2.1 轧辊堆焊材料选择

轧辊种类繁多，其使用状态、工作要求均不同，所以应使用不同的材料进行堆焊，才能满足不同的使用要求。但要求堆焊后的效果是一致的，即较高的强度、良好的耐磨性能，较好的抗剥落性能和适中的表面硬度。就目前轧辊堆焊来说.堆焊材料的选取一般分为两大类，一类为修复废旧轧辊的堆焊材料，即单纯为了恢复和修理轧辊，使之达到原始尺寸；另一类为耐磨堆焊材料.即在堆焊工作中，主要考虑使轧辊表面获得较高的硬度，有足够的耐高温、耐磨损、耐冷热疲劳等性能的堆焊金属，同时也起到了恢复轧辊尺寸的作用。

2.1.1 基体材料的选择

轧辊堆焊就是在具有一定强度和韧性的廉价的辊芯材料上堆焊一层硬的、耐磨的、耐疲劳的金属材料，从而形成一种新型的复合轧辊。辊芯材料的选取原则主要是为了最大程度地承受扭转和弯曲应力，减少断辊事故的发生。根据工艺水平和制造成本，选用堆焊母材采用Q235钢，属低碳钢，其化学成分、机械性能对比见表2-1。轧辊直径D为φ279mm-φ465mm，长度为810mm，形状见图2-1。

图2-1   热轧辊形状（材料Q235钢）

表2-1   Q235钢化学成分、机械性能对比

2.1.2 焊丝材料的选用

焊丝是直接影响堆焊金属的化学成分、组织和性能的一个最主要的因素。我组轧辊堆焊的主要目的就是提高轧辊的耐磨性，即提高轧辊的耐磨、耐热疲劳、耐高温冲击性能，并修复轧辊尺寸。再考虑到基体材料的焊接性，应选用与基体具有相近的膨胀系数的焊接材料，以减少堆焊难度和避免焊接缺陷的产生。

焊丝因加Cr、Mo、W、Si等元素，使其性能大大提高。W、Mo、V在合金中能形成稳定的碳化物并能降低碳在合金中的扩散速度，使碳化物在高温下易分解和集聚，因此合金在高温时仍能保持较高的硬度和耐磨性。Cr的主导作用在于强烈提高淬透性和高温抗氧化能力。保持中碳的含量，一方面保证钢具有一定的韧性，另一方面能承受一定的冲击载荷．因而3Cr2W8V、3Cr13都是良好的轧辊堆焊材料。采用药芯焊丝技术，又使其性能有一定的提高。焊丝使用前，应仔细除油．除锈，防止堆焊过程中气孔的产生，必要时，应用丙酮清洗。

根据这些原则，我选用了3Cr2W8V实芯焊丝作为堆焊材料进行试验，焊丝直径d为φ3.2mm，其化学成分见表2-2。

表2-2   3Cr2W8V焊丝的化学成分

选择焊丝除了考虑具有合适的化学成分外.焊丝还必须满足以下要求:

1) 焊丝直径在整个长度方向上允许偏差须符合表2-3的要求；

表2-3 焊丝直径允许偏差     

注:焊丝的椭圆度不准超过直径公差的0.75倍。

2)焊丝中C, S, P的含量应符合标准；

3)焊丝表面无氧化物、油污等；

4)焊丝应呈卷装，没有角度弯曲。

2.1.3 焊剂材料的选用

焊剂在堆焊过程中能起到双重作用，它能使熔融金属的熔池与空气隔开，并使熔融的熔剂与液态的熔融金属在电弧热的作用下起化学反应，向焊缝层过渡金属元素。焊剂的选择主要考虑以下几方面要求:

1) 焊剂应能保证堆焊层的正常成型；

2) 焊剂应能促进堆焊层得到所需要的化学成份、内部组织及机械性能；

3) 焊剂的烧损应该最小；

4) 焊剂应能保证堆焊层金属不产生气泡；

5) 焊剂应能提高电弧燃烧的稳定性；

6) 焊剂凝结后所生成的熔渣，应容易从堆焊层金属的表面脱落；

7) 焊剂在熔化时，不应发出对人体有害的气体:

8) 焊剂应具有小的吸湿性，即吸收潮气的能力应该小；

9) 焊剂的颗粒应当结实，以便在运输中保持原有颗粒大小。

埋弧堆焊所用的焊剂按制造方法分为熔炼焊剂和非熔炼焊剂（烧结焊剂）两大类。

熔炼焊剂是将各种矿物性原料按配方比例混合配成炉料，然后在电炉内加热到1300℃以上熔炼成流动性很好的红色熔渣，然后出炉经过水冷粒化、烘干、筛选而制成的焊剂。熔炼焊剂采用的原料主要有锰矿、硅矿、铝矾土、镁砂、萤石、生石灰、钛铁矿等矿物性原料，另外还加入冰晶石、硼砂等化工产品。由于熔炼焊剂制造中要经高温熔化原料，所以焊剂中不能加碳酸盐、脱氧剂和合金剂，制造高碱度焊剂也很困难。而且，熔炼焊剂经熔炼后不可能保持原料的原组分不变，所以，熔炼焊剂实质上是各种化合物的组合体。

熔炼焊剂多用于自动埋弧焊接低碳钢、低合金钢。配用合金钢焊丝，也可用于低合金钢、高合金钢埋弧自动焊接或堆焊。熔炼焊剂在埋弧焊接或堆焊过程中对熔化金属只有保护作用，几乎没有过渡合金的作用。

根据以上要求，选取熔炼焊剂HJ-260。HJ-260焊剂价格便宜，性价比高，是一种低锰高硅型自动焊剂，呈灰色玻璃状颗粒，粒度为0.26-2mm（10-60目）。采用直流电源，焊丝接正极。其主要优点是:电弧燃烧稳定，容易脱渣，堆焊焊缝形成好。但堆焊前，焊剂须在300℃左右恒温干燥箱中烘焙1-2h，其化学成分见表2-4。因焊剂有一定的吸水性，使用前必须对焊剂进行烘焙。

表2-4 HJ-260焊剂化学成分