：去除疲勞層及裂紋。(2) 焊前預熱：預熱溫度為320-410，同時控制層間溫度在420 。 (3) 堆焊過程：選用適當?shù)暮附z及焊劑，采用自動埋弧堆焊，注意焊接規(guī)范成型均勻美觀。(4) 焊后緩冷和熱處理：熱處理宜用560回火處理。(5) 焊后加工及檢驗。控制工藝規(guī)范，嚴格操作過程，將獲得較