专利名称：白口铸铁轧辊的表面缺陷修补方法
技术领域：
本发明涉及一种金属零件的表面缺陷修补方法，确切地说，涉及一种用合金粉末对白口铸铁轧辊表面缺陷进行火焰喷焊修补的新工艺，属于用熔融态的金属复层材料进行火焰喷镀的技术领域。
冷硬轧辊按使用部门区分，主要有两大类，一类是冶金用轧辊，如各种常见的轧钢辊，其内部为球墨铸铁，表面为白口铸铁层(8-35毫米)，其使用过程中发生的掉皮问题，已由山东工业大学的同志攻克了<参见《焊接》1989年第10期，第13-17页>。另一类是非冶金用轧辊(如造纸辊、橡胶辊、塑料辊、石棉辊等)，其内部是灰口铸铁，中间为麻口铸铁，表面有6-20毫米的白口铸铁层，此类轧辊对辊面质量要求很高，加工后表面粗糙度应为Ra3.2-Ra1.6，硬度为HS70左右，成品辊上连针眼大小的缺陷都不允许。但是白口铸铁的生产铸造工艺决定了此类轧辊的白口层不可避免地会出现渣眼、气孔等缺陷，如果，此类缺陷发生在加工余量上，对成品质量不会有影响，如果出现在精加工之后，辊身表面上仍残存这种特征为直径小而浅的渣眼、气孔缺陷，又不能很好解决之，就会使整个轧辊报废，经济损失相当可观。一般直径为500毫米的轧辊，经加工后每个售价都在万元以上，有的每个价值为4-5万元。由于加工后仍有渣眼、气孔等缺陷而造成报废的半成品辊约占成品辊的15%左右，有的厂高达30%以上。尤其是实心辊，报废后还很难劈碎回炉，只好丢弃一旁。不仅造成很大的经济损失，还浪费了大量的钢铁材料。生产轧辊的工厂要求解决此种表面缺陷修补工艺的呼声非常强烈。
众所周知，白口铸铁硬度高、脆性大、收缩率也大，可焊性极差，几乎国内外专家都认为白口铸铁是不可焊补的。尤其对这种在轧辊表面上直径约1-5毫米，深度＜4毫米的缺陷，如果采用电弧冷焊修补，因轧辊基体要被熔化，而轧辊直径较大，通常为Φ250-Φ550毫米，修补部位又很小，冷却速度非常快，局部修补会产生很大的热应力，很容易产生裂纹。并且，焊接规范不易控制电流大时，要产生裂纹、咬肉等，电流小时，又会出现焊不透，夹渣等，再者，电弧冷焊的焊补层硬度低，不能达到轧辊的使用要求。采用电钻摩擦焊补的缺陷是只能解决直径小于2毫米的针眼状缺陷，且成活率很低。采用钎焊、粘接等方法，修补层的硬度和结合硬度也都达不到使用要求。总之，非冶金类白口铸铁轧辊表面缺陷至今尚无有效的修补方法。
本发明的目的是提供一种用火焰喷焊合金粉末的白口铸铁轧辊表面缺陷的修补方法。
本发明是这样实现的首先进行喷前处理使用角向磨光机清除缺陷表面污物、锈斑和使用手动冲击钻把缺陷加工成具有一定粗糙度的螺孔，籍此露出新鲜的金属表面;用角向磨光机清除表面缺陷上的污物，去掉棱角、清净残渣时，可从缺陷边缘向外扩宽5-10毫米。用冲击钻加工的螺孔深度一般＜4毫米。
然后不经予热就直接进行喷焊修补先用高枪(喷嘴到轧辊表面距离为40-70毫米)在缺陷表面喷敷一层厚度为0.1毫米的专用合金粉末，然后用低枪(喷嘴到轧辊表面距离为5-20毫米)将该合金粉末焊熔，并不断重复上述喷粉、焊熔的修补操作，做到随喷随熔，使缺陷逐渐填满。此时喷熔的工艺参数为氧气压力是4公斤/厘米2，乙炔压力是0.35公斤/厘米2，合金粉末粒度为200-320目，喷焊枪的火焰是中性略偏向碳化焰，火焰长度为150-200毫米，用靠近焰芯的内焰熔化粉末。这时使用的喷焊工具可以选用上海焊割工具厂生产的SPH-1/h型喷焊枪，所用的喷焊专用镍基合金粉末的组成成分是(重量比)碳(C)0.2-0.6，硼(B)0.5-2.0，硅(Si)2.5-4.0，铁(Fe)5-10，铬(Cr)8-12，镍(Ni)余量;粉末形状为球形，熔点为980-1050℃。
接着，立即用手锤快速轻击焊熔线外侧的受热区域，消除焊接热应力，时间在30-60秒之间。
最后，用角向磨光机把焊补部位的高出轧辊表面部分磨去，使辊面尺寸一致。喷熔焊补是本发明的主要技术特色。它的特点是填补的喷熔材料(合金粉末)熔点低于基体材料的熔点。喷熔时，基体金属基体不被熔化，靠熔化了的合金粉末将基体金属表面润湿、溶解，相互渗透、扩散，形成一层新的合金区(熔合区)将修补层与基体牢固地结合在一起，因此，以喷熔法为特色的本发明控制了基体的熔化，不存在修补层金属被稀释的问题，能够保证修补层所具有的组织与性能，如保持原来的硬度和具有一定的塑性、韧性。此外，喷熔法本来就比电弧焊对基体的热输入量少，基体受热影响小，有利于减少热应力，从而可以有效地控制热应力裂纹。本发明在喷熔操作前又取消了传统喷熔工艺中的基体预热工序，使热应力的产生尽量减少到最低限度，再加上修补后的及时锤击，消除热应力，可以有效保证本发明操作工艺不会产生裂纹或龟裂现象。
本发明使用的填补材料(即合金粉末)是保证修补层使用性能的重要因素。这种填补材料既要工艺性优良，能与基体在尽可能短的霎时间内达到牢固结合，不脱落，又要具有相当的硬度，以与白口铸铁的硬度(HS65-75)相匹配，保证使用过程中有较高的耐磨性，还要具有一定的塑性变形能力和较小的收缩系数，以便在其冷却过程中能松驰应力和减小收缩量，从而减小热应力。经过多次调整工艺和上千次的修补试验，现有的镍基或铁基合金粉末的综合性能都达不到上述使用要求，发明人就自行配制了本发明专用的镍基合金粉末，经实施试验和现场应用，其工艺性、抗裂性和使用性能都获得了比较满意的效果。经测试，该填补材料可以满足不同硬度(HS65-75)要求的白口铸铁表面缺陷的修补，其硬度值为HS70±5，可与白口铸铁轧辊硬度相匹配。其与基体的结合强度与焊接结合强度相当，金相分析表明，结合工艺性良好，熔点(980-1050℃)也较低，粉末形状为球形，粉末颗粒粒度为200-320目。
总之，本发明的缺陷制备方法独特而妥当，操作工艺方法简单易行，修复速度快，配以专用的合金粉末，基体受热影响小，不产生裂纹，又保证了结合强度和使用硬度，修复成本低，经济效益高，是修补非冶金类白口铸铁轧辊表面缺陷比较理想的新工艺。
图1是本发明修补的白口铸铁轧辊表面缺陷的示意图。
图中，1是轧辊，2是轧辊表面的气孔、渣眼等缺陷，它大多出现在轧辊的精车加工之后、磨加工之前的工序中，其直径在Φ1-6毫米之间，深度为1-4毫米。经本发明工艺修补后可正常发挥其在生产线中的作用。
本发明已经试验实施，仅为天津磨床总厂轧辊分厂修复的带有此类表面缺陷的轧辊就有200余棵，经过本发明焊补的轧辊，修补表面的色泽与母材一致，用肉眼难以区分，其粘接牢固紧密，硬度高，经用户的多年使用，没有一个反映轧辊质量有问题的。为工厂挽回经济损失近百万元，而且，保证了轧辊工厂的生产进度，减少了材料、能源、工时等消耗。如果能在更大范围内推广应用本发明成果修复非冶金轧辊，只需化费一棵轧辊价值的千分之几费用来修补其表面缺陷，就能使轧辊化废为宝，其经济效益和社会效益将会更加显著。
权利要求
1.一种白口铸铁轧辊的表面缺陷修补方法，是采用火焰喷焊合金粉末工艺完成的，其特征在于首先进行喷前处理使用角向磨光机清除缺陷表面污物和使用手动冲击钻把缺陷加工成具有一定粗糙度的螺孔，籍此露出新鲜的金属表面；然后不经予热就直接进行喷焊修补先用高枪(喷嘴到轧辊表面距离为40-70毫米)在缺陷表面喷敷一层厚度为0.1毫米的专用合金粉末，然后用低枪(喷嘴到轧辊表面距离为5-20毫米)将该合金粉末焊熔，并不断重复上述喷粉、焊熔的修补操作，做到随喷随熔，使缺陷逐渐填满；此时，喷熔的工艺参数为氧气压力是4公斤/厘米2，乙炔压力是0.35公斤力/厘米2，合金粉末粒度为200-320目；喷焊枪的火焰是中性略偏向碳化焰，火焰长度为150-200毫米，用靠近焰芯的内焰熔化粉末；接着，立即用手锤快速轻击焊熔线外侧的受热区域，以消除热应力；最后，用角向磨光机把焊补部位的高出轧辊表面部分磨去，使辊面尺寸一致。
2.如权利要求1所述的白口铸铁轧辊表面缺陷的修补方法，其特征在于用角向磨光机清除缺陷表面污物时，可从缺陷边缘向外扩磨5-10毫米。
3.如权利要求1所述白口铸铁轧辊表面缺陷的修补方法，其特征在于喷熔焊补的工具可以选用上海焊割工具厂生产的SPH-1-h型喷焊枪。
4.如权利要求1所述的白口铸铁轧辊表面缺陷的修补方法，其特征在于喷焊所用的专用镍基合金粉末，其组成成分为(重量比)碳(C)0.2-0.6，硼(B)0.5-2.0，硅(Si)2.5-4.0，qrw(Fe)5-10，铬(Cr)8-12，镍(Ni)余量，粉末颗粒形状为球形，熔点为980-1050℃。
全文摘要
一种白口铸铁轧辊表面缺陷的修补方法，是用火焰喷焊专用镍基合金粉末工艺完成的。它采用手动机械清除缺陷表面污物和粗化修补表面，喷前不预热，轮流使用高枪喷粉和低枪喷熔工序，将合金粉末逐层喷敷在缺陷表面，直至填平缺陷，并立即锤击熔合线外侧受热影响区域，以消除热应力，再磨去焊补多余部分。以喷熔法为特色的本发明能保证基体受热影响小，不会产生裂纹，修补层具有很好的硬度、塑性和结合强度，是深受工厂欢迎的喷焊新工艺。
文档编号B23P6/00GK1089895SQ9310034
公开日1994年7月27日 申请日期1993年1月19日 优先权日1993年1月19日
发明者王瑞坤, 康连发 申请人:中国人民解放军运输工程学院