专利名称：一种带钢卷取机空心轴缺陷处理修复再造的新工艺方法
技术领域：
本发明涉及激光熔覆复合功能材料技术领域，特别一种带钢巻取机空心轴 缺陷处理修复再造的新工艺方法。
技术背景钢厂热连轧板生产线中的巻取机是成巻轧制和带钢精整机组中的重要设备，巻取机的作用是将轧制的成品巻取成巻，钢巻单重约15-30吨，以适应生产、 运输、储存及用户的需要。巻取机有很大的张力以保证降低轧制压力，减少带 钢翘曲现象，从而提高带钢产品质量。巻取机巻筒的结构为二斜面四菱锥轴、 弓形块、空心轴和钳口组成。空心轴作为巻取机核心设备部件，部件单重4.5吨， 新件制造周期12个月以上，费用极高，目前还有许多生产线釆用进口件。因空 心轴工作在高速、高温、交变重载荷工作环境易出现超磨损、高温氧化腐蚀、 局部裂纹并快速延展损坏失效而报废，有效寿命仅80万吨钢巻加工量。给企业 带来极高的配件消耗成本，检修成本，生产作业率下降，安全隐患增多，直接 影响到工厂的安全生产和效益。由于巻取机空心轴材料要求严格，精度高，可 焊性差，加工制造复杂，周期长，费用高， 一直未找到一个经济有效、安全可 靠恢复功能修复利用的好方法，目前解决的办法只有更换新的空心轴，给钢厂 企业带来及高的配件消耗成本。2007年岳阳大陆激光技术有限公司和武钢股份 有限公司设备管理部经双方技术论证，利用激光熔覆技术的工艺原理和特点以 及复合功能材料技术成功的进行了空心轴缺陷修复处理再造，并取得良好的使 用效果
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种带 钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工艺方法，达到恢复缺陷空心轴的机械 性能及可再用功能的新件水平，且技术可靠性高、经济性好。本发明包括以下工艺步骤-1) 对裂纹进行无损探伤检查，确定裂纹的数量和走向，选择其中几条相对 比较深的裂纹进行清理，了解裂纹形貌和空间走向，对磨损和腐蚀区域进行清理去除损伤层；2) 根据实际检测结果，结合激光熔覆的特点设计裂纹打磨工艺坡口的截面 形状、底部宽度和深度的设计；3) 去除表面附着物和磨损部位疲劳层，分别对每条裂纹按照设计要求进行 坡口清理打磨，裂纹清理干净后，并对其进行残余应力消除，最后洁净技术处 理；4乂 T^/t)微兀;W《菱叉-a 乂J《S， 1X^ffl^'Kf农^C"乂l""i 1^L+^兀附T发W 口 ^口 口 WU义问、金相组织稳定和优异的抗裂性专用镍基合金底层材料，面层使用耐腐蚀性、耐磨性专用钴基材料的表面功能复合材料至设计尺寸并留加工最佳余量；5) 激光熔覆复合完后进行加工至所需尺寸和表面粗糙度；6) 品质检测，对再造区域进行表面磁粉探伤和超声波探伤检测，硬度检测， 表面粗糙度检测。本发明所述的镍基合金材料的化学成分组成重量份为0.34份C、 21.04份 Cr、 8,11份Mo、 1.5份A1、 3.08份Ti。本发明所述的钴基合金材料的化学成分组成的重量份为1.0-1.3份C、28-30份Cr、 3. 0份Fe、 0. 50份Mn、 l.OO份Mo、 3. OO份Ni、 1.55份Si、 5.5 份W、其它为Co。
本发明所述的无损探伤检查为表面着色渗透探伤检测。本发明所述的工艺坡口设计为上大下小的梯形的端面形貌、底部宽度5mm、 斜边按角度为25-30。C进行打磨，深度根据裂纹的深度而定，并做消除应力处理。本发明所述的激光熔覆打底的工艺参数为激光功率为2000-3500W，光斑 直径为3-4 ram，扫描速度为350-500mm/min，搭接率20-30%，氩气保护；合金 材料使用送粉器用同步送粉方式将材料送入激光熔覆的熔池，并使用自动编程 完成激光熔覆操作，以提高熔覆质量。本发明所述的激光熔覆面层的工艺参数为激光功率为3000-4500W，光斑 直径为2. 5-4. 5腿，扫描速度为400-600mm/min，搭接率20-30%，氩气保护； 合金材料预制在底层熔覆材料表面。本发明所述的激光复合的表层的厚度为3-4. 5mm。本发明所述的加工按照着色探伤检测、粗打磨、粗铣和精铣处理，使用专 用胎具对研和抛光处理。本发明所述的品质检测为对再造区域表面磁粉探伤和超声波探伤检测，硬 度检测，表面粗糙度检测。本发明的优点和有益效果解决了传统振动焊、氢弧焊、喷涂、镀层等传 统修理方法无法解决的材料选用局限性、工艺过程热应力、热变形、材料晶粒 粗大、基体材料结合强度差、热焊加工对母材机构性能影响大等一系列技术难 题。与传统的方法相比，激光熔覆复合层与基体均无粗大组织，熔覆层及基界 面组织致密，晶粒细小，熔覆组织无裂纹、夹杂等缺陷；熔覆层与基体形成冶 金结合，不脱落；热变形小，应力低，表面硬度高；对基体稀释率低，熔覆层 尺寸大小和位置可以精确控制，熔覆后机械加工余量小，复合功能层具有高耐 腐蚀性、高耐磨性的特点。为各大钢铁企业在热连轧板生产线上的巻取机空心 轴的修复提供了一种新的技术手段，本发明无环境污染、生产率高、能耗低，
大大减少企业配件消耗成本。
具体实施方式
实施例去除空心轴工作表面附着物，对轴整体使用着色探伤检测，确定磨损区域 和裂纹的数量和走向，对裂纹的清理打磨按照工艺设计开底宽5mm斜边按30 。C的上大底小的梯形截面形状的坡口，并进行应力消除处理；对磨损区域去除 疲劳层，清理完成后做洁净技术处理。利用送粉装置把熔合性好、结合强度高、 金相组织稳定性和优异的抗裂性专用镍基合金底层材料做打底熔覆，具体熔覆 工艺参数如下激光功率3100W，光斑直径3.2誦，扫描速度500腿/min，搭接 率20%，氩气保护，使用自动编程完成激光熔覆操作，以提高熔覆质量。在面层 使用耐腐蚀性、耐磨性专用钴基合金材料进行熔覆，工艺参数为激光功率 4500W，光斑直径4. 5 mm，扫描速度600mm/min，搭接率25°/。。最后加工按照着色探伤检测、粗打磨、粗铣和精铣处理，使用专用胎具对研和抛光处理成型，表面粗糙达到^以上。最终进行品质检测，使用表面磁粉探伤和超声波探伤检 测，检测修复区域的表面质量和内部质量，进行硬度检测。经过上述实施例处理的空心轴，在热连轧板生产线上使用效果表明，达到 机组正常使用要求并延长使用寿命，改善产品质量。本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对 本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前题下，本领域中工 程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保 护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求
1、一种带钢卷取机空心轴缺陷处理修复再造的新工艺方法，其特征在于包括以下工艺步骤1)对裂纹进行无损探伤检查，确定裂纹的数量和走向，选择其中几条相对比较深的裂纹进行清理，了解裂纹形貌和空间走向，对磨损和腐蚀区域进行清理去除损伤层；2)根据实际检测结果，结合激光熔覆的特点设计裂纹打磨工艺坡口的截面形状、底部宽度和深度的设计；3)去除表面附着物和磨损部位疲劳层，分别对每条裂纹按照设计要求进行坡口清理打磨，裂纹清理干净后，并对其进行残余应力消除，最后洁净技术处理；4)采用激光熔覆复合方法，在轴母体裂纹坡口区域先熔覆熔合结合强度高、金相组织稳定和优异的抗裂性专用镍基合金底层材料，面层使用耐腐蚀性、耐磨性专用钴基材料的表面功能复合材料至设计尺寸并留加工最佳余量；5)激光熔覆复合完后进行加工至所需尺寸和表面粗糙度；6)品质检测，对再造区域进行表面磁粉探伤和超声波探伤检测，硬度检测，表面粗糙度检测。
2、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的镍基合金材料的化学成分组成重量份为0.34份C、 21.04份Cr、 8.11份Mo、 1.5份A1、 3.08份Ti。
3、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的钴基合金材料的化学成分组成的重量份为1.0-1.3 份C、 28-30份Cr、 3. 0份Fe、 0. 50份Mn、 l.OO份Mo、 3. OO份Ni、 1.55份Si、 5. 5份W、其它为Co。
4、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的无损探伤检查为表面着色渗透探伤检测。
5、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的工艺坡口设计为上大下小的梯形的端面形貌、底部 宽度5mm、斜边按角度为25-3(TC进行打磨，深度根据裂纹的深度而定，并做消 除应力处理。
6、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的激光熔覆打底的工艺参数为激光功率为 2000-3500W，光斑直径为3-4mm，扫描速度为350-500mm/min，搭接率20-30%， 氩气保护；合金材料使用送粉器用同步送粉方式将材料送入激光熔覆的熔池， 并使用自动编程完成激光熔覆操作，以提高熔覆质量。
7、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的激光瑢覆面层的工艺参数为激光功率为 3000-4500W，光斑直径为2.5-4.5腿，扫描速度为400-600ram/min，搭接率 20-30%，氩气保护；合金材料预制在底层熔覆材料表面。
8、 根据权利要求6或7所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的 新工艺方法，其特征在于所述的激光复合的表层的厚度为3-4. 5mm。
9、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新工 艺方法，其特征在于所述的加工按照着色探伤检测、粗打磨、粗铣和精铣处理， 使用专用胎具对研和抛光处理。
10、 根据权利要求1所述的一种带钢巻取机空心轴缺陷处理修复再造的新 工艺方法，其特征在于所述的品质检测为对再造区域表面磁粉探伤和超声波探 伤检测，硬度检测，表面粗糙度检测。
全文摘要
本发明涉及一种带钢卷取机空心轴缺陷处理修复再造的新工艺方法。本发明解决了材料选用局限性、工艺过程热应力、热变形、材料晶粒粗大、基体材料结合强度差、热焊加工对母材机构性能影响大等一系列技术难题。激光熔覆复合层与基体均无粗大组织，熔覆层及基界面组织致密，晶粒细小，熔覆组织无裂纹、夹杂等缺陷；熔覆层与基体形成冶金结合，不脱落；热变形小，应力低，表面硬度高；对基体稀释率低，熔覆层尺寸大小和位置可以精确控制，熔覆后机械加工余量小，复合功能层具有高耐腐蚀性、高耐磨性的特点。本发明无环境污染、生产率高、能耗低，大大减少企业配件消耗成本。
文档编号C23C24/00GK101397663SQ20081018148
公开日2009年4月1日 申请日期2008年11月11日 优先权日2008年11月11日
发明者倪勇仁, 周武军, 寇汉萍, 朱庆强, 温曙光, 云 罗 申请人:岳阳大陆激光技术有限公司;寇汉萍;朱庆强