Roll surfacing welding and Inspection
宝钢工业检测公司 杜国华
摘 要
堆焊是材料表面修复的一种经济而快速的工艺方法。轧辊在钢厂是一项主要工件。轧辊不仅仅价格昂贵，同时是直接关联产品质量的工件。目前在全国轧辊再生利用发展比较快。各企业在轧辊再生利用修复中技术参差不齐，也出现修复中轧辊辊面剥落、开裂等。在使用中也出现由于修复技术原因产生的剥落、断辊事故。
本文主要针对轧辊再生利用中的堆焊注意事项与无损检测进行阐述，提出了相应控制、认识方法。从而达到提升轧辊再生质量的目的。
关键词：轧辊、修复、堆焊、检测
Abstract: Surfacing welding is an economical technoloty for material surface rebuilding. Roll is an important workpiece, which is not only expensive but directly related to the product quality. At present, the rebuilding and reusing of roll developed rapidly throughout the country. But the rebuilding technique in every enterprise is uneven in quality. The unexpected circumstance including peeling and cracking is happened in the stage of rebuilding and resuing.
The advice on surfacing welding and NDT is presented in this paper, and the relative control method is also proposed in order to attain the objective of make further improvement on the roll rebuilding quality。 Keyword: roll, rebuilding, surfacing welding, inspection.
堆焊不当产生的二次缺陷。
目前，各大、小型钢厂在降本增效的情况下都以达到轧辊最大效益化。因此，轧辊再生利用是整个降本增效的关键。由于目前，国家没有一个关于轧辊再生利用（堆焊、补焊）等相关标准。使整个轧辊再生过程中控制技术参差不齐，因此造成再生轧辊各种二次缺陷产生，对使用厂家带来不良使用质量问题。
常见的二次质量缺陷有，内部线性焊渣引起的裂纹延伸；母材与子材结合部焊接不良，造成使用中受轧制力影响形成分层，最终导致大面积剥落事故，见图一；子材与子材之间焊接不良，造成使用中受轧制力影响形成分层，最终导致小面积局部剥落事故；
焊接中焊渣清理不到位，造成焊接层中形成夹渣，使用中受轧制力影响形成裂纹发展导致剥落或断辊见图三；焊接温度、热处理温度控制不当，在使用中，由于硬度不均会产生轧辊辊面使用中磨损不均匀，造成产品质量问题，见图四。热处理温度控制不当还将使工件内应力急剧增加，在内应力达到一定极限，将造成工件爆裂的严重事故等等，见图二。这些质量问题的产生主要来源是热处理调质温度及方法不当、焊接工艺执行力度不够及没有一个有序的检测工艺保证。因此，为消除堆焊过程产生裂纹。工艺必须严格执行母材堆焊部位的预热、堆焊过程的保温和控制层间的冷却速度，使焊接金属在马氏体相变临界温度以上得到充分的分解，避免马氏体相变引起焊缝热影响区裂纹产生。
堆焊工艺的确保
辊身堆焊修复的主要工艺确保
采用合理的堆焊工艺参数是保证电渣堆焊过程稳定，焊缝质量良好的有效手段。影响带极电渣堆焊质量的工艺参数最主要的有焊接电压、电流和焊接速度，其次还有工件的旋转速度，焊剂层厚度，焊道之间的搭接量、焊接位置工件堆焊部位的梯度台阶的边角弧度等。
在轧辊二次利用的修复、堆焊过程中。母材堆焊部位的温度要根据工艺要求严格执行。始终保证堆焊母材的预温均匀性。当母材堆焊部位的温度低于工艺要求时，应停止堆焊。等母材堆焊部位的温度达到工艺要求后再继续堆焊。整个堆焊过程必须严格执行母体处于恒温的基础上进行，确保融和后的强度。
堆焊后的工件再调质热处理过程，必须保护轴颈。不能因为调质热处理过程的温度影响轴颈。一旦温度影响轴颈会使轴颈表面产生氧化，影响期部位的行为公差，甚至引起轴向弯曲同心度严重偏差。
调质热处理过程是对工件硬度数据的关键。因此，整个调质热处理过程的升温、保温、降温必须严格按照工艺要求执行。有条件的企业应该采用差温处理。差温处理的特点能够确保降温过程端部边缘部位和中间部位温度的一致性，避免端部边缘部位的急剧冷却引起的软带和硬度差异，见图五。
辊径堆焊修复的主要工艺确保
辊径使用中产生的缺陷主要来源于轴承座烧损引起，在滚珠剥落引起卡死、保护架断裂卡死滚珠、润滑油缺乏等引发轴承座烧损。在烧损的过程中辊径热影响区裂纹产生。大部分轴承座烧损后它的滚珠、内圈往往和辊径部位融合在一起。
对于利用价值还很大的轧辊，修复前对于拆除融合在一起的滚珠、内圈，为防止辊径裂纹受热再次发展，因此处理过程严禁动用明火，最好的处理方法采用便携式角向切割机从两个对称方向切割内圈，取下融合的滚珠、内圈，见图六。
辊径的轴承档部位是轧制的受力部位。因此，为了保证堆焊修复后的强度，对辊径的轴承档部位修复先根据裂纹的深度车削梯度台阶，台阶的边角保证一定的弧度，避免应力集中。辊径母材材质除了有锻钢外还有球芯铸铁、灰口铸铁因此使用的堆焊材料要根据辊径材质相匹配。对于球芯铸铁、灰口铸铁轧辊的颈部修复，还要考虑受损裂纹的深度即裂纹车削后母材的强度，如果通过抗拉强度计算，达不到技术要求因放弃修复，以保证使用的安全性。
检测工艺的保证
轧辊二次再生利用的堆焊修复质量保证关键之一来自于检测。通过检测杜绝一次缺陷影响轧辊二次再生利用修复质量。同时通过检测确保堆焊修复的实物质量。其三通过检测确保二次再生使用的产品质量。
轧辊二次再生利用堆焊修复，前期应做好对二次再生利用轧辊的质量确认。因此，对准备二次再生利用轧辊要做好质量选择。
初期检测，通过无损检测手段（UT）对准备二次再生利用轧辊的表面和内部质量检测，确保堆焊过程不因原有缺陷在修复过程和使用过程发生缺陷延伸扩展引发剥落、断辊重大事故。主要检测是否存在前期使用遗留的表面裂纹和内部缺陷的发展情况。
检测发现表面裂纹的存在，应进一步检测期深度情况。根据裂纹的深度，分析对车削、加工后，对于强度的影响，再确认该轧辊是否允许可以二次再生利用。
检测发现内部存在裂纹、内部夹渣、面积缺陷及中心疏松较厉害的轧辊，应放弃二次再生利用，避免无效的人力、物力、财力的付出。
堆焊后的初加工过程中的检测。堆焊后的初加工过程中应进行一次对焊接质量的检测，通过检测是否存在因溶渣清理不到位形成的线形夹渣以及分层、未焊透、气孔等缺陷。
加工成品后的质量检测。加工成品后在出厂前必须按工件的技术要求再次对堆焊部位进行便携式超声波或相控阵TOFD探伤仪器检测，相控阵TOFD探伤仪器可比较直观的通过缺陷三视图直接分析，见图七。机载自动超声波可通过纵波、横波的多组探头确保堆焊的表面和内部质量，见图八这样更能确保堆焊修复质量及保证堆焊修复使用要求。
结束语
轧辊二次再生利用的堆焊过程，清除溶渣也是一项关键程序。除堆焊过程采用自动清除溶渣外，还需配备人员辅助采用手工清除自动清除溶渣遗留的溶渣，只有这样才能有效的确保堆焊的质量和轧辊二次再生利用的成材率