專利名稱：高碳合金鋼軋輥局部修復(fù)冷焊技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋼軋輥堆焊技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于高碳合金鋼軋輥局部修復(fù)冷焊技術(shù)。
高碳合金鋼軋輥是軋制材料的大型工具，由于工作條件惡劣，要經(jīng)受強(qiáng)烈的沖擊、磨損、熱疲勞等，而使軋輥工作面硬化層出現(xiàn)局部的掉皮、龜裂，導(dǎo)致軋輥整體報(bào)廢，其非正常報(bào)廢率占45％。目前國內(nèi)外對(duì)高碳合金鋼軋輥的修復(fù)主要采用整體預(yù)熱堆焊法，即先將整個(gè)輥面切削(或磨削)至軋輥局部缺陷消失，然后整體軋輥預(yù)熱至400℃，并在堆焊中保持這個(gè)溫度，再用燒結(jié)焊劑配合合金焊絲，沿整個(gè)輥面連續(xù)多層多道堆焊，直至達(dá)到焊層厚度要求，最后進(jìn)行焊后熱處理，包括消應(yīng)力退火，調(diào)質(zhì)，淬火和低溫回火，使焊層達(dá)到硬度要求。這種整體預(yù)熱堆焊法不僅設(shè)備投資大，能源消耗高，修復(fù)周期長，而且勞動(dòng)條件惡劣，并因局部缺陷而加工掉大量完好輥面硬化層，造成極大的浪費(fèi)。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種勞動(dòng)條件好、能源消耗低、焊補(bǔ)質(zhì)量高、操作方便的高碳合金鋼軋輥局部冷焊技術(shù)。
高碳合金鋼軋輥的工作表層為高硬度淬火組織，其硬度一般為HRC60-65，常溫沖擊值為60-70J，可焊性極差，在軋輥原硬化層的高碳馬氏體層上進(jìn)行局部冷焊修復(fù)，焊補(bǔ)難度極大，是國內(nèi)外焊接技術(shù)領(lǐng)域長期未能解決的難題。本發(fā)明從焊接冶金理論研究入手，首次提出高硬度冷焊焊縫液析韌化和基體貧碳的強(qiáng)韌化理論，并研制出三種冷焊專用堆焊焊條，利用合理的焊接順序、斷續(xù)焊補(bǔ)、錘擊焊縫等消除高碳合金鋼焊接應(yīng)力的冷焊技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)在于用所研制的GTD-30高效鐵粉堆焊焊條打底層，用GT-55堆焊焊條分塊弧立堆焊，用GTF-55堆焊焊條焊接周邊表層，周邊熔合區(qū)在焊補(bǔ)的最后階段形成，焊縫金屬硬軟結(jié)合，焊接熔敷金屬中形成大量彌散球狀碳化物和高韌性的位錯(cuò)馬氏體基體組織。本發(fā)明的高碳合金鋼軋輥局部缺陷修復(fù)冷焊技術(shù)，焊前對(duì)軋輥不退火、不預(yù)熱，焊后不作熱處理，在室溫下只焊滿缺陷即可，其焊縫焊態(tài)韌性、耐磨和抗疲勞性可滿足軋輥的使用要求。
本發(fā)明的GT-55和GTF-55堆焊焊條，其焊芯均為H08A，可交直流兩用。其GT-55堆焊焊條的藥皮配比(按重量％)為大理石30-36，瑩石18-21，鈦白粉3-4.5，金屬錳4-5.5，高碳鉻鐵4-6，鉬鐵2.5-4、鈦鐵10-12，固體鈉水玻璃4-5.5，復(fù)合變質(zhì)劑19-23。GTF-55堆焊焊條的藥皮配比(按重量％)為大理石28-34，瑩石17-20，鈦白粉4-7，金屬錳1.5-3.5，高碳鉻鐵2.5-4，鉬鐵2-3.5，鈦鐵9-12，固體鈉水玻璃4-6，金屬鎳4-6，復(fù)合變質(zhì)劑22-26。
在GT-55和GTF-55藥皮成份中，大理石、螢石為造渣劑，鈦鐵作脫氧劑，鉻、鉬鐵合金為基體強(qiáng)化元素，錳、鎳為控制殘余奧氏體元素，GTF-55焊條成分中增加金屬鎳，其作用是適當(dāng)降低周邊熔合區(qū)因母材的熔入而增加碳的溶入，且鉻、碳的降低和鎳的增加有利于抑制高碳馬氏體的形成，以防熔合區(qū)的脆化。
在GT-55和GTF-55堆焊焊條中加入復(fù)合變質(zhì)劑，其作用在于顯著改善熔敷金屬的韌性，該復(fù)合變質(zhì)劑的組份分別為(按重量％)，金屬Nb 18-32，金屬Til8-22，金屬Zrl3-16，V-F合金13-16，稀土Mg-Si 13-16，Si-Ca合金9-12，堿金屬化合物(Na2co3、K2CO3)9-12，泥狀石墨7-9.5。
采用該復(fù)合變質(zhì)劑，可使堆焊焊條具有以下功能使熔敷金屬產(chǎn)生大量彌散碳化物，如NbC，TiC，VC促使碳化物的早期析出，形成液析碳化物，從而抑制了二次網(wǎng)狀析出，消除了網(wǎng)狀形態(tài)而產(chǎn)生液析韌化的效果；利用Nb、Ti、V強(qiáng)碳化物形成元素奪取熔池中的碳，使結(jié)晶后的焊縫基體組織貧碳，形成高韌性的位錯(cuò)馬氏體基體組織，避免了高碳馬氏體的產(chǎn)生；用Re、Mg、Ca等元素細(xì)化晶粒，凈化焊縫。在高碳高硬度軋輥進(jìn)行局部修復(fù)冷焊時(shí)，利用加入復(fù)合變質(zhì)劑，能使焊縫綜合機(jī)械性能顯著改善。
本發(fā)明的GTD-30堆焊焊條，焊芯為H08A，其藥皮配比(按重量％)為大理石16-19，螢石8-12，金紅石2-4，鈦白粉1.5-3，鋯英砂1.5-3，純堿1-2，中碳錳鐵3.5-5，硅鐵3-4.5，鈦鐵7-9，鉬鐵1.5-3.5，稀土鎂2-4，霧化鐵粉50-5 5。GTD-30焊條是堿性高效鐵粉焊條，熔敷效率160-180％，其焊態(tài)顯微組織為100％鐵素體，成分屬低碳低合金鋼，HRC20-30。該焊條專門用于軋輥缺陷的底部過渡層堆焊，其熔敷金屬塑性高，對(duì)熱應(yīng)力敏感性極低。
為防止焊接裂紋，本發(fā)明在焊接工藝上采用斷續(xù)焊補(bǔ)、錘擊焊縫，分塊孤立堆焊，可有效防止焊補(bǔ)區(qū)過大內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)利用分區(qū)隔離焊補(bǔ)，各區(qū)域間保留間隙，使熔敷金屬熱脹冷縮有較大自由度，以降低殘余應(yīng)力。在整個(gè)焊接過程中，以分散跳躍式點(diǎn)狀焊為基本操作手法，以防止應(yīng)力疊加和熱能分布不勻，焊縫與母材的環(huán)形熔合區(qū)在焊補(bǔ)的最后階段形成，有利于提高焊縫的抗剝離能力。
本發(fā)明的三種專用堆焊焊條和修復(fù)冷焊技術(shù)，可使焊接區(qū)焊后處于低應(yīng)力狀態(tài)，最大限度的消除焊接熱應(yīng)力，從而防止焊接裂紋和工作中的疲勞裂紋，有效地解決了高碳合金鋼軋輥局部冷焊修復(fù)。本發(fā)明GT和GTF熔敷金屬各有HRC50和HRC55兩個(gè)系列，可分別焊補(bǔ)HRC50-65的不同硬度軋輥。(本發(fā)明選用焊縫硬度一般比輥面低10-15％，而其耐磨性相當(dāng))。
實(shí)施例高碳合金鋼軋輥局部修復(fù)，其表層硬度HRC56，剝落面積約95×140mm。
先用裝有薄砂輪片的角磨機(jī)對(duì)缺陷切割后，用扁鑿、手錘清理缺陷并修整缺陷坡口，再將坡口底部劃成若干焊補(bǔ)區(qū)，各區(qū)預(yù)留間隙及與周邊母材間隙約8mm，用GTD-30堆焊焊條在各區(qū)范圍內(nèi)斷續(xù)跳躍焊補(bǔ)，并適時(shí)錘擊焊縫，焊接電流第一層約為230A，以后各層逐漸減少至正常值，焊接底層各區(qū)高度離輥面約15mm即改用GT-50堆焊焊條進(jìn)行焊補(bǔ)，各區(qū)焊補(bǔ)高度應(yīng)超過輥面1-2mm。然后，用GTD-30堆焊焊條對(duì)預(yù)留間隙進(jìn)行焊補(bǔ)，填滿底層間隙時(shí)，用GT-50堆焊焊條再堆焊表層間隙。最后進(jìn)行周邊環(huán)形間隙焊補(bǔ)，用GTD-30焊條沿環(huán)形斷續(xù)跳躍焊補(bǔ)，電流約150A，堆焊至底層高度后，再用GTF-55堆焊焊條斷續(xù)跳躍焊補(bǔ)，環(huán)形間隙最后一層高度應(yīng)使輥面與焊縫呈圓滑過渡。高碳合金鋼局部缺陷經(jīng)冷焊后，焊縫工作中不脫落，不龜裂，其焊態(tài)硬度、耐磨性、焊接抗裂性均能滿足軋制工作的要求，有效地延長軋輥的使用壽命，該發(fā)明也適用于同材質(zhì)的大型模具的局部缺陷修復(fù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種利用合理的焊接順序，斷續(xù)焊補(bǔ)、錘擊焊縫等消除高碳合金鋼焊接應(yīng)力的冷焊技術(shù)，其特征在于該技術(shù)用GTD-30高效鐵粉堆焊條打底層，用GT-55堆焊焊條分塊孤立堆焊，用GTF-55堆焊焊條焊接周邊表層，周邊熔合區(qū)在焊補(bǔ)的最后階段形成，焊縫金屬硬軟結(jié)合，焊接熔敷金屬中形成大量彌散球狀碳化物和高韌性的位錯(cuò)馬氏體基體組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷焊技術(shù)，其特征在于所述的GT-55堆焊焊條的焊芯為H08A，藥皮配比(按重量％)為大理石30-36，螢石18-21、鈦白粉3-4.5，金屬錳4-5.5，高碳鉻鐵4-6，鉬鐵2.5-4，鈦鐵10-12，固體鈉水玻璃4-5.5，復(fù)合變質(zhì)劑19-23。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷焊技術(shù)，其特征在于所述的GTF-55堆焊焊條的焊芯為H08A，藥皮配比(按重量％)為大理石28-34，螢石17-20，鈦白粉4-7，金屬錳1.5-3.5，高碳鉻鐵2.5-4，鉬鐵2-3.5，鈦鐵9-12，固體鈉水玻璃4-6，金屬鎳4-6，復(fù)合變質(zhì)劑22-26。
4.根據(jù)權(quán)利要求1.2.3所述的冷焊技術(shù)，其特征在于所述的GT-55和GTF-55焊條藥皮加入的復(fù)合變質(zhì)劑，其組份分別為(按重量％)金屬Nb18-22、金屬Ti18-22、金屬Zr13-16、V-Fe合金13-16、稀土Mg-Si 13-16、Si-Ca合金9-12、堿金屬化合物(Na2Co3，K2CO3)9-12、泥狀石墨7-9.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷焊技術(shù)，其特征在于所述的GTD-30高效鐵粉焊條的焊芯為H08A，藥皮配比(按重量％)為大理石16-19、螢石8-12、金紅石2-4、鈦白粉1.5-3、鋯英砂1.5-3、長石1.5-3、純堿1-2、中碳錳鐵3.5-5、硅鐵3-4.5、鈦鐵7-9、鉬鐵1.5-3.5、稀土鎂2-4、霧化鐵粉50-55。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高碳合金鋼軋輥局部修復(fù)冷焊技術(shù)。本發(fā)明首次提出高硬度冷焊焊縫液析韌化和基體貧碳的強(qiáng)韌化理論，研究出合理的焊接順序、斷續(xù)焊、錘擊焊縫等消除焊接應(yīng)力的冷焊技術(shù)，用GTD-30鐵粉焊條打底層，用GT-55焊條分塊孤立堆焊，用GTF-55焊條焊接周邊表層，焊縫金屬硬軟結(jié)合，焊接熔敷金屬中形成大量彌散球狀碳化物和高韌性位錯(cuò)馬氏體基體組織，焊縫焊態(tài)韌性、耐磨性和抗疲勞性可滿足使用要求，具有顯著的推廣使用價(jià)值。
文檔編號(hào)B23K35/22GK1136985SQ96115610
公開日1996年12月4日 申請(qǐng)日期1996年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月10日
發(fā)明者任登義, 鄒增大, 張?jiān)? 董建 申請(qǐng)人:山東工業(yè)大學(xué)