堆焊技术钢轧辊的埋弧堆焊

轧辊堆焊在堆焊领域中占有很大比重，几乎所有的大、中型钢厂都有轧辊堆焊能力，还有许多研究单位、焊接材料公司研制和生产有关轧辊堆焊的材料、设备和工艺。被堆焊的轧辊大多是已经磨损而不能使用的废旧轧辊，轧槽表面除了有铁锈、油污外，往往有长期轧制时造成的裂纹和龟裂。采用埋弧堆焊技术修复这些废旧轧辊具有重大的经济效益。

1.钢轧辊埋弧堆焊的工艺过程

钢轧辊的埋弧堆焊修复的工艺过程包括以下方面。

1）钢轧辊堆焊前必须进行表面清理（去油锈、砂轮打磨、车削或磨削等）。

2）经过表面清理的轧辊放入轧辊预热炉中进行一定时间的预热。

3）在轧辊达到一定的温度后进行钢轧辊的埋弧堆焊。

4）对堆焊完成的轧辊进行堆焊层的外观质量检验。

5）对堆焊完成的轧辊进行缓冷。

6）轧辊在使用前进行车削或磨削加工。

下面对钢轧辊埋弧堆焊的主要工艺过程作详细介绍。

（1）轧辊堆焊前的表面清理 为了保证轧辊埋弧堆焊层质量，提高轧辊堆焊效率，在堆焊前必须做好轧辊的表面清理工作。堆焊前钢轧辊要去除油、锈，进行适当的车削或磨削，目的是将轧槽工作表面上的裂纹、龟裂全部车除或磨削掉。对于无裂纹处，要除去工作表面的铁锈和油污等。在车削或磨削中如发现个别的深孔砂眼或裂纹，需要用电钻或砂轮将砂眼或裂纹钻深及扩大，并用焊条电弧焊补焊。轧辊埋弧堆焊前车削或磨削加工的原则是消除轧辊表面的任何缺陷。

轧辊堆焊前车削（或磨削）加工的车削量（或磨削量），新轧辊应根据图样尺寸将轧辊直径车削（或磨削）小8～12mm，以保证埋弧堆焊后的轧辊工作表面处于堆焊层的第三层以上。

由于埋弧堆焊能使轧辊工作直径始终处于某一个定值，这就改变了过去那种轧辊工作直径从最大直径、经过几次车削或磨削到最小直径的惯例。对轧辊工作直径的选定应根据轧钢机调整的方便性，与轧辊孔型设计人员协商制定。

轧辊的轧槽在堆焊前的车削或磨削加工中应防止在堆焊过程中产生夹渣。加工部分要求没有小于90°的锐角，以防液态金属和熔剂的流失。也不允许车削或磨削后的轧槽有较薄的部分，防止轧槽在埋弧堆焊过程中出现局部过热。

（2）轧辊堆焊前的预热 采用合金钢焊丝对轧辊进行埋弧堆焊时，堆焊前的预热是防止堆焊金属产生裂纹的有效措施。焊前预热能减小堆焊层金属的冷却速度，减少堆焊层金属的结晶偏析，减小热应力。轧辊堆焊前预热可使基体金属在马氏体相变临界温度以上进行比较充分的分解，能避免堆焊层金属的淬硬倾向，防止堆焊焊道及热影响区产生裂纹。

轧辊堆焊的预热温度可根据焊丝的碳含量确定，如图5-25所示。

轧辊埋弧堆焊采用的焊丝一般为2Cr13、3Cr13、30CrMnSiA、3Cr2W8V、3Cr5MoSi、3Cr2W4Mn等合金焊丝。在埋弧堆焊过程中，当堆焊层金属与轧辊的基体金属相变临界温度有较大的温差时，会产生较大的应力。在加热状态或冷却时，如果叠加应力大于堆焊层金属所能承受的临界应力时，堆焊层金属就会产生裂纹。轧辊堆焊前的预热和焊后缓慢冷却，使堆焊层金属与基体金属同步膨胀和收缩，可防止裂纹的产生。

（3）轧辊堆焊的工艺参数及操作要点 合理确定轧辊埋弧堆焊参数的基本要求是：电弧燃烧稳定、堆焊焊道成形良好、电能消耗最少、生产效率较高。钢轧辊埋弧堆焊的工艺参数示例见表5-17。

图5-25 轧辊堆焊的预热温度

表5-17 钢轧辊埋弧堆焊参数

注：焊丝直径为3mm。

表中所列的技术数据是在小电流、低电压、薄层多道堆焊情况下得到的。由于采用小电流和较快的堆焊速度，焊丝中的合金元素在电弧的高温作用下烧损较少，堆焊焊道的熔透深度较浅。又因采用薄层多道的堆焊方法，保证了轧辊轧槽表面的堆焊层金属具有所要求的化学成分、硬度及金相组织。

采用“小电流、低电压、薄层多道”埋弧堆焊工艺时，电弧电压不能太低或太高。如果电弧电压太高，虽然对引弧有利，但是在整个堆焊过程中将出现焊道成形高低不平、脱渣困难，影响堆焊层质量。如果电弧电压太低，又会造成引弧困难、堆焊过程不稳定和易熄弧，堆焊层金属和轧辊基体金属不能很好地熔合，造成堆焊层剥落。所以电弧电压应控制在适当的范围内，一般以大约30～35V为宜。

轧辊埋弧堆焊的操作要点如下。

1）调整轧辊中心、焊丝位置及焊丝倾斜角。钢轧辊埋弧堆焊过程中，应把焊丝从轧辊顶点位置移向与回转方向相反的一边，与轧辊纵轴的交角α约5°（图5-26）。这样可以避免堆焊熔池中的液体金属和熔渣的流失破坏堆焊焊道成形。为了确定焊丝从轧辊中心顶点向回转方向相反的一边移开的距离L，应知道堆焊熔池的长度，以便用熔池长度控制移开的距离。焊丝移开轧辊中心顶点的距离，可用经验方法求得，即L=0.05D，式中D为轧辊直径。

2）控制堆焊焊道的节距及堆焊行走速度。堆焊焊道的节距是指相邻两条螺旋焊道的重叠间隙。埋弧堆焊焊道节距大小，除了影响堆焊层表面平整外，还影响堆焊层金属化学成分的熔合比和均匀性。在轧辊埋弧堆焊中，常采用的方法是减小堆焊金属节距m，降低基体金属在堆焊层中的比例，如图5-27所示。

当m<0.5b时，轧辊基体金属在堆焊层中所占的比例显著减小（图5-27b）。用这种方法进行轧辊埋弧堆焊时，轧辊堆焊层第一层的第3、4螺旋堆焊焊道上的熔合比γ=20%～30%。第二层或第三层焊道的化学成分接近焊丝的成分，满足轧辊堆焊的要求。实际施焊中，堆焊焊道节距大小的调节，主要通过埋弧焊小车的行走速度控制。

图5-26 焊丝与轧辊中心顶点距离及焊丝倾斜角度

（4）轧辊堆焊后的缓冷、车削（或磨削）轧辊埋弧堆焊后的冷却应当是缓慢又均匀的，以使由于堆焊层金属收缩和加热不均匀引起的内应力最小。堆焊后轧辊的缓冷有以下几种方法。

图5-27 堆焊焊道节距m及焊道宽度b对熔合比的影响

a）普通堆焊焊道 b）减小m、b的堆焊焊道

1）装入缓冷坑。简易的缓冷坑是在地面下用水泥砌一个坑，上面有绝热材料制成的盖。坑内一般可放入干燥的黄沙、石灰、稻草灰等。简易的缓冷坑如图5-28所示。

2）装入保温炉。有轧辊预热、保温炉的地方，利用轧辊加热后的炉子预热，并将堆焊完毕的轧辊装入炉内，随炉冷却。

堆焊后的轧辊应立即进行缓冷，冷却至100℃左右出炉（或出坑），然后进行机械加工。至于缓冷时间，主要是以轧辊的体积为依据。对于重量小于1.5t的轧辊，缓冷时间应在12h以上；对于重量在3t以上的大轧辊，要求缓冷时间在40h以上。

轧辊埋弧堆焊中由于采用2Cr13、3Cr13、3Cr2W8V等合金焊丝，堆焊后的切削加工时刀具极易磨损和受到破坏。因此，堆焊轧辊粗加工时，采用硬质合金刀具，磨刀时取负角约5°。机床转速约10r/min，吃刀量适当减少。堆焊轧辊的精加工一般没有问题，因为轧辊表面已经过粗加工。对于合金钢堆焊层金属的车削，虽然有一些困难，但还是比较容易克服的。对于较硬的堆焊工作面，可采用磨削方法进行加工。

图5-28 简易缓冷坑示意图

2.各类轧辊的堆焊修复要点

（1）平面轧辊的堆焊修复 平面轧辊的埋弧堆焊修复一般按螺旋线堆焊三层以上，达到堆焊尺寸要求即可。堆焊尺寸要求除了实际需要的堆焊量外，还包括加工余量、堆焊区域热胀冷缩的余量（这部分余量一般约为4mm）。埋弧堆焊时，如第一层从左向右堆焊，第二层应从右向左堆焊，第三层同第一层方向相同，以后各层依次类推。但是埋弧堆焊到轧辊边缘处时，可能发生熔渣及液态金属流失现象，造成堆焊焊道淌瘤。生产中可采用下述三种方法防止。

1）在距轧辊边缘20～50mm的地方开始堆焊，如图5-29a所示，堆焊前轧辊的车削或磨削加工按图中规定的尺寸进行。焊丝在A处引弧，这时埋弧堆焊小车不走动；当堆焊第一圈的焊道达圆周3/4时，开动埋弧堆焊小车，并把小车行走速度调整至堆焊焊道节距m=6～8mm，然后以稳定的工艺参数沿轧辊长度方向往复进行多层螺旋形焊道的堆焊，直至堆焊层尺寸达到要求。这种方法在距轧辊边缘有一段距离的情况下采用。

平面轧辊埋弧堆焊时，堆焊焊道节距不能过大，节距过大造成堆焊层表面不平整，堆焊层金属化学成分不均匀，堆焊焊道中的碳含量增加；但堆焊焊道节距过小容易造成叠积或未熔透。

2）安装引出环，如图5-29b所示。选用厚度8～10mm、宽度50～80mm的低碳钢带卷成引出环，该引出环用焊条电弧焊预先焊在轧辊辊身的端面上（也可用固定螺钉紧固在辊颈上），如图5-29b所示。在距离引出环边缘25mm处开始引弧，电弧引燃后即开动埋弧堆焊小车，并把小车的行走速度调节到6～8mm/min，以稳定的焊接参数沿轧辊长度方向堆焊。当堆焊至轧辊另一端时，要堆焊过引出环边缘25mm，然后再堆焊第二层。这种方法在平面轧辊辊身要求全部堆焊、辊身与辊颈直径相差较大的情况下采用。

图5-29 平面轧辊边缘堆焊的几种方法

a）方法一 b）方法二 c）方法三

3）加金属软管法，如图5-29c所示。采用几根直径大小不同的金属软管，在辊颈处重叠起来，托住熔融焊剂和液态金属，这种方法使用方便、操作灵活，适用于不同直径轧辊的需要。这种方法在平面轧辊的辊身要求全部堆焊、辊身直径与轧辊颈直径相差较大的情况下采用。应用这种方法时还必须注意以下两点。

①金属软管的重叠高度不能超过轧辊辊面，一般低于轧辊辊面3～5mm，堆焊端面时应时刻注意不能使金属软管滑动。

②注意引弧的位置，一般为距离轧辊端部3～5mm处（图5-29c中的A处）引弧。这堆焊焊道正好包住轧辊的边缘。

（2）带箱形孔和其他异形孔轧辊的堆焊修复 埋弧堆焊带有轧槽的轧辊比堆焊平面轧辊更困难。埋弧堆焊这种带轧槽的轧辊时在操作上应注意以下几点。

1）带有箱形孔、菱形孔、椭圆孔及其他异形孔的堆焊操作顺序。

①箱形孔的埋弧堆焊顺序有两种，见图5-30。一是先把机头倾斜一定角度，堆焊箱形孔的槽底圆弧，使其达到要求的尺寸；接着把机头调整到垂直于轧辊平面，堆焊箱形孔槽底；然后焊机机头以相反方向倾斜一定角度堆焊箱形孔的两个侧壁。二是机头在垂直于辊身平面的位置堆焊箱形孔的槽底平面，留出槽底的两端圆弧，然后机头倾斜一定角度堆焊箱形孔两端槽底圆弧；最后轧辊倾斜一定角度，机头也以相反方向倾斜一定角度堆焊箱形孔两边的侧壁。

②菱形孔的埋弧堆焊顺序，如图5-31所示。埋弧堆焊菱形孔或椭圆孔时，工装和机头倾斜一定的角度，从菱形孔的顶角圆弧处开始堆焊，逐渐向菱形孔开口处堆上去，这样反复多次，直至达到要求的堆焊层尺寸。

图5-30 箱形孔堆焊顺序

图5-31 菱形孔堆焊顺序

③堆焊槽钢异形孔时，先将轧辊工装向右（或左）倾斜10°左右，焊机机头倾斜5°左右。从槽孔左半边（或右半边）的槽底圆弧处堆起，逐渐向槽底凸起中心堆去。然后以同样的方法堆焊另一半槽底，直至达到规定的堆焊尺寸。最后再加大一些堆焊机头的转动角度，进行槽钢异形孔两个侧壁的堆焊。

2）埋弧堆焊槽孔侧壁时，除了堆焊工装和埋弧堆焊机头须倾斜一定的角度外，还应适当降低堆焊电流和电弧电压。一般降低值为平面堆焊时电流、电压的10%左右。因为在堆焊箱形孔、菱形孔及其他异形孔时，侧壁温度不易向外发散，堆焊层熔融金属冷却缓慢，容易造成流淌。

3）堆焊箱形孔、菱形孔及其他异形孔时，须用金属软管托住熔融金属和焊剂，不使其流失，如图5-32所示。这样埋弧焊剂可以形成一定厚度，防止液态金属流淌或堆焊层金属产生气孔。

图5-32 堆焊带有槽孔轧辊时用金属软管托住熔融金属和焊剂

4）堆焊异形孔时，当切槽深度小于100mm、槽孔宽度大于30mm时，可正常进行堆焊。当切槽过深、槽宽窄小时，应在轧辊粗车削时预先把槽宽车大。堆焊时待堆焊深度达到尺寸要求，再堆焊槽孔宽度。

3.轧辊焊接修复实例

（1）60CrMnMo槽型辊的埋弧堆焊修复 某钢铁公司60CrMnMo槽型轧辊，工作辊辊面多处出现龟裂，需要在保证轧辊的强度和其他力学性能的情况下，车除裂纹后进行堆焊修复。槽型轧辊堆焊部位为图5-33中的阴影部分。

图5-33 槽型轧辊示意图

1）堆焊焊接性分析：

①根据碳当量公式计算，60CrMnMo钢的碳当量高达0.91%，淬硬倾向很大。堆焊时，堆焊层及其堆焊层热影响区容易产生裂纹。

②堆焊层面积大，且堆焊层厚度达82.5mm，堆焊过程中会产生较大的焊接应力。

③焊接空间小，且不能伤及邻近的辊台，操作难度大。

2）堆焊工艺的制定：

①堆焊前准备。车削裂纹，并经超声波探伤，确认裂纹已去除干净；在350℃预热1～2h。

②堆焊材料。堆焊材料为H301焊丝，直径4mm，化学成分见表5-18；焊剂为HJ431。(www.xing528.com)

表5-18 H301焊丝的化学成分（质量分数，%）

③堆焊修复工艺。槽型轧辊堆焊修复的焊接参数见表5-19。由轧辊直径725mm堆焊至770mm时进行500～550℃×8h的中间热处理，以消除堆焊层应力。堆焊过程中用石棉布堵塞好，尽量防止焊瘤，且保证加工余量。

表5-19 槽型轧辊堆焊修复的焊接参数

④焊后热处理。堆焊至要求的尺寸后将槽型轧辊置于大退火炉内，进行堆焊后的热处理，其热处理工艺规范见图5-34。

3）焊后检验：

①退火及机械加工后对堆焊部位进行外观检查，未发现裂纹、气孔、夹渣等缺陷。

②对堆焊部分进行超声波探伤，其结果完全符合用户的修复要求。

该槽型轧辊经过一年多的生产实践，运行状况良好。各项性能指标均满足使用要求，创造了良好的经济效益。

图5-34 槽型辊焊后热处理工艺规范

（2）冷轧工作辊表面强化的埋弧堆焊修复 某钢厂冷轧工作辊（图5-35）的工况条件如下：轧制压力2500t，辊颈轴承部位的硬度50～60HSD，辊颈硬度均匀性不大于4HSD，一般使用3个月左右便由于磨损、颈烧等而失效，常中断冷轧流水线生产，造成很大的经济损失。为了节能降耗，提高其使用寿命，进行了冷轧工作辊强化和修复。

图5-35 冷轧工作辊示意图

1）堆焊方法及材料。冷轧工作辊材质为86Cr2MoV，焊接淬硬倾向极大，可堆焊性极差。直接堆焊修复必然会产生焊接裂纹，因此须从工艺上采取预热、保证适当的层间温度、焊后及时热处理等措施。采用埋弧堆焊，车削去除疲劳层；选用具有良好塑性、韧性的Multipass104管状焊丝为过渡层，堆焊3mm后，再利用焊接性较好的Multipass102管状焊丝堆焊工作层，获得有较好的耐金属间磨损、耐冲击、耐磨料磨损的堆焊层。通过适当的堆焊工艺和热处理工艺从而达到修复和强化目的。

2）焊前准备：

①去除冷轧工作辊表面的油污、锈蚀痕迹。

②清理冷轧工作辊的表面缺陷（如疲劳层、裂纹等）。

③车削后检测有无内部缺陷和检测颈面硬度。

④预热时升温速度≤20℃/h，预热温度（400±20）℃，恒温4h。

3）堆焊修复参数。焊接材料及堆焊参数见表5-20。要求焊丝无油污、锈蚀，焊剂必须在350℃下烘干2h方可使用，要求焊道平整光滑，宽度和厚度均匀，成扁平状，无气孔、夹渣现象，堆焊电流和电压稳定，无急剧波动现象。

表5-20 焊接材料及堆焊参数

堆焊后及时低温回火，升温至（540±10）℃，保温时间6h，然后缓冷（降温速度小于100℃/h），降至150℃时，随炉冷却至室温。

按上述工艺堆焊和试生产的冷轧工作辊未出现裂纹，表面热处理后的硬度为55～60HRC，硬度均匀性不大于4HRC。试生产的8支冷轧工作辊的试用情况表明，使用效果良好，使用寿命均达到8个月以上。经济效益明显，强化修复一支旧辊的成本不到原新辊的1/4。可见，推广应用该项技术可节约大量生产成本。

（3）二辊轧机轧辊的埋弧堆焊修复 某热轧带钢厂二辊轧机轧辊是1700生产线上的重要备件，每年消耗约96对，每支轧辊重31.5t。轧辊质量和使用寿命直接影响辊耗的大小、钢材质量、维修费用、轧机作业率，最终影响到钢材的成本。对二辊轧机轧辊进行埋弧堆焊修复，进一步提高其性能和使用寿命十分重要。但是堆焊修复轧辊经常存在磨损不均、性能不稳定等问题，影响轧钢产量和质量。因此选择合理的堆焊修复材料和工艺，保证轧辊堆焊修复后的使用性能受到人们的关注。

1）二辊的工况条件。可逆式二辊轧机主要用于板坯宽展和粗轧。轧机允许的最大轧制压力2000t，最大轧制速度3.7m/s，轧制温度一般为1150℃以上。由于经常打水冷却，轧辊表面处于交变状态，温差较大。二辊材质为60CrMnMo，硬度229～302HBW，尺寸规格ϕ1180mm×2800mm。

二辊报废的原因是磨损和热疲劳，主要是因为以下四方面。

①二辊与钢坯间产生金属磨损和氧化皮造成的磨粒磨损。

②由于交变热循环作用，经过一段时间使用后，二辊表面产生热疲劳裂纹。

③冷却水在辊面和钢坯接触处产生高蒸汽压后，造成冲蚀和汽蚀，导致非磨损消耗。

④辊面接触热钢坯处，组织性能发生变化，性能降低，加剧磨损和热疲劳。

2）堆焊材料的选择。根据以上分析，应选择耐热疲劳性能和耐磨损性能均较好的合金系作为二辊堆焊金属的合金系。影响热疲劳性能的因素主要有力学性能、热稳定性及物理性能等，这些因素最终是由材料的成分和组织决定的。从材料的物理性能对热疲劳性能的影响看，采用单一组织要比多相组织有利，可以减少热应力。因此可将堆焊金属基体设计为强度高、韧性好的低碳马氏体组织。

耐磨性与硬度呈间接的线性关系，但过多提高硬度势必降低材料的韧性，对抗热疲劳性能不利。所以应控制w（C）=0.2%～0.35%，以控制组织和硬度。基体组织及第二相对材料耐磨性有重要影响，在马氏体基体上分布均匀细小的合金碳化物比单一马氏体组织具有更好的耐磨性。弥散分布的碳化物对提高材料的抗热疲劳性能也是有利的。因此采用热稳定性好的耐热合金系Cr-Mo-V、Cr-W-Mo-V比较合理。这类合金系比较典型的堆焊材料是H25Cr3Mo3MnVA焊丝和司太立Multipass224管状焊丝。它们的堆焊金属在高温回火过程中均能弥散析出碳化钒，起到弥散强化作用。这两种焊丝的化学成分见表5-21。

表5-21 H25Cr3Mo3MnVA焊丝和司太立Multipass224管状焊丝的化学成分（质量分数，%）

二辊的埋弧堆焊修复试验表明，用H25Cr3Mo3MnVA焊丝配用HJ260、HJ107、SJ301等焊剂的堆焊层金属耐热疲劳性能较好，但耐磨性不足，堆焊后硬度为38～42HRC。Multi-pass224管状焊丝由于碳含量和合金总量提高，配用HJ107后堆焊层金属硬度达到44～49HRC，耐磨性有所提高。

提高焊剂碱度可以降低焊缝金属的氧含量，提高其韧性和抗裂能力。某厂采用自制的烧结焊剂SF110配合H25Cr3Mo3MnVA焊丝和Multipass224管状焊丝，用于二辊轧机轧辊的埋弧堆焊修复，取得了良好的效果。自制烧结焊剂SF110的成分为：w（CaO+MgO）=32%～36%，w（Al₂O₃+MnO）=22%～28%，w（SiO₂+TiO₂）=14%～18%，w（CaF₂+FeO）=15%～19%，w（S）≤0.03，w（P）≤0.04，其余为脱氧剂。

3）二辊堆焊修复工艺：

①二辊可堆焊性分析。由低合金钢的碳当量公式计算得出二辊的碳当量CE=1.15%。由此可见，堆焊时母材热影响区的淬硬倾向及焊接裂纹敏感性大，可堆焊性差。同时，二辊的尺寸较大，堆焊层厚度一般在50mm以上，堆焊时的焊接应力大。因此要完全避免裂纹的产生除提高预热温度和焊道间温度外，还要堆焊过渡层。试验结果表明，用H08A焊丝配合烧结焊剂SF110堆焊过渡层是可行的。

②预热及焊道之间温度的控制。预热及保证焊道之间温度的目的是降低堆焊金属及热影响区的冷速，降低淬硬倾向和减小焊接应力。碳含量和合金元素含量决定了马氏体转变温度Ms，通过计算得知，用Multipass224管状焊丝堆焊工作层时，熔敷金属的Ms=166℃。堆焊过程中应控制预热及焊道之间温度高于Ms点，才能避免发生马氏体转变及回火效应。过渡层焊道之间的温度为300℃。对于工作层堆焊，由于二辊尺寸及堆焊厚度均较大，焊接应力大，应尽量提高焊道之间温度。从操作上考虑，将工作层焊道之间的温度定为380～450℃。预热温度较焊道之间温度高出20～50℃即可。

③堆焊参数。采用大型埋弧堆焊焊机，焊接电源为MZ-1000，并配备加温保温罩、手测及自动测温装置和焊剂自动送给装置，对5支二辊进行埋弧堆焊修复。埋弧堆焊修复参数见表5-22。

表5-22 二辊埋弧堆焊修复参数

堆焊过程中各参数稳定，Multipass224管状焊丝配合自制SF110烧结焊剂堆焊工艺性良好，尤其是SF110烧结焊剂能自动脱渣，无任何粘渣现象，焊道成形美观，无气孔、夹渣、压痕，堆焊工艺性能优于以往配用焊剂。

④堆焊后热处理。为改善堆焊层组织和消除焊接应力，对堆焊后二辊进行热处理十分必要。二辊堆焊后的热处理工艺如图5-36所示。升温过程中，为保证温度均匀，升温速度要缓慢；降温过程中，为防止产生新的应力，也应缓慢冷却。为充分发挥材料的性能，在550～565℃进行高温回火，以产生充分的弥散强化效应。

经过热处理后的二辊堆焊层的硬度为55～57HRC，而且硬度分布均匀。经着色和超声波探伤，未发现缺陷，堆焊质量较高。

图5-36 二辊堆焊后的热处理工艺

4）二辊堆焊修复后的使用情况。埋弧堆焊修复的5支二辊先后在热轧带钢厂1700生产线可逆式二辊轧机上标定使用，轧制品种包括65Mn、Q235B、12CrMoV、45钢。使用结果表明，5支二辊抗热疲劳性能良好，没有出现明显的热疲劳裂纹，耐磨性得到较大提高，平均轧钢量为6771.8t/mm，而国产新辊平均轧钢量为3945t/mm，埋弧堆焊二辊的使用寿命是新辊的1.72倍。同时，平均使用周期延长，平均每次磨损量减小，提高了轧机作业率，明显降低了辊耗和成本。

（4）支承辊埋弧堆焊修复 某钢铁公司中板厂四辊轧机直径1550mm支承辊是一种较大型的合金铸（锻）钢轧辊，材质为50CrNiMo，重约50t，造价高，消耗量大。与一般轧辊相比，该支承辊直径大，焊接修复量大，单边修复厚度50mm。因支承辊体积大，散热快，只能采取堆焊工艺进行修复强化。

鉴于支承辊面受到接触疲劳破坏，要求支承辊具有较高的硬度，但支承辊本身必须具有减缓工作辊冲击的作用，其硬度不能过高。因此支承辊在堆焊修复强化时，应选用低裂纹倾向的焊丝进行堆焊修复与强化。

1）修复前预处理。支承辊的报废尺寸为直径1450mm，由于支承辊工况比较恶劣，长期工作表面有一层疲劳层，所以首先要对辊体进行车削加工，去除疲劳层。为确保基体完好，不给焊接修复强化带来隐患，车削加工后进行探伤，直至无疲劳裂纹等缺陷为止。

堆焊前对工件进行预热处理。支承辊碳含量高，合金含量高，轴径大，刚性大，而堆焊材料也是合金材质，淬硬倾向严重，堆焊过程中极易产生裂纹。因此，为避免热影响区淬硬组织的出现以及堆焊层产生裂纹，堆焊前必须进行合理的预热处理。

2）堆焊工艺要点。埋弧堆焊修复的焊接参数见表5-23。堆焊修复工艺分三个阶段进行：第一阶段为过渡层的埋弧堆焊，第二阶段为非工作层的埋弧堆焊，第三阶段为工作层的堆焊。堆焊层间温度为310～360℃。

表5-23 埋弧堆焊修复的焊接参数

3）修复效果。采用埋弧堆焊工艺修复强化的废旧支承辊经厂方验收证明，无裂纹、气孔、夹渣等缺陷，工作层表面硬度稳定，能够满足使用要求。两支经过堆焊修复强化的支承辊上机使用5个周期后，下线检查无剥落、裂纹、压痕等缺陷，表面硬度分别为63HS和64HS。从测试数据看，堆焊修复支承辊的整体使用性能优于新辊，统计证明堆焊修复强化辊的使用；寿命是新辊使用寿命的2.54倍，减少了设备更换，并节约了大量新辊购置费，具有良好的经济效益。

（5）焊管冷轧辊埋弧堆焊修复 焊管成形、定径的冷轧辊一般在常温下工作，表面硬度要求58～62HRC，材质多采用GCr15，其化学成分见表5-24。

表5-24 GCr15钢冷轧辊的化学成分（质量分数，%）

这两种冷轧辊多因工作面半径在轧制中磨损增大超差而报废，堆焊修复的主要任务是将磨损的工作面堆焊一层，经机加工恢复至所要求的尺寸。

1）堆焊材料的选择。由表5-24可见，GCr15的w（C）≈1%，焊接性较差。必须使用合适的堆焊材料和合理的焊接参数，才能有效地防止堆焊裂纹，使堆焊层的硬度和耐磨性达到技术指标。某厂选用低合金焊丝匹配特殊非熔炼焊剂过渡合金，满足了堆焊层高硬度、高耐磨性的要求。非熔炼焊剂配方如表5-25所示。高碱度非熔炼焊剂的合金过渡能力较强，明显优于熔炼焊剂。用该焊剂堆焊的冷轧辊工作面硬度为59～62HRC，使用寿命比新辊延长近一倍。

表5-25 非熔炼焊剂配方

2）堆焊工艺要点：

①预热温度。GCr15冷轧辊堆焊的主要问题是易产生裂纹，提高预热温度有利于防止裂纹，但会使工作面硬度下降。堆焊修复的目的是要尽可能地提高堆焊工作面的硬度以满足技术要求。不产生裂纹的最低预热温度便是最佳预热温度，预热温度对堆焊层裂纹倾向的影响见表5-26。

表5-26 预热温度对堆焊层裂纹倾向的影响

注：焊丝直径为1.6mm。

②堆焊参数。成形、定径辊一般是工作面孔型半径因磨损增大0.1～0.4mm而失效。把堆焊后的机加工余量计算在内，堆焊层厚度有2mm即可。过大的堆焊层厚度还会增加堆焊层的内应力，使堆焊层产生裂纹，严重时还会导致轧辊的内孔变形。因此选择埋弧堆焊参数的原则是“小电流、低电压、短段、薄层、多层施焊”。按此原则，经试验确定了如表5-27所示的堆焊参数。

表5-27 冷轧辊的埋弧堆焊参数

③堆焊后热处理。堆焊后的轧辊空冷仍有产生裂纹的危险，空冷也不利于强化相的充分析出，造成过渡合金的浪费。经试验确定的堆焊后冷轧辊的焊后热处理为：加热到350℃，保温1h，随炉冷却。堆焊修复后的冷轧辊使用寿命比新辊有明显提高。