萬能軋機中間牌坊堆焊修復

彭明亮，程守寶，畢延平，李玉文，公茂秀

（1萊蕪鋼鐵股份有限公司 型鋼廠，山東 萊蕪271104；2萊蕪市尚德工貿有限公司，山東 萊蕪271104；3山東省冶金科學研究院，山東 濟南250014）

萬能軋機中間牌坊堆焊修復

彭明亮1，程守寶1，畢延平1，李玉文2，公茂秀3

（1萊蕪鋼鐵股份有限公司 型鋼廠，山東 萊蕪271104；2萊蕪市尚德工貿有限公司，山東 萊蕪271104；3山東省冶金科學研究院，山東 濟南250014）

萊鋼型鋼廠中型生產線萬能軋機中間牌坊已使用10 a以上，各工作面都已嚴重磨損，對軋件質量造成較大影響。采用了先堆焊后機械加工的方法，去除磨損面疲勞層后對修復面進行堆焊，用大型鏜銑床將堆焊后的部位加工至圖紙尺寸，最后對失效的螺栓孔進行修復。修復后的中間牌坊恢復到原設計尺寸精度，提高了牌坊的使用壽命。

萬能軋機；中間牌坊；堆焊修復；焊條

1 前言

萊鋼型鋼廠中型生產線精軋機組包括5架萬能軋機和2架軋邊機。萬能軋機由4個水平輥軸承座、2個立輥軸承座、中間牌坊及預應力裝置組成，立輥軸承座安裝在中間牌坊內。中間牌坊是萬能軋機的重要組成部分，中間牌坊的精度變化對軋件的產品質量影響較大。中型生產線萬能軋機中間牌坊共12件，均已使用10 a以上，由于長期承載軋件的沖擊負荷，滑板基面、夾持板基面、馬蹄形墊塊基面、牌坊與軸承座接觸平面都已嚴重磨損。牌坊基面的磨損致使滑板變形、立輥軸承座跳動量加大，對軋件的尺寸精度及軋制成材率造成了較大的影響。為保證軋件質量，對中間牌坊進行精度修復。

2 中間牌坊主要失效位置及情況

主要失效部位及失效狀態：

1）中間牌坊導衛托架安裝基面磨損，共2個面，粗測磨損量3～5mm；安裝螺栓孔（M24）磨損，螺栓孔呈橢圓形，共8個孔，部分螺栓剪斷。

2）立輥軸承座下滑板基面磨損，共4個面，粗測磨損量3～5mm，滑板基面靠近軋件的一側磨損較重，另一側磨損較輕，整個滑板基面呈斜坡狀；安裝螺栓孔（M12）磨損，共36個孔，部分螺栓剪斷；滑板定位銷孔磨損。

3）立輥軸承座側滑板基面磨損，共8個面，粗測磨損量2～3mm；安裝螺栓孔（M12）磨損，共64個孔，部分螺栓剪斷；滑板定位銷孔磨損。

4）立輥軸承座上滑板基面磨損，共8個面，粗測磨損量2～3mm；安裝螺栓孔（M12）磨損，共32個孔，部分螺栓剪斷；滑板定位銷孔磨損。

5）中間牌坊夾持板基面磨損，粗測磨損量2～3mm，共2個面；安裝螺栓孔（M64）磨損，共4個孔。

6）中間牌坊馬蹄形墊塊基面磨損，粗測磨損量2～3mm，共8個面；定位銷孔（φ20）磨損，共8個孔。

7）中間牌坊與水平輥軸承座接觸基面磨損，粗測磨損量1.5～2mm，共8個面。

3 中間牌坊修復技術

3.1 堆焊部位的清理

首先用清洗液對修復部位進行全面的清洗，清除表面的油污雜質；然后用角向磨光機磨去鐵銹；再用氧乙炔焰清理金屬內油污，用600～700℃中性焰燒至無煙為止［1］，徹底清理堆焊部位。

3.2 定基準、測量磨損量

中間牌坊的設計基準經過10多年的使用及銹蝕已不準確，必須重新選定基準。中間牌坊WS側及DS側各有2組蝸輪蝸桿，由于蝸輪蝸桿極少拆裝，經測量其安裝孔尺寸仍在圖紙公差范圍內，可以作為中間牌坊修復的基準。各基面磨損量的測量用水平尺、深度尺等測量工具依據基準選取面進行測量，根據實際測量數據確定磨損量。

3.3 去除疲勞層

用大型鏜銑床或大型刨銑床將表面失效的疲勞層去除0.3～0.5mm，疲勞層去除后重新進行測量，確定焊接量及焊接的面積。

3.4 堆焊修復

1）堆焊方法。由于現場操作空間狹小，決定采用手工電弧堆焊方法對中間牌坊進行修復。手工電弧焊操作靈活方便，焊接質量安全可靠，能夠滿足生產工藝要求。

2）焊條選擇。中間牌坊的材質為ZG35，可焊接性較差，對焊接質量要求較高。為保證中間牌坊滑板基面等工作表面有足夠的使用壽命，牌坊堆焊表面應達到如下要求：有足夠的強度、塑性和沖擊韌性，不產生淬硬組織裂紋等缺陷，堆焊層具有與基體金屬相似的工藝性能，經過熱處理可達到原設計要求。因此，采取必要的工藝措施及選擇適宜的堆焊焊條非常關鍵。按“等強度”原則，選擇適當的焊接材料進行堆焊。

①過渡層焊條［2］：選用HAD-1型低氫鈉型藥皮的特種不銹鋼焊條，焊接過渡層主要含Gr、Ni、RE等合金元素，焊層組織為奧氏體+鐵素體。此焊條堆焊工藝良好，堆焊中間牌坊的基體面作為過渡層可消除堆焊應力，緩和軋機軋制過程的沖擊載荷，達到良好過渡。

②工作層焊條［2］：由于中間牌坊在軋制過程中承受較強的軋制載荷及沖擊載荷，焊接金屬不僅要保證足夠的抗拉強度和屈服強度，而且對沖擊韌性及塑性亦有較高的要求。因此，工作層選用有優良塑性及韌性的低氫型焊條。D397型低氫鈉型藥皮的鉻錳鉬堆焊焊條用于中間牌坊工作層焊接，采用直流反接，具有耐金屬間磨損及磨粒磨損性能，堆焊層硬度焊后回火可達HRC 32～37。

3）預熱。將堆焊處用均勻預熱方式進行預熱，預熱溫度260℃，預熱時間1～1.5 h，消除應力，這是為避免焊接時出現冷裂紋采取的必要的工藝措施，防止堆焊后焊縫連接邊緣區形成魏氏體組織［1］。

4）焊條烘干。焊條烘干工藝為260 ℃×2 h［2］。

5）堆焊。中間牌坊材質為ZG35，由于鑄鋼晶粒粗大，常出現特有的魏氏體組織，使鋼材基體塑性和韌性大大下降。由于以上因素，手工電弧堆焊母材近縫區容易產生低塑性淬硬組織，過渡層堆焊時應采用小電流、慢焊速，以減少母材的熔深，但必須注意將母材熔透，避免產生夾渣及未熔合等現象。采用連續堆焊方法，堆焊從磨損區域中間開始。在中間區域引弧后，迅速形成熔池，當達到一定溫度時，采用短弧排焊方法，使焊層形成排列陣。磨損表面堆焊至4～9mm，高出工作層，留出機械加工余量。堆焊過程中，如發現氣孔、夾渣等缺陷應及時處理，母材與堆焊層有裂紋應及時處理，不應在堆焊冷卻后再補焊。堆焊完畢，采取堆焊層保溫。用回火方法，采用氧乙炔焰進行堆焊層加熱，加熱溫度為350～450℃，以達到消除堆焊層內應力、降低脆性、防止產生堆焊層裂紋的目的［1］。

3.5 焊后機械加工

堆焊層檢驗合格后，用大型鏜銑床對各焊接面進行機械加工。加工面的表面粗糙度為3.2 μm，不平度允差為50 μm/400mm，中間牌坊水平基準面與垂直基準面的垂直度公差為0.1mm［3］。機加工過程中，用百分表及時檢測牌坊加工面的尺寸公差及形位公差。

3.6 失效螺栓孔修復

首先按照圖紙所示對螺栓孔重新定位劃線。對失效螺栓孔進行清理，去除內部的雜質、污漬、油跡等；對失效螺栓孔進行焊補并重新鉆孔；對鉆好的螺紋孔攻絲，攻絲過程中注意絲錐要與基準面垂直。

4 結論

經過堆焊修復的中間牌坊基面尺寸精度和硬度都達到了圖紙設計精度要求，工作層與母材金屬熔合良好，投入使用后運行正常，預計能使用5 a左右，滿足了現場軋鋼工藝要求。中間牌坊工作接觸面磨損采用堆焊修復工藝，尺寸精度易于控制，而且大大提高了接觸工作面耐磨系數和使用壽命，提高了軋件的尺寸精度，保證了設備正常運行。中型生產線共有12件中間牌坊，目前正在陸續修復。待全部修復后，能夠節約備件采購費用397.8萬元。

［1］ 焊工手冊編寫小組.焊工手冊［M］.北京：機械工業出版社，1984.

［2］ 張子榮，時煒.簡明焊接材料選用手冊［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［3］ 機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2004.

TG333.13

B

1004-4620（2011）04-0072-02

2011-03-29

彭明亮，男，1969年生，1994年畢業于包頭鋼鐵學院機械設計與制造專業?，F為萊鋼型鋼廠高級工程師，從事機械設備管理工作。