专利名称：一种连铸辊辊套的修复方法
技术领域：
本发明涉及一种机械零件的修复方法，尤其涉及一种连铸辊辊套的修复方法。
背景技术：
连铸机是冶金领域重要的铸钢设备，连铸机上所使用的辊套是连铸机中最重要的零件之一，并且在结晶器、支撑导向段中都有所应用，它性能的优劣及使用寿命则直接影响连铸机作业率、设备精度，钢坯的质量及维修成本。连铸辊辊套一般是由35CrMo或42CrMo材质经锻坯、调质热处理以及精加工而成，然而由于辊套外表面直接与高温钢坯接触，此时高温钢坯温度在900 1100°C之间，使辊套外表面温度达到600 700°C，极易产生氧化，加上冷却水喷淋会导致严重的水汽腐蚀，辊套外表面受到不间断的加热、冷却的反复作用，会产生热疲劳裂纹破坏。由于实际生产中这种高温、多水、多蒸汽的恶劣情况，经常会使辊套的表面产生龟裂，并继而发展成环状裂纹，导致辊套断裂失效，直接影响辊套的使用寿命。此外，如果连铸辊辊套的磨损和弯曲严重，将会导致铸机的精度降低，从而使生产出来的钢坯出现严重的质量问题。所以，辊套经常损坏，不仅造成直接生产成本增加，更重要的是还直接影响连铸机的作业率，增加维修成本。针对上述问题，国内外开展了多方面的研究工作，主要在辊套材料冶炼过程中合金化学成分配比、热处理工艺等方面展开了研究，制备适合连铸辊辊套工况条件的材质，但是，由于这些材质均采用单一材料，其价格、硬度、耐磨性、热震性及强度、塑性和韧性等指标难以达到兼顾，无法满足连铸辊辊套复杂工况的特殊要求，不具备良好的适应性。另外，对于大量的待修复连铸辊辊套还需进行修复，目前，连铸辊辊套主要采用堆焊技术进行修 复，如埋弧堆焊、明弧堆焊、带极堆焊等，但是由于堆焊焊丝成分、质量及堆焊技术本身特点等问题，在实际生产中容易在修复后的辊套中存在夹渣、气孔、裂痕等，这就严重影响了修复后辊套的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅提高辊套使用寿命，降低消耗，耐磨、耐热性强，而且工艺简单，可控性强，节省合金材料，成本低，生产率高的连铸辊辊套的修复方法。本发明主要是利用激光熔覆对连铸辊辊套的疲劳损伤表面部位进行熔覆修复，其技术方案如下
a.检测待修复连铸辊辊套各部分的尺寸，查看是否适合激光熔覆修复标准，并且确定磨损部位以及疲劳损伤程度；
b.依据疲劳损伤情况对连铸辊辊套的表面进行车削处理，即采用车削加工方法去除连铸辊辊套表面的疲劳层，一般车削量为I 3mm ;
c.对车削后的辊套进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后连铸辊辊套表面以及内部无裂纹等缺陷；
d.检测辊套本体材料的硬度及成分；e.根据辊套硬度以及成分的检测结果制备Ni45与WC合金粉末，将Ni45粉末最好是100 350目Ni45粉末与WC 粉末最好是80 325目WC粉末按比例混合，其中Ni45粉末占总质量的60% 95%，WC粉末占总质量的5% 40%，最好，将Ni45粉末与WC粉末放入机械式混粉器中，混合I 2小时后得到Ni45与WC合金粉末；
f.对连铸辊辊套采用整体预热的方式进行预热；所述连铸辊辊套的预热温度为300 350°C，保温时间为I 2小时；
g.将上述制得的Ni45与WC合金粉末熔覆在预热后的辊套表面，将辊套固定在激光加工机床上，米用同轴送粉方式，送粉器的粉末传输速度为100 250g/min,米用CO2激光器对连铸辊辊套进行熔覆扫描，CO2激光器的优选工艺参数为激光功率为1000 4800 ，光斑直径4mm,搭接率5% 25%,扫描速度300mm/min 1400mm/min,使棍套表面熔覆3 5层Ni45与WC合金粉末，合金熔覆层厚度为3 5mm ;
h.为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，对熔覆后的辊套整体进行去应力退火，温度为350 500°C，保温5小时，并随炉缓冷；
i.辊套冷却后，进行粗加工，采用磁粉进行表面探伤，检测熔覆层是否存在气孔、夹渣、裂痕等缺陷，如有气孔、夹渣、裂痕等缺陷可再次激光熔覆Ni45与WC合金粉末进行局部修补；
j.通过工装完成辊套的定位夹紧，根据辊套图纸对辊套进行精加工，保证辊套的尺寸公差和粗糙度要求。本发明与现有技术相比具有如下优点
1、提高连铸辊辊套使用寿命，降低消耗量，修复后的辊套可在恶劣的工况下连续使
用；
2、可进行多次修复，节省合金材料，修复成本低，提高生产效率；
3、工艺简单，可控性强，减少维修成本，减轻工人劳动强度；
4、修复后的辊套具有高强度，高韧性，并且耐磨、耐热性强。
图I为实施例I的连铸辊辊套熔覆合金层前的主视剖面示意图。图2为实施例I的连铸辊辊套熔覆合金层后的主视剖面示意图。
具体实施例方式 实施例I以修复材质为35CrMo、尺寸为230mmX 618mm的连铸辊辊套为例，首先对需要修复的材质为35CrMo的辊套进行初步检查；如图I所示，测量辊套的各部分尺寸查看是否适合激光熔覆修复标准，然后采用车削的方法去除辊套表面疲劳层3mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保辊套表面和母材无裂纹等严重的缺陷，将辊套的外径加工成0 224mm ；采用机械混合方法将按比例配制的Ni45及WC粉末放入机械式混粉器中充分混合，混粉时间为I. 5小时，合金粉末的混合比例为Ni45粉末占总质量的75%，WC粉末占总质量的25%，将待熔覆的35CrMo辊套预热到320°C，采用同轴送粉方法，送粉器的粉末传输速度为180g/min,采用CO2激光器扫描，激光器功率为2700W，光斑直径4mm，搭接率10%，扫描速度600mm/min,将合金粉末熔覆在35CrMo辊套表面，熔覆三层，合金层厚度为4mm ;为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，辊套整体进行去应力退火，温度为450°C，保温5小时，然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工两道工序，将熔覆后的连铸辊辊套车削去1mm，从而获得尺寸、表面工艺均满足要求的连铸辊辊套，如图2所示。实施例2 以修复材质为42CrMo、尺寸为(j5 230mmX618mm的连铸辊辊套为例，首先对需要修复的材质为42CrMo的辊套进行初步检查；测量辊套的各部分尺寸查看是否适合激光熔覆修复标准，然后采用车削的方法去除辊套表面疲劳层3mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保辊套表面和母材无裂纹等严重的缺陷，将辊套外径加工成0 224mm ;采用机械混合方法将按比例配制的Ni45及WC粉末放入机械式混粉器中充分混合，混粉时间为I. 5小时，合金粉末的混合比例为Ni45粉末占总质量的80%，WC粉末占总质量的20%，将待熔覆的42CrMo辊套预热到350°C，采用同轴送粉方法，送粉器的粉末传输速度为180g/min，采用CO2激光器扫描，激光器功率P=2800W，光斑直径4mm，搭接率10%，扫描速度700mm/min，将合金粉末熔覆在42CrMo辊套表面，熔覆三层，合金层厚度为4mm ;为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，辊套整体进行去应力退火，温度为400°C，保温5小时，然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工两道工序，将熔覆后的连铸辊辊套车削去1mm，从而获得尺寸、表面工艺均满足要求的连铸辊辊套。
实施例3 以修复材质为42CrMo、尺寸为小150mmX600mm的连铸辊辊套为例，首先对需要修复的材质为42CrMo的辊套进行初步检查；测量辊套的各部分尺寸查看是否适合激光熔覆修复标准，然后采用车削的方法去除辊套表面疲劳层2mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保辊套表面和母材无裂纹等严重的缺陷，将辊套外径加工成0 146mm ;采用机械混合方法将按比例配制的Ni45及WC粉末放入机械式混粉器中充分混合，混粉时间为2小时，合金粉末的混合比例为Ni45粉末占总质量的80%，WC粉末占总质量的20%，将待熔覆的42CrMo辊套预热到350°C，采用同轴送粉方法，送粉器的粉末传输速度为180g/min，采用CO2激光器扫描，激光器功率P=3500W，光斑直径4mm，搭接率10%，扫描速度900mm/min，将合金粉末熔覆在42CrMo辊套表面，熔覆三层，合金层厚度为4mm ;为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，辊套整体进行去应力退火，温度为450°C，保温5小时，然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工两道工序，将熔覆后的连铸辊辊套车削去2mm，从而获得尺寸、表面工艺均满足要求的连铸辊辊套。实施例4 以修复材质为35CrMo、尺寸为小150mmX600mm的连铸辊辊套为例，首先对需要修复的材质为35CrMo的辊套进行初步检查；测量辊套的各部分尺寸查看是否适合激光熔覆修复标准，然后采用车削的方法去除辊套表面疲劳层2mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保辊套表面和母材无裂纹等严重的缺陷，将辊套的外径加工成0 146mm ;采用机械混合方法将按比例配制的Ni45及WC粉末放入机械式混粉器中充分混合，混粉时间为2小时，合金粉末的混合比例为Ni45粉末占总质量的90%，WC粉末占总质量的10%，将待熔覆的35CrMo辊套预热到350°C，采用同轴送粉方法，送粉器的粉末传输速度为190g/min，采用CO2激光器扫描，激光器功率P=3800W，光斑直径4mm，搭接率20%，扫描速度1100mm/min，将合金粉末熔覆在35CrMo辊套表面，熔覆三层，合金层厚度为4mm ;为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，辊套整体进行去应力退火，温度为450°C，保温5小时，然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工两道工序，将熔覆后的连铸辊辊套车削去2mm，从而获得尺寸、表面工艺均满足要求的连铸辊辊套。实施例5 以修复材质为35CrMo、尺寸为小150mmX600mm的连铸辊辊套为例，首先对需要修复的材质为35CrMo的辊套进行初步检查；测量辊套的各部分尺寸查看是否适合激光熔覆修复标准，然后采用车削的方法去除辊套表面疲劳层I. 5mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保辊套表面和母材无裂纹等严重的缺陷，将辊套外径加工成0 147mm ;采用机械混合方法将按比例配制的Ni45及WC粉末放入机械式混粉器中充分混合，混粉时间为I小时，合金粉末的混合比例为Ni45粉末占总质量的88%，WC粉末占总质量的12%，将待熔覆的35CrMo辊套预热到310°C，采用同轴送粉方法，送粉器的粉末传输速度为170g/min，采用CO2激光器扫描，激光器功率P=3400W，光斑直径4mm，搭接率15%，扫描速度1100mm/min，将合金粉末熔覆在35CrMo辊套表面，熔覆三层，合金层厚度为3mm ;为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，辊套整体进行去应力退火，温度为400°C，保温5小时，然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工两道工序，将熔覆后的连铸辊辊套车削去I. 5mm，从而获得尺寸、表面工艺均满足要求的连铸辊辊套。实施例6 以修复材质为42CrMo、尺寸为小150mmX600mm的连铸辊辊套为例，首先对需要修复的材质为42CrMo的辊套进行初步检查；测量辊套的各部分尺寸查看是否适合激光熔覆修复标准，然后采用车削的方法去除辊套表面疲劳层3mm，进行磁粉探伤和超声 波探伤，确保辊套表面和母材无裂纹等严重的缺陷，将辊套的外径加工成0 144mm ;采用机械混合方法将按比例配制的Ni45及WC粉末放入机械式混粉器中充分混合，混粉时间为I小时，合金粉末的混合比例为Ni45粉末占总质量的95%，WC粉末占总质量的5%，将待熔覆的42CrMo辊套预热到300°C，采用同轴送粉方法，送粉器的粉末传输速度为220g/min，采用CO2激光器扫描，激光器功率P=2200W，光斑直径4mm，搭接率10%，扫描速度1400mm/min，将合金粉末熔覆在42CrMo辊套表面，熔覆三层，合金层厚度为4mm ;为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，辊套整体进行去应力退火，温度为500°C，保温5小时，然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工两道工序，将熔覆后的连铸辊辊套车削去1mm，从而获得尺寸、表面工艺均满足要求的连铸辊辊套。
权利要求
1.一种连铸辊辊套的修复方法，其特征是包括以下步骤 a.检测待修复连铸辊辊套各部分的尺寸，查看是否适合激光熔覆修复标准，并且确定磨损部位以及疲劳损伤程度； b.依据疲劳损伤情况对连铸辊辊套的表面进行车削处理，即采用车削加工方法去除连铸辊辊套表面的疲劳层； c.对车削后的辊套进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后连铸辊辊套表面以及内部无缺陷； d.检测辊套本体材料的硬度及成分； e.根据辊套硬度以及成分的检测结果制备Ni45与WC合金粉末，将Ni45粉末与WC粉末按比例混合，其中Ni45粉末占总质量的60% 95%，WC粉末占总质量的5% 40% ； f.对连铸辊辊套采用整体预热的方式进行预热；所述连铸辊辊套的预热温度为300 350°C，保温时间为I 2小时； g.将上述制得的Ni45与WC合金粉末熔覆在预热后的辊套表面，将辊套固定在激光加工机床上，米用同轴送粉方式，送粉器的粉末传输速度为100 250g/min,米用CO2激光器对连铸辊辊套进行熔覆扫描，使辊套表面熔覆3 5层Ni45与WC合金粉末，合金熔覆层厚度为3 5mm ； h.对熔覆后的辊套整体进行去应力退火，温度为350 500°C，保温5小时，并随炉缓冷; i.辊套冷却后，进行粗加工，采用磁粉进行表面探伤，检测熔覆层是否存在缺陷，如有缺陷可再次激光熔覆Ni45与WC合金粉末进行局部修补； j.通过工装完成辊套的定位夹紧，根据辊套图纸对辊套进行精加工，保证辊套的尺寸公差和粗糙度要求。
2.根据权利要求I所述的一种连铸辊辊套的修复方法，其特征是采用CO2激光器对连铸辊辊套进行熔覆扫描，CO2激光器的工艺参数为激光功率为1000 4800 ，光斑直径4mm,搭接率 5% 25%,扫描速度 300mm/mi η 1400mm/min。
3.根据权利要求I或2所述的一种连铸辊辊套的修复方法，其特征是根据辊套硬度以及成分的检测结果制备Ni45与WC合金粉末，将Ni45粉末与WC粉末按比例混合，所述Ν 45粉末的粒度为100 350目。
4.根据权利要求3所述的一种连铸辊辊套的修复方法，其特征是根据辊套硬度以及成分的检测结果制备Ni45与WC合金粉末，将Ni45粉末与WC粉末按比例混合，所述WC粉末的粒度为80 325目。
5.根据权利要求4所述的一种连铸辊辊套的修复方法，其特征是将Ni45粉末与WC粉末放入机械式混粉器中，混合I 2小时后得到Ni45与WC合金粉末。
6.根据权利要求5所述的一种连铸辊辊套的修复方法，其特征是依据疲劳损伤情况对连铸辊辊套的表面进行车削处理，即采用车削加工方法去除连铸辊辊套表面的疲劳层，车削量为I 3mm。
全文摘要
一种连铸辊辊套的修复方法，首先对辊套进行初步检查；测量辊套的各部分尺寸，然后去除辊套表面疲劳层，进行磁粉探伤和超声波探伤；采用机械混合方法配制的Ni45及WC合金粉末，将辊套预热，采用同轴送粉方法，采用大功率CO2激光器扫描，将合金粉末熔覆在辊套表面，辊套整体后热处理然后随炉缓冷；最后用车床通过粗加工及精加工满足要求的连铸辊辊套。本发明与现有技术相比具有提高辊套使用寿命，降低消耗，耐磨、耐热性强，工艺简单，可控性强，节省合金材料，成本低等优点。
文档编号B23P6/04GK102728993SQ201210196009
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者付宇明, 刘会莹, 张金森, 王军, 郑丽娟 申请人:燕山大学