一種連鑄輥的等離子弧熔覆修複方法
2023-04-28 04:52:31
專利名稱：一種連鑄輥的等離子弧熔覆修複方法
技術領域：
本發明涉及一種機械零件的修複方法，尤其涉及一種連鑄輥的等離子弧熔覆修複方法。
背景技術：
連鑄輥是現代煉鋼廠板坯連鑄系統的重要部件之一，在連鑄生產線各工作段中都有應用。連鑄輥在工作中的早期損傷，嚴重影響連鑄機的連續生產，同時輥子的磨損和破壞也使板坯產品質量下降，生產成本提高。連鑄輥的材質主要是35 CrMo或42CrMo鋼，經精鑄、鍛坯、調質熱處理以及精加工而成。在工作中，連鑄輥一方面要承受上千攝氏度高溫鋼坯的鼓肚力和靜壓力而引起的循環載荷，另一方面還要承受噴淋冷卻水的交變熱循環作用，因此連鑄輥使用一段時間後，其破壞形式除不同程度的磨損、腐蝕和彎曲變形外，輥面也將產生較嚴重的龜裂狀熱裂紋。當裂紋的深度和長度超過輥體材料所能允許的某一極限時，在使用過程中將導致突發的失穩斷裂事故。連鑄輥經常磨損和損壞，不僅造成直接生產成本增加，更重要的是直接影響連鑄機的作業率。鋼坯連鑄機連鑄輥的使用壽命短，是鋼鐵企業普遍存在而且亟待解決的技術難題。針對上述問題，國內外開展了多方面的研究工作，通常採用的辦法是規定一個安全的使用周期，定期停機檢查和更換連鑄輥。更換下來的連鑄輥，需要經過修復後方能再次使用。目前，連鑄輥主要採用堆焊技術進行修復，如埋弧堆焊、明弧堆焊、帶極堆焊等，但是由於堆焊焊絲成分、質量及堆焊技術本身特點等問題，實際生產中容易在修復後的連鑄輥中存在夾渣、氣孔、裂紋等缺陷，嚴重影響了修復後連鑄輥的使用壽命。同時，焊接過程導致連鑄輥基材的變形量大等問題，也影響了連鑄輥修復的成品率。堆焊技術已經無法完全滿足鋼鐵企業對於修復的連鑄輥長壽命、高質量的要求，迫切需要一種低能耗、低成本、環保、工藝可控性強的連鑄輥修複方法。
發明內容
鑑於上述現狀，本發明的目的在於提供一種可提高連鑄輥使用壽命，降低消耗，抗氧化性強，而且工藝簡單，可控性強，無汙染、成本低，生產率高的連鑄輥的等離子弧熔覆修複方法。本發明修複方法包括如下步驟
1、檢測連鑄輥表面磨損部位以及疲勞損傷程度；
2、依據疲勞損傷情況對連鑄輥的表面進行車削處理，去除連鑄輥表面的疲勞層，車削量為I 3mm ；
3、對車削後的連鑄輥表面及內部缺陷進行磁粉探傷和超聲波探傷檢測；
4、對連鑄輥基材成分進行檢測，根據檢測結果按比例選取Ni45、WC合金粉末，其中Ni45合金粉末佔總質量的96 98%，WC合金粉末佔總質量的2% 4%，將Ni45合金粉末與WC合金粉末放入機械式混粉器中，混合I 2小時後得到Ni45與WC混合合金粉末；5、將上述混合合金粉末與乳白膠按重量比為15 201混合攪拌，攪拌後的混合合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為2 4mm，自然乾燥；
6、將上述帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180 200A，工作電壓為18 20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為25(T350mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量18L/min，電離氣體量13L/min，在連鑄輥表面熔覆Ni45與WC混合合金粉末，熔覆層厚度為1. 5 3. 5mm ;
7、將熔覆後連鑄輥，進行精加工至符合連鑄輥的尺寸公差和粗糙度要求，並對加工後的熔覆層選用磁粉和超聲波進行表面探傷檢測，即修復完畢。在本發明中，所述的Ni45合金粉末為60 160目。 在本發明中，所述的WC合金粉末為80 325目。在本發明中，其中步驟(7 )中，將熔覆後連鑄輥，進行精加工，並選用磁粉或超聲波進行表面探傷有缺陷後，可再次通過等離子弧熔覆Ni45與WC混合合金粉末進行局部修補。本發明是利用在連鑄輥基材表面預塗Ni45與WC粉末合金塗層，通過高能等離子弧加熱塗覆塗層，塗層因吸收大量的熱能而快速熔化、分解、電離，並把部分熱量傳遞給連鑄棍基材，使基材表面一薄層金屬同時被加熱到熔融狀態。熔化的塗層合金粉末與連鑄棍表面金屬形成共同的熔池，熔池以「液珠」的形式存在，熔池「液珠」在金屬表面張力、氣體動力、等離子弧吹力及重力的共同作用下，於連鑄輥表面鋪展開來，氣體上浮，當等離子弧移開後，在基材和空氣的雙重作用下，快速凝固結晶，實現高性能合金粉末與基材的冶金結合，並獲得細化的組織，在連鑄輥表面形成彌散分布WC顆粒增強的耐高溫磨損、抗氧化合金層，明顯提高了修復後連鑄輥的使用性能和壽命。另外，本發明工藝簡單，可控性高，修復後不需要熱處理，可降低連鑄輥修復中對合金材料的消耗量，同時可進行多次修復，節省合金材料，無汙染，生產效率高。
具體實施例方式下面將結合實施例，對本發明作進一步地說明。實施例I
本實施例以修復材質為35CrMo、尺寸為Φ230πιπιΧ618mm的連鑄輥為例，首先對需要修復的材質為35CrMo的連鑄輥進行初步檢查；然後採用車削的方法去除連鑄輥表面疲勞層2mm,進行磁粉探傷和超聲波探傷，確保連鑄輥表面和基材無裂紋嚴重的缺陷，將連鑄輥的外徑加工成Φ 226mm ;採用機械混合方法，將按比例選用60目的Ni45合金粉末與80目的WC合金粉末放入機械式混粉器中充分混合，混合時間為I. 5小時後，得到Ni45與WC混合合金粉末，其中合混合金粉末的混合比例為Ni45合金粉末佔總質量的96%,WC合金粉末佔總質量的4%，將混合合金粉末與乳白膠按重量比為17 1混合，攪拌均勻，攪拌後的合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為3. 5mm,自然乾燥，將帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為190A，工作電壓為19V，掃描寬度為4mm，掃描速度為250mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm,用IS氣為保護和電離氣體,保護氣體量18L/min,電離氣體量13L/min,在連鑄棍表面熔覆Ni45與WC合金粉末，熔覆層厚度為3mm;進行精加工，將熔覆後的連鑄輥精車Imm;然後採用磁粉和超聲波進行表面探傷，表面公差檢查，合格後，獲得尺寸、表面工藝均滿足要求的連鑄輥。實施例2
以修復材質為42CrMo、尺寸為Φ230πιπιΧ618mm的連鑄輥為例，首先對需要修復的材質為42CrMo的連鑄輥進行初步檢查；然後採用車削的方法去除連鑄輥表面疲勞層3mm，進行磁粉探傷和超聲波探傷，確保連鑄輥表面和基材無裂紋等嚴重的缺陷，將連鑄輥的外徑加工成Φ 224mm ;採用機械混合方法將按比例選用80目的Ni45合金粉末及120目的WC合金粉末放入機械式混粉器中充分混合，混合時間為2小時，得到Ni45與WC混合合金粉末，其中混合合金粉末的混合比例為Ni45合金粉末佔總質量的97%，WC合金粉末佔總質量的3%，將混合合金粉末與乳白膠按重量比為16 1混合，攪拌均勻，攪拌後的混合合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為4_，自然乾燥，將帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋 轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為200A，工作電壓為20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為250mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量18L/min，電離氣體量13L/min，在連鑄輥表面熔覆Ni45與WC混合合金粉末，熔覆層厚度為3. 5mm ;對熔覆層進行精加工，將熔覆後的連鑄輥磨削O. 5mm ;然後採用磁粉進行表面探傷，表面公差檢查，合格後，獲得尺寸、表面工藝均滿足要求的連鑄輥。實施例3
以修復材質為42CrMo、尺寸為Φ 150mmX600mm的連鑄輥為例，首先對需要修復的材質為42CrMo的連鑄輥進行初步檢查；然後採用車削的方法去除連鑄輥表面疲勞層2mm，進行磁粉探傷和超聲波探傷，確保連鑄輥表面和基材無裂紋等嚴重的缺陷，將連鑄輥的外徑加工成Φ 146mm ;採用機械混合方法將按比例選用120目的Ni45合金粉末及300目的WC合金粉末放入機械式混粉器中充分混合，混合時間為2小時,得到Ni45與WC混合合金粉末，其中混合合金粉末的混合比例為Ni45合金粉末佔總質量的98%, WC合金粉末佔總質量的2%，將合金合金粉末與乳白膠按重量比為15 1混合，攪拌均勻，攪拌後的混合合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合後的混合合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為3_，自然乾燥，將帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180A，工作電壓為18V，掃描寬度為4mm，掃描速度為260mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量18L/min，電離氣體量13L/min，在連鑄輥表面熔覆Ni45與WC合金粉末，合金熔覆層厚度為2. 5mm ;進行精加工，將熔覆後的連鑄輥磨削O. 5mm ;然後採用磁粉進行表面探傷，表面公差檢查，合格後，獲得尺寸、表面工藝均滿足要求的連鑄輥。實施例4
以修復材質為35CrMo、尺寸為Φ150πιπιΧ600πιπι的連鑄輥為例，首先對需要修復的材質為35CrMo的連鑄輥進行初步檢查；然後採用車削的方法去除連鑄輥表面疲勞層I. 5mm,進行磁粉探傷和超聲波探傷，確保連鑄輥表面和基材無裂紋等嚴重的缺陷，將連鑄輥的外徑加工成Φ 147mm ;採用機械混合方法將按比例選用160目的Ni45合金粉末及325目的WC合金粉末放入機械式混粉器中充分混合，混合時間為I小時，得到Ni45與WC混合合金粉末，其中混合合金粉末的混合比例為Ni45合金粉末佔總質量的96%,WC合金粉末佔總質量的4%，將混合合金粉末與乳白膠按重量比為20 1混合，攪拌均勻，攪拌後的混合合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合好的合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為3. 5mm,自然乾燥，將帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為200A，工作電壓為20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為350mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm,用気氣為保護和電離氣體,保護氣體量18L/min,電離氣體量13L/min,在連鑄棍表面熔覆Ni45與WC合金粉末，合金熔覆層厚度為3mm ;進行精加工，將熔覆後的連鑄輥精車
I.5mm ;然後採用磁粉進行表面探傷，表面公差檢查，合格後，獲得尺寸、表面工藝均滿足要求的連鑄輥。實施例5
以修復材質為35CrMo、尺寸為Φ 150mmX600mm的連鑄輥為例，首先對需要修復的材質為35CrMo的連鑄輥進行初步檢查；然後採用車削的方法去除連鑄輥表面疲勞層2mm，進行磁粉探傷和超聲波探傷，確保連鑄輥表面和基材無裂紋等嚴重的缺陷，將連鑄輥的外徑加工成Φ 147mm ;採用機械混合方法將按比例選用160目的Ni45合金粉末及325目的WC合金粉末放入機械式混粉器中充分混合，混合時間為I小時，得到Ni45與WC混合合金粉末，其中混合合金粉末的混合比例為Ni45合金粉末佔總質量的96%, WC合金粉末佔總質量的4%，將混合合金粉末與乳白膠按重量比為20 1混合，攪拌均勻，攪拌後的合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合好的合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為
3.5mm,晾乾,將帶有預塗層的連鑄棍固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上,工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為195A，工作電壓為19V，掃描寬度為4mm，掃描速度為270mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量18L/min，電離氣體量13L/min，在連鑄輥表面熔覆Ν 45與WC混合合金粉末，熔覆層厚度為3mm ;進行精加工，將熔覆後的連鑄輥精車Imm ;然後採用磁粉進行表面探傷，表面公差檢查，合格後，獲得尺寸、表面工藝均滿足要求的連鑄輥。實施例6
以修復材質為42CrMo、尺寸為Φ 150mmX600mm的連鑄輥為例，首先對需要修復的材質為42CrMo的連鑄輥進行初步檢查；然後採用車削的方法去除連鑄輥表面疲勞層1mm，進行磁粉探傷和超聲波探傷，確保連鑄輥表面和基材無裂紋等嚴重的缺陷，將連鑄輥的外徑加工成Φ 148mm;採用機械混合方法將按比例選用160目的Ni45合金粉末及325目的WC合金粉末放入機械式混粉器中充分混合，混合時間為I. 5小時,得到Ni45與WC混合合金粉末，其中混合合金粉末的混合比例為Ni45合金粉末佔總質量的98%, WC合金粉末佔總質量的2%，將混合合金粉末與乳白膠按重量比為18 1混合，攪拌均勻，攪拌後的混合合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合好的混合合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為2_，自然乾燥，將帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180A，工作電壓為18V，掃描寬度為4mm，掃描速度為250mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量18L/min，電離氣體量13L/min，在連鑄輥表面熔覆Ni45與WC混合合金粉末，合金熔覆層厚度為I. 5mm ;進行精加工，將熔覆後的連鑄輥磨削O. 5mm ;然後採用磁粉進行表面探傷，表面公差檢查，合格後，獲得尺寸、表面工藝 均滿足要求的連鑄輥。
權利要求
1.一種連鑄輥的等離子弧熔覆修複方法，包括如下步驟 (1)檢測連鑄輥表面磨損部位以及疲勞損傷程度； (2)依據疲勞損傷情況對連鑄輥的表面進行車削處理，去除連鑄輥表面的疲勞層，車削量為I 3mm ； (3)對車削後的連鑄輥表面及內部缺陷進行磁粉探傷和超聲波探傷檢測； (4)對連鑄輥基材成分進行檢測，根據檢測結果按比例選取Ni45、WC合金粉末，其中Ν 45合金粉末佔總質量的96 98%，WC合金粉末佔總質量的2% 4%，將Ni45合金粉末與WC合金粉末放入機械式混粉器中，混合I 2小時後得到Ni45與WC混合合金粉末； (5)將上述混合合金粉末與乳白膠按重量比為15 201混合攪拌，攪拌後的混合合金粉末具有一定粘度且無結塊，然後將混合合金粉末均勻地塗刷在連鑄輥基材表面，預塗層厚度為2 4mm,自然乾燥； (6)將上述帶有預塗層的連鑄輥固定在等離子弧熔覆設備加工工具機上，工具機主軸勻速旋轉，等離子弧對連鑄輥進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180 200A，工作電壓為18 20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為25(T350mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量18L/min，電離氣體量13L/min，在連鑄輥表面熔覆Ni45與WC混合合金粉末，熔覆層厚度為1. 5 3. 5mm ; (7)將熔覆後連鑄輥，進行精加工至符合連鑄輥的尺寸公差和粗糙度要求，並對加工後的熔覆層選用磁粉和超聲波進行表面探傷檢測，即修復完畢。
2.根據權利要求I所述的修複方法，其特徵在於，所述的Ni45合金粉末為60 160目。
3.根據權利要求I所述的修複方法，其特徵在於，所述的WC合金粉末為80 325目。
4.根據權利要求I所述的修複方法，其特徵在於，其中步驟(7)中，將熔覆後連鑄輥，進行精加工，並選用磁粉和超聲波進行表面探傷有缺陷後，可再次通過等離子弧熔覆Ni45與WC混合合金粉末進行局部修補。
全文摘要
本發明公開了一種連鑄輥的等離子弧熔覆修複方法，其步驟包括對連鑄輥進行初步檢查，然後去除連鑄輥表面疲勞層，進行磁粉探傷和超聲波探傷，採用機械式混粉器按比例配製Ni45與WC混合合金粉末，將混合合金粉末與乳白膠按比例混合攪拌，將混合合金粉末塗刷在連鑄輥基材表面，通過等離子弧熔覆設備，採用等離子弧單道掃描預塗合金粉末形成合金層，用車床或磨床精加工得到滿足工藝要求的連鑄輥。本發明與現有技術相比具有明顯提高連鑄輥使用壽命，降低合金消耗，耐熱性強，工藝簡單，可控性強，成本低，能耗低等優點。
文檔編號C23C4/06GK102912276SQ201210389269
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者趙明鷹 申請人:秦皇島格瑞得節能技術服務有限公司