熱軋爐卷輥表面裂紋焊接修復工藝

昆鋼科技２０ｔｏ年第６期

２０１１年１月

熱軋爐卷輥表面裂紋焊接修復工藝

吳嗣明（生產管理中心）

摘要介紹了板帶爐卷軋機的爐卷輥熱應力裂紋損壞的焊接修復工藝技術及操作要點，對同行業爐卷輥表面裂紋焊接修復具有借鑑和指導意義。

關鍵詞軋鋼爐卷輥裂紋焊接

和研究，制定了相應的焊接修復工藝方案和操作要

１　前言

點，並嚴格按照工藝方案的每乙個步驟實施，成功修復了爐卷輥的裂紋缺陷，達到了原設計和使用要求。

昆鋼板帶廠熱軋爐卷軋機的兩座加熱捲取爐，是板坯在軋制過程中到達可捲繞厚度時，對坯料進行反２　爐卷輥結構及失效方式

復捲繞收集、釋放，並對板坯進行加熱，保持坯料的

軋制溫度穩定在一定範圍內，以實現往復軋制的設

２．１爐卷輥結構

備。熱捲取爐中的爐卷輥在投入執行一斷時間後，表爐卷輥簡體尺寸：直徑長度３２２０ｒａｉｎ。面都會出現一些淺層細小裂紋，隨著使用時間延長，

爐卷輥在徑向為復合結構，共三部分組成，外層為奧

裂紋會逐漸發展成較深、較寬的擴張裂紋，嚴重時將氏體耐熱不鏽鋼簡體，用離心澆鑄的方法製造，是爐引起輥面嚴重損壞而斷裂，使爐卷輥整體結構受到卷輥的工作層，其主要成分含量見表１。中間是耐熱

破壞而報廢。爐卷輥材質特殊、結構複雜、重量大，鋼軸套部分，可吸收一定的熱膨脹量。中心部分為芯

製造成本高，定貨周期長。有必要對爐卷輥的裂紋缺軸，採用迴圈水冷卻，為整個爐卷輥提供轉動支撐。

陷進行修復，快捷、低成本地消除裝置隱患，降低了備件消耗，節約了生產成本。

針對爐卷輥的裂紋缺陷問題，通過現場情況分析

２０１０年第６期吳嗣明：熱軋爐卷輥表面裂紋焊接修復工藝．２５．

２．２失效分析現場焊接修復的方法，快捷、低成本地消除裝置隱患，爐卷輥長期工作在高溫環境中，承受高溫交變熱將有效地降低備件消耗，節約生產成本。

負荷作用。當捲繞板坯並對板坯進行加熱時，爐卷輥表面溫度也隨著公升高，短時可能達１ｏ００￣ｃ以上。當

３爐卷輥裂紋缺陷修復的技術工藝方

加熱捲取爐待坯階段時，爐卷輥表面溫度隨之下降。案一

方面奧氏體耐熱不鏽鋼線膨脹係數大，因此爐卷輥

表面受高溫交變熱負荷作用，加上芯軸迴圈水冷卻，

考慮用焊接方法對爐卷輥裂紋缺陷進行修復。從整個爐卷輥溫度為梯度分布，因此在爐卷輥輥體上形加熱捲取爐的結構來分析，拆除加熱捲取爐的上罩成內外層間不均勻的熱應力分布，隨著溫度變化將引後，將爐卷輥裂紋缺陷部位旋轉到最上端位置，在

起層問應力強度增加，造成表面細小熱裂紋；另一方爐卷輥周圍搭設簡易平台，就有足夠的空間和位置進

面由於爐卷輥表層的奧氏體耐熱不鏽鋼在峰值溫度

行裂紋缺陷的修復操作。可避免拆裝爐卷輥及傳動、

時，機械強度會有一定下降，在對板坯的捲取過程中，

冷卻系統和其它附屬設施所需要發生的人工消耗和

爐卷輥表層會受到不同程度交變形式的機械擠壓負時間消耗，縮短停機時間，提高生產效率。爐卷輥裂荷作用，在長期交變負荷作用下就會形成表面機械損紋缺陷修復的技術工藝方案為：

傷，出現細小裂紋。在以上兩種形式的應力長期作用１）爐卷輥表面裂紋的預處理。用碳弧氣刨沿裂下，細小裂紋擴張而形成深層熱應力裂紋。紋兩側刨削，徹底清除裂紋及周圍已氧化金屬，同時

２．３爐卷輥裂紋缺陷修復的必要性

加工出ｕ型焊接坡口。並採用超聲波探測和著色探

爐卷輥上的深層裂紋擴張速度快，對輥簡體機械

傷法，仔細檢查確認裂紋根部是否已完全清除乾淨，強度影響較大。一但發現有擴張裂紋出現，應即時採為徹底修復裂紋缺陷提供保障。

用現場修復的方法，消除裂紋缺陷。否則將導致爐卷２）焊接修復。採用冷卻速度快、熱影響區域小，

輥在繼續使用過程中，因為裂紋迅速擴張，引起輥

能有效能有效隔絕空氣、保護範圍寬、適應性廣、效面嚴重損壞而斷裂，使爐卷輥整體結構受到破壞而報

率高的溶化極手工氬弧焊技術，用不鏽鋼焊絲對碳弧廢。

氣刨加工出的ｕ型焊接坡口進行充填，焊接材料根由於爐卷輥材質特殊、結構複雜、重量大，製造據和母材相近原則，選用焊成本高，定貨周期長。如對爐卷輥的裂紋缺陷能採用

絲，其主要化學成分見表２。

表２焊接材料的化學成分

昆鋼科技２０１０年第６期

電壓，形成穩定的熔滴射流過渡，以獲得穩定熔深、

４爐卷輥裂紋缺陷修復工藝的操作要

佔熔寬的焊縫。

控制箱能夠提供高頻引弧、收弧電流衰減控制，保護氣體**和引弧提前送氣、收弧延時停氣的功

４．１爐卷輥表面裂紋的預處理操作要點能。焊槍和推式送絲機，應能夠穩定地輸送保護氣體和焊絲，靈活方便地控制焊接操作，保障焊接工作的

順利完成。操作要點為：

用碳弧氣刨沿裂紋兩側刨削，徹底清除裂紋及周圍氧化金屬，同時加工出ｕ型焊接坡口。碳弧氣刨

裝置用矽整流弧焊機作為電源，如ｚｘｇ－－５００，氣源裝置採用２ｍ　、壓力４～６個大氣壓的空氣壓縮機，

配接刨槍構成。碳弧氣刨的加工特點是，能廣泛用於切割有色金屬、黑色金屬和各種金屬合金。切割速

１）焊接時採用高頻引弧，以獲得穩定的起弧電流和起始電弧，並在起弧點稍作停留，形成穩定的熔池後再進行焊道執行，保證接頭處有良好的焊接熔合。焊縫收尾處使用電流衰減熄弧，使電弧和電流有

一度快、效率高，電極成本低、消耗量小，操作簡便。

採用直流反接極效能獲得光滑平整的刨削平面。

個衰減停止的過程，衰減的目的是將熔池弧坑填

滿、緩慢冷卻，防止造成焊縫結尾處熔池冷卻過快產

生縮孔。

對於奧氏體耐熱不鏽鋼刨削時應減小電流量，加

大壓縮空氣噴吹壓力，減少溶化金屬在母材上停留時

２）使用提前輸氣，要求保護氣體在引弧前從噴

問，加強氣體冷卻效果，縮小切割熱影響區，注意控制好層間溫度，防止母材過熱。為了使焊接材料同母材很好地熔合過渡，應去出刨削時熔人的碳，防止產生焊接缺陷。需要用電動工具將坡口的熱影響層及滲碳層打磨清除，露出金屬光澤，使焊接坡口變得光滑、

平整。再用壓縮空氣吹掃清除坡口中的灰塵、金屬粉

嘴射出，隔絕空氣，使電弧在保護氣體中引燃，避免熔池被氧化。焊接結束、電弧消滅後，保護氣體的輸送還要維持一段時問，以避免高溫弧坑受到空氣侵

蝕，防止合金元素氧化，從而保證起弧和熄弧處的焊縫質量可靠。

３）使用小電流、快速焊、焊條不擺動、以減少熔池過熱，用加大保護氣體流量的方法，以加快焊縫和熱影響區的冷卻速度，並減小焊縫的熱影響區面積。焊接時使用短弧，能減少合金元素的燒損。控制

末、砂輪磨片帶來的有機雜質。對坡口用丙酮進行徹

底清洗，去除油漬等對焊接質量有影響的有害物質。４．２焊接工藝操作要點

採用冷卻速度快、熱影響區域小，能有效隔絕空氣、保護範圍寬、適應性廣、效率高的熔化極手工氬

弧焊。熔化極手工氬弧焊裝置，是由電流穩定性好，

焊層厚度、採用多層多道焊，焊完一層後，需等先焊

的一層冷卻到］００℃以下時再焊下一層。

４）嚴格保持坡口的清潔度，防止水汽和其它雜質侵人，避免產生氣孔和焊縫夾渣等缺陷。

５）所有焊接１＝作完成後，反覆鎚擊焊縫，用震

具有垂直下降或陡降外特性，焊接電流調節範圍寬的

矽整流弧焊機為焊接電源。氬弧焊電弧工作在電弧靜

特性曲線水平段，手工氬弧焊在焊接過程中弧長波動是難免的，為了使電弧有乙個穩定的燃燒點，保證焊縫質量穩定，因此嚴格要求焊接電源的外特性是垂直下降或陡降的。各種飽和電抗器式整流電源、飽和電

抗器式變壓器整流電源和漏磁式焊接變壓器流電源的外特性都能夠滿足熔化極手＿ｒ氬弧焊要求。熔化極手工氬弧焊的電流密度比鎢極手ｔ氬弧焊大得多，焊接電流、焊接電壓與焊接速度對焊縫的現狀有很大的影響。焊接電流確定以後選擇調整相匹配的焊接

動時效方式消除殘餘應力。再次對爐卷輥進行全面超聲波檢測，確認內部無任何缺陷後，採用機加工或靠模打磨法，進行幾何尺寸恢復。

６）奧氏體耐熱鋼在焊後進行固溶處理能防止晶間腐蝕，提高塑性和韌性，在焊後加熱到７３０℃進行

穩定化處理，以防止晶間腐蝕，並可消除９０％的殘

餘應力。修復後的捲取輥筒為了進一步提高其耐腐蝕性能，消除殘餘應力和改善機械效能，可利用爐卷輥

（下轉第３７頁）

２０１０＂ｆｌ￣第６期郭筱川一１００控制系統在汽輪機保護上的應用

些問題進行具體分析，然後對控制策略、系統保護

４結束語

經過系統除錯，確認一１００系統達到設計要求，系統隨後進入正常生產，如今已正常執行多年。該系統比起以往採用的國外的ｄｃｓ不僅滿足等做出相應的修改調整。其次應定期檢查裝置執行狀況，觀注主要工藝引數有無報警記錄、檢視主要工藝引數的歷史記錄，分析執行趨勢，**異常波動加以預防；最後應根據機組運**況對一些有異變的測點進行更換，保證發電機組始終安全、穩定

生產要求，還節約了投資，同時，該系統的高可靠地執行

性和強大的系統功能，實現了紅鋼發電機組的管控

一體化，並保證系統始終最佳的執行狀態，實現了

參考文獻：

紅鋼發電工程汽輪機保護控制的遠端化和區域化一１００系統操作簡單、維護方便。實踐證［１］程逢科，王毅剛，侯清河．中小型火力發電廠生產設

明；該系統完全能夠適用於冶金行業余能餘熱發電

備及執行【ｍ】．北京：中國電力出版社，２００６

系統，保證其安全、經濟、高效的執行。

［２】張建巨集，楊雄．火電廠分散控制系統創新設計與安裝一１００系統建成後，在執行中，系統

除錯及檢修執行維護實用手冊［ｍｉ．北京：中國科技文化出維護成了汽輪發電機組安全穩定執行的重要保障。

版社，２００６

首先應根據實際生產工藝以及裝置執行**現的一

（上接第２６頁）

第一次裝爐使用時機，採用控制加熱捲取爐爐溫的工題，實踐證明採用焊接工藝措施修復區域性因裂紋擴張藝來實現修復件低溫去應力退火，消除焊接內應力。而損壞的爐卷輥，達到了原設計和使用要求。通過焊具體操作工藝：

爐卷輥安裝完成，試車成功後，恢復接修復延長了爐卷輥的使用壽命，修復件能穩定可靠冷卻水迴圈。捲取爐點火，爐卷輥筒較低速度旋轉，

地投人生產線使用，有效地降低了生產成本，減少了

以６０％／小時公升溫速度加熱到７３０￣ｃ，保溫８小時以檢修時間，降低了備件消耗，取得了較好的效果。

穩定焊縫組織、消除內部殘餘應力後整個修復過程結束，爐卷輥可投入正常使用。

５結束語

爐卷輥熱應力裂紋缺陷是乙個週期性出現的問

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