堆焊复合制造技术，让冶金辊焕发新生
冶金行业作为我国国民经济的支柱产业，其技术水平和经济效益水平关系到国民经济的平稳运行与增长。我国作为钢铁生产大国，每年消耗数百万吨的冶金辊及其备件。冶金辊的质量不仅关系其使用寿命，而且对钢材的质量、生产效率和成本也有着显著的影响。采用堆焊方法复合制造冶金辊类，可通过优选堆焊材料及堆焊工艺，来提高冶金辊的使用寿命、轧机作业率以及钢铁产品质量，而且还可以实现辊坯的重复利用，节能节材。
药芯焊丝为堆焊技术注入生机
我国从20世纪50年代起采用实芯合金焊丝堆焊修补普通钢质轧辊。由于当时使用普通实芯单丝埋弧焊，其熔敷效率有限，不能满足高生产率的要求，随后又逐步发展了多丝埋弧堆焊和带极堆焊技术。由于实芯焊丝（或焊带）加工（冶炼、轧制、拔制）困难，限制了高强度、高碳、高合金焊丝的生产制造，导致冶金辊类堆焊复合制造技术发展缓慢。20世纪80年代末，随着药芯焊丝的大量使用，冶金辊的质量有了明显提高，开始在高强度、高韧性的低合金或中碳合金钢辊芯表面堆焊高合金耐磨工作层，以替代传统的整体锻造和离心铸造方法，冶金辊类堆焊复合制造技术得到了迅速发展。
目前，采用堆焊复合制造技术生产的冶金辊类已达几十种，如连铸辊、轧机前后辊道辊、开坯辊、半钢轧辊、热连轧板带支承辊、热连轧板带夹送辊、热连轧板带助卷辊、热连轧板带层流冷却辊、热连轧板带张力辊、热轧中厚板支承辊、中厚板矫直辊、中厚板圆盘剪刃、窄带钢冷轧工作辊和支承辊、宽带钢冷轧中间辊和支承辊、无缝管穿孔机轧辊等。堆焊复合制造的冶金辊在国内各大钢厂得到了广泛应用，其使用寿命达到甚至超过整体锻造或铸造辊的使用寿命。除冶金行业以外，堆焊复合制造技术在电力、水泥等行业也得到了广泛应用，如电力行业磨煤机的磨辊、磨盘、耐磨衬板，水泥行业的水泥挤压辊、破碎辊等。
伴随冶金辊类堆焊复合制造技术的发展，我国堆焊材料的品种质量、堆焊设备以及堆焊复合制造的工艺水平都有了显著提高。在堆焊材料的研制和应用方面，某些产品甚至达到或超过国外同行水平。如连铸辊堆焊制造用系列药芯焊丝，已经形成了0Cr13Ni4MoVN、0Cr13Ni4MoCoVN、1Cr13Ni3MoNbV等一系列材料，经过在国内多家钢厂的大范围应用，其使用寿命已达到国际先进水平，同时还在窄带钢冷轧工作辊、冷轧中间辊、冷轧支承辊、中厚板大型热轧支承辊以及合金半钢轧辊（国外认为无法进行堆焊修复）等的堆焊修复及复合制造方面，实现了重大的技术突破。
用于冶金辊类堆焊的材料主要为铁基堆焊合金及喷焊用自熔合金，其中珠光体和贝氏体类堆焊合金用于冶金辊类打底堆焊，马氏体类堆焊合金主要用于堆焊连铸辊、夹送辊、助卷辊等冶金辊类，奥氏体类堆焊合金主要用于锤头等需要较高冲击韧性的工况，合金铸铁类堆焊合金用于电力行业、水泥行业的辊类堆焊制造或再制造。目前国内外常用的冶金辊类堆焊材料以埋弧（或明弧）堆焊药芯焊丝为主。由于冶金辊种类繁多，性能要求也存在较大差异，堆焊药芯焊丝尚未形成国家标准，目前大都采用各制造企业自行制定的企业标准。
堆焊技术设备形成系列
几乎所有的焊接方法都可用于堆焊复合制造冶金辊类，如埋弧（或明弧）堆焊、电渣堆焊、火焰喷焊、焊条电弧堆焊和钨极氩弧堆焊等。但在冶金辊的实际堆焊制造过程中，业界推荐采用高效、低成本且自动化程度高的堆焊方法，如自动埋弧（或明弧）堆焊、自动火焰喷焊等，而在局部焊补时，可以采用手工焊条堆焊或手工钨极氩弧堆焊。
在冶金辊堆焊设备制造方面，国内冶金辊类的堆焊专用设备已形成系列装备。设备的承重能力从1吨（连铸辊堆焊）到100吨（大型轧辊堆焊）不等，堆焊辊的长度可达18米（如无缝管厂连轧管机芯棒），直径可达2米以上（如大型热轧支承辊）。冶金辊自动堆焊专用设备通常由四大部分组成，即机械系统、焊接系统、控制系统和辅助系统，并要求具有良好的连续工作能力，能够保证连续工作几百个小时仍能保持高稳定性。除自动堆焊专用设备，冶金辊堆焊复合制造厂还需配有热处理炉（用于焊前预热和焊后热处理）、机加工设备、吊运设备以及质量检测设备。目前，我国堆焊设备制造在电源稳定性和整体设备的自动化水平方面与国外先进厂家相比，仍有一定差距。此外，随着堆焊复合制造技术的发展，国内很多堆焊复合制造冶金辊类的企业应运而生，如钢厂自有的机械厂、专业的冶金辊复合制造厂，但各企业的技术水平和装备水平存在较大差异，产品质量也参差不齐。
高性能冶金辊堆焊技术亟待开发
冶金辊堆焊复合制造用的辊坯可使用强韧性满足要求的低碳低合金或中碳结构钢制造，也可使用旧轧辊辊坯，但焊前必须进行探伤。如果旧辊坯（包括辊颈和辊面）有严重内伤，则不允许对该辊坯进行堆焊修复工作。在旧辊坯车削辊面疲劳层前，建议先进行消除应力（回火）热处理。另外，对于检验合格的旧辊坯，在堆焊前，还应考虑对无需堆焊修复的其他重要部位（如辊颈、键槽、传动部位等）采取抗氧化保护措施。
辊坯的预热原则上要求在电炉内进行，以降低堆焊过程中堆焊金属及热影响区的冷却速度，降低淬硬倾向并减少焊接应力，防止母材和堆焊金属在堆焊过程中发生相变导致裂纹产生。预热温度的确定需依据母材以及堆焊材料的碳含量和合金含量而定。堆焊过程必须连续施焊，中途不允许停止，如遇意外情况停焊时，当层间温度保温装置不能保证轧辊层间温度时，应尽快进炉按预热温度要求进行保温。
当堆焊层厚度达到20毫米～30毫米时，为避免焊接累积应力增大，导致堆焊辊产生裂纹甚至发生严重开裂事故，必须停焊进行一次中间去应力热处理。去应力的热处理温度要求控制在480摄氏度～530摄氏度，时间则根据堆焊厚度来确定。
冶金辊堆焊结束后，应根据需要进行焊后热处理，以改善焊后组织并消除焊接应力，同时使碳化物在基体上弥散析出，形成二次硬化，进一步提高轧辊堆焊工作层的硬度和耐磨性。冶金辊焊后热处理完成后，要对堆焊辊进行粗加工和半成品检验，包括超声波探伤、硬度检查、外观检查、几何形状及粗加工尺寸检查等。堆焊层的着色探伤（PT）或磁粉探伤（MT）检查在最终机械加工完成后进行。
堆焊复合制造冶金辊类具有方法简单、综合性能优异、技术先进及经济效益显著等特点，国内外都在针对该技术进行大量的研发工作。尽管采用堆焊复合制造技术生产的冶金辊类已达几十种，但对于服役工况更为苛刻、性能要求更高的冶金辊类的堆焊复合制造，依然是冶金行业亟待解决的重大攻关难题，如冷轧锻钢工作辊（宽带钢）、热轧带钢粗轧和精轧工作辊、中厚板轧机工作辊、高速线材轧机预精轧和精轧辊环等的堆焊复合制造和修复。
冶金辊类堆焊复合制造成套技术方案也是国内外同行的研究重点之一，如辊坯焊前诊断方案、焊材性能及稳定性测试、堆焊过程中工艺参数稳定性的保证、辊颈的保护方案、焊后热处理均匀性的保证及焊后成品检查方案等。另外，通过优化堆焊工艺克服冶金辊堆焊时产生的搓板现象，梯度设计冶金轧辊堆焊材料以充分利用合金元素，也会对冶金辊类堆焊复合制造技术产生极大的推动作用。（来源：中国冶金报）
