【技术前沿】达涅利BGS预精轧机辊轴激光再制造工艺实践

0   引   言

钢铁冶金行业是国家的基础行业，同时属于国家的重工业，且其设备繁杂、种类多、吨位重。由于摩擦、磨损等各种原因的存在，要维持设备的正常运转，每年要消耗大量的备品备件。据统计，2003年济南钢铁股份公司达到年产量334万t钢的规模，而公司每年用于设备修理的备品备件制造费用就高达1.2亿元，备品备件修旧利废数量达150t以上，创经济效益2000万元左右。因此，减少备品备件的消耗和对已使用设备的再制造修复对降低生产成本，提高企业的经济效益具有积极的促进作用，且降低成本的空间很大。其中激光再制造技术对做好备品备件的修理、修复工作，对企业节能降耗具有非常重要的现实意义。

轧机辊轴是高线设备的关键零部件，也是轧机极易磨损的重要部件。该部件的磨损会导致高线设备的全面停产。同时该部件为国外进口的，不仅采购费用昂贵，程序复杂，而且订购周期长，备品备件的储备量大，而且储备的周期也比较长，浪费了大量的外汇储备和占用了大笔的资金。经常磨损是该类轧机设备的通病。因此，采用合理的修复工艺来修复此类辊轴，提高其使用寿命，提高设备的运转效率，降低设备维修费用，成为科技工作者和生产技术人员迫切需要解决的一个问题。本工作主要介绍了采用激光再制造技术解决南京钢铁联合有限公司高速线材厂（以下简称“南钢高线厂”）进口达涅利BGS预精轧机辊轴的修复实践经验，以期扩大该类技术的应用范围。

1   修复再制造工艺探讨

辊轴磨损后，目前大多采用电镀、喷涂、电刷镀等传统工艺来进行尺寸恢复。但该类修复工艺只适合小尺寸的磨损和低速轻载的情况。对于高速和磨损量比较大的情况并不适用。而且结合力差、涂（镀）层薄，使后续的机加工也无法进行。一旦出现凹坑、深的划痕，加之该轴本身精密程度比较高，常常导致工厂采取直接报废的办法进行处理此类零件，造成大量的浪费。

激光熔敷再制造技术由于其独特的高能束、无损伤、绿色环保和求原修复等技术特征迅速在航空航天等领域得到应用，随着激光设备价格的下降和应用范围的不断深入扩展，激光熔敷再制造技术在冶金行业中也得到了广泛的应用。同以往的修复工艺技术相比，再制造技术是一种全新概念的先进修复技术，它集先进高能束（激光束、电子束、等离子束等）技术、先进数控和计算机技术、CAD/CAM技术、先进材料技术、光电检测控制技术为一体，不仅能使损坏的零件恢复原有或近形尺寸，而且性能达到或超过原基材水平。激光熔敷再制造技术集先进的激光熔覆加工工艺技术、激光熔覆材料技术和其他多种技术于一体，不仅可以使损伤的零部件恢复外形尺寸，还可以使其使用性能达到甚至超过新品的水平，是重大工程装备修复新的发展方向。其在冶金行业的广泛应用体现在，如工业和信息化部印发2011年第一批行业标准制修订计划（工信厅科［2011］75号），批准激光再制造八项标准立项。这八项标准为：《激光修复轧机扁头套 技术条件》、《激光再制造高炉煤气余压透平发电装置动叶片 技术条件》、《激光再制造高炉煤气余压透平发电装置静叶片 技术条件》、《激光再制造螺杆压缩机 技术条件》、《激光再制造烟气轮机 技术条件》、《激光再制造烟气轮机叶片 技术条件》、《激光再制造轴流风机 技术条件》、《在线激光修复轧机牌坊 技术规范》。

这些标准突出了激光再制造的技术要求和条件，对于提升再制造质量和技术水平，推动激光再制造技术的推广应用将产生积极影响，尤其是近年来激光再制造技术在冶金轧辊、热连轧机等关键部件和汽轮机等动力设备再制造上得到日益广泛应用，标准的制订将大力推进激光再制造产业化步伐。

2   辊轴损伤情况及激光再制造工艺实践

南钢高线厂于1992年11月建成投产，全套技术和关键设备从意大利达涅利公司引进，其中预精轧机为达涅利机型，4架次、90 ℃平-立交替悬臂式轧机，1台700 kW直流电机传动 ，转速为800~1400 r/min。

经过20多年的摸索使用，南钢高线厂在预精轧机使用维护上积累了大量的宝贵经验，维护技术和能力已处于国内同行业领先水平。

辊轴采用20CrNi2MoA材质，锥面锥度为1:10，锥面表面渗氮处理，有效深度0.85 mm，硬度HRC58-60。在实际生产过程中，锥套反复拆装、辊轴与锥套少许相对运动及冷却水电化学腐蚀，造成辊轴锥面磨损，长期以来，辊轴锥面磨损过快一直是困扰预精轧机的难题，通常在水平辊箱，辊轴使用1个月左右，辊轴锥面磨损达0.4 mm，在立式辊箱，辊轴使用3个月左右，辊轴锥面磨损0.35～0.40 mm。如图1为采用激光熔敷再制造技术进行加工时的（a）工作状态图，（b）激光熔敷再制造后的加工区域图和得到的金相组织图。可以看到加工后的表面纹路清晰，得到的金相致密，无气孔和裂纹等缺陷，热影响区的宽度比较大，但符合该材料的使用规范。

采用新工艺锥面修复后，在水平机架，辊轴使用3个月左右，锥面磨损0.25～0.30 mm,在立式机架，辊轴使用6个月左右，锥面磨损0.30～0.35 mm。

3   经济效益分析

迄今为止，经过近一年多的工艺摸索试验和一年多的在线运行考核，修复方案和工艺已经基本定型并将在工程实践中随着认识的不断深入和工艺水平的不断提高，逐步把激光再制造技术应用到其他辊轴、耐磨板、定径仪等精密、耐磨、耐腐蚀的备品备件的新品强化制造与旧件的再制造当中。激光加工最大的成本在于设备的一次性投资比较昂贵，一旦设备投入之后，在不考虑设备投入成本的前提下，运行成本比较低。由于钢铁冶金设备中的轧辊、轴类零件、叶片以及齿轮等都是高附加值的零件，激光加工的费用均在原值的50%以下。而且激光加工的周期短，可以大大节约维修的时间，从而保证了及时生产，并且性能如同新件。

该辊轴新品价格每根在6～10万元，以前的处理办法：要么更新，要么修复数次，而且效果欠佳，同时修复费用也不低。此次的修复再制造实践中，采用激光再制造修复的辊轴费用不到新品的50%，但其寿命同样可以达到新品的服役期限，而且理论上修复次数可以多次修复再制造。目前车间共有辊轴在线12台，离线4台，每年可以节约备品备件的价值在70万元左右。如果考虑由此带来的间接经济效益，其效益则更为显著。

来源：

肖国龙（南京钢铁联合有限公司高速线材厂机动科，江苏 南京）

张    敏  陈长军  严    凯（苏州大学机电工程学院激光加工中心，江苏 苏州）

张    超（张家港福克斯激光科技有限公司，江苏 张家港）

王晓南（苏州大学沙钢钢铁学院，江苏 苏州）

点击下方“阅读原文”查看更多关于再制造【技术前沿】信息！

↓↓↓

谢谢关注

表面工程与再制造微信公众平台由中国再制造信息网、中国机械工程学会表面工程分会、武汉材料保护研究所主办，在微信中查找公众号：zgzzzxxw，点击关注！或长按下方二维码也可以快速关注！