大型轧辊表面强化及修复方法和装备

技术领域

本发明属于轧辊表面强化技术领域，尤其涉及大型轧辊表面强化及修复方法和装备。

背景技术

轧辊作为冶金行业的重要设备，长期在磨损、冲击、高温等极端工况下服役，导致表面极易产生裂纹、磨损、凹坑等缺陷，无法对矿石进行有效粉碎而失效；轧辊表面强化是减缓其发生表面损伤的重要措施，通过表面强化，使轧辊能够在恶劣工况服役更长时间，此外产生表面缺陷的轧辊通过修复也能够恢复其性能，实现轧辊的延寿服役。

传统的轧辊表面强化技术包括表面熔覆、渗碳、渗氮以及激光淬火等技术，它们都有各自的特点，比如表面熔覆需要采用外加热源将强化层熔覆到轧辊表面，熔覆的单层厚度有限，且熔覆会在轧辊表面发生冶金反应，稀释强化元素，降低强化效果；渗碳和渗氮需要长时间的保温，对轧辊的表面基体晶粒粗化有较大的影响导致结构力学性能发生恶化，激光淬火的淬火层很小，单脉冲淬火的区域小、对于大尺寸的激光轧辊而言，效率低。

轧辊表面强化层在服役过程中若发生局部的损坏，可以不整体替换而只进行局部焊接修复，但是现有的焊接修复流程通常是先采用大吨位吊床将轧辊吊装在车床上进行焊接修复前的车削加工，以获得光滑、干净的待修复焊接表面；随后再用大吨位吊床将轧辊卸下，置于专用变位机上，采用焊接方法进行焊接增材修复；修复完成后再次吊装到车床进行车削加工，最终才完成了焊接修复的整个流程。

传统的轧辊表面强化技术存在效率低、强化效果不明显、强化层较薄以及成本昂贵等问题，因此，亟需一种大型轧辊表面强化及修复方法和装备来解决。

发明内容

本发明的目的是提供大型轧辊表面强化及修复方法和装备，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

大型轧辊表面强化方法，包括如下步骤：

在轧辊外固接表面强化板；

所述表面强化板固接在所述轧辊外表面的方法包括如下步骤：

在所述轧辊表面加工若干定位连接孔，并攻螺纹；

准备表面强化板，所述表面强化板匹配所述轧辊表面尺寸；

在所述表面强化板表面加工若干连接孔；

将所述表面强化板预卷成圆筒；

将所述轧辊与所述表面强化板固接。

优选的，所述表面强化板预卷成圆筒的方法包括如下步骤：

在所述表面强化板的尾端开设插槽；

将所述表面强化板的板身卷成筒形；

将所述表面强化板的前端插入所述插槽内。

优选的，所述轧辊与所述表面强化板安装的方法包括如下步骤：

将筒形的所述表面强化板通过热装工艺与所述轧辊安装，使若干所述连接孔与若干所述定位连接孔一一对应；

采样沉头螺钉将所述表面强化板和所述轧辊固接。

优选的，卷板过程中，使用火焰喷枪对所述表面强化板前端进行加热，同时检测所述表面强化板温度不超过所述表面强化板的退火温度。

优选的，若干所述沉头螺钉的布局位置沿所述轧辊的母线布局，若干所述沉头螺钉与所述表面强化板连接处采用焊接封装。

优选的，所述轧辊和所述表面强化板的两端分别通过嵌入式码钉固定，并对码钉的嵌入位置焊接。

大型轧辊表面修复方法，包括如下步骤：

本方法用于上述的大型轧辊表面强化方法中的所述表面强化板表面产生的缺陷的修复；

当所述表面强化板表面的缺陷可修复时，针对缺陷通过焊接、车削的方式进行修复；

当所述表面强化板表面的缺陷不可修复时，将所述轧辊和所述表面强化板分离，更换新的所述表面强化板。

优选的，所述轧辊与所述表面强化板拆除的方法包括如下步骤：

使用钻床将所述轧辊与所述表面强化板焊接处钻除，取出若干所述沉头螺钉，随后将码钉中部切断，将所述表面强化板由所述轧辊上取下。

一种大型轧辊表面修复装备，本装置用于上述的大型轧辊表面修复方法中的所述表面强化板的修复；

包括车床，所述车床上转动连接有车床爪盘，所述车床爪盘用于夹持所述轧辊的一端；

所述车床爪盘同轴固接有电机的输出轴，所述电机电性连接有变频器，所述变频器用于调节所述车床爪盘转速；

所述变频器电性连接有控制器；

所述车床底部水平滑动设置有转换机构，所述转换机构传动连接有工具夹持头，所述工具夹持头上分别安装有焊枪和车刀；

所述转换机构用于驱动所述工具夹持头切换焊枪和车刀；

所述转换机构与所述控制器电性连接；

所述焊枪上设有检测电弧长度的电弧传感器，所述电弧传感器与所述控制器电性连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

使用本方法在轧辊的外表面套设并固接表面强化板，使得轧辊在粉碎矿石时，实际是表面强化板参与到矿石粉碎的过程中，对轧辊起到保护作用，矿石粉碎过程中会对表面强化板的外表面造成损伤，针对表面强化板的损伤进行修复，即可继续使用，而当表面强化板无法再修复时，通过更换新的表面强化板，使得轧辊仍然能够继续使用。本发明能够解决传统的轧辊表面强化技术效率低、强化效果不明显、强化层较薄以及成本昂贵等问题，为大吨位的轧辊提供了一种低成本、高效率的强化及修复方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明轧辊和驱动轮结构示意图；

图2为本发明表面强化板结构示意图；

图3为本发明表面强化板包裹在轧辊外侧示意图；

图4为本发明大型轧辊表面强化及修复装备结构示意图；

其中，1、轧辊；2、驱动轮；3、表面强化板；31、连接孔；4、控制器；5、变频器；6、车床爪盘；7、转换机构；8、工具夹持头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1至图4，本发明公开了大型轧辊表面强化方法，包括如下步骤：

在轧辊1外固接表面强化板3。

大型轧辊表面修复方法，包括如下步骤：

本方法用于上述的大型轧辊表面强化方法中的表面强化板3表面产生的缺陷的修复；

当表面强化板3表面的缺陷可修复时，针对缺陷通过焊接、车削的方式进行修复；

当表面强化板3表面的缺陷不可修复时，将轧辊1和表面强化板3分离，更换新的表面强化板3。

使用本方法在轧辊1的外表面套设并固接表面强化板3，使得轧辊1在粉碎矿石时，实际是表面强化板3参与到矿石粉碎的过程中，对轧辊1起到保护作用，矿石粉碎过程中会对表面强化板3的外表面造成损伤，针对表面强化板3的损伤进行修复，即可继续使用，而当表面强化板3无法再修复时，通过更换新的表面强化板3，使得轧辊1仍然能够继续使用。本发明能够解决传统的轧辊表面强化技术效率低、强化效果不明显、强化层较薄以及成本昂贵等问题，为大吨位的轧辊提供了一种低成本、高效率的强化及修复方法。

进一步优化方案，表面强化板3固接在轧辊1外表面的方法包括如下步骤：

在轧辊1表面加工若干定位连接孔，并攻螺纹；

准备表面强化板3，表面强化板3匹配轧辊1表面尺寸；

在表面强化板3表面加工若干连接孔31；

将表面强化板3预卷成圆筒；

将轧辊1与表面强化板3固接。

进一步优化方案，表面强化板3预卷成圆筒的方法包括如下步骤：

在表面强化板3的尾端开设插槽；

将表面强化板3的板身卷成筒形；

将表面强化板3的前端插入插槽内。

进一步优化方案，轧辊1与表面强化板3安装的方法包括如下步骤：

将筒形的表面强化板3通过热装工艺与轧辊1安装，使若干连接孔31与若干定位连接孔一一对应；

采样沉头螺钉将表面强化板3和轧辊1固接。

将表面强化板3按照轧辊的尺寸预卷成筒形零件，并在对接位置预留插入式接口，表面强化板3的首尾连接，防止对接部位出现波浪形变形导致的表面强化板3失圆。采用焊接的方法对表面强化板3的首尾拼接处进行连接。

将卷成后的筒形的表面强化板3装夹到基辊中，采用的是热装工艺，也就是将加热后的筒形表面强化板3热装到轧辊1中，并将筒形表面强化板3的若干连接孔31和若干定位连接孔一一对应，采用沉头螺钉将表面强化板3和轧辊1连接在一起。

进一步优化方案，卷板过程中，使用火焰喷枪对表面强化板3前端进行加热，同时检测表面强化板3温度不超过表面强化板3的退火温度。

为了增加表面强化板3与轧辊1的贴合程度，卷板过程中采用火焰喷枪对表面强化板3前端进行加热，加热过程中实时检测表面强化板3的温度，控制加热温度低于表面强化板3的退火温度。

进一步优化方案，若干沉头螺钉的布局位置沿轧辊1的母线布局，若干沉头螺钉与表面强化板3连接处采用焊接封装。

沉头螺钉的布局位置沿着轧辊的母线布局，方便后续替换表面强化层。

进一步的，定位连接孔的数量与轧辊1圆柱面的表面积相关，推荐数量为沿轧辊1长度方向，每间隔100mm沿周向分布一圈定位连接孔、位置沿周向分布6个。

进一步优化方案，轧辊1和表面强化板3的两端分别通过嵌入式码钉固定，并对码钉的嵌入位置焊接。

此外，沉头螺钉与表面强化板3的连接处同样采用焊接的方法进行封接，确保二者能够完全连接；为了保证表面强化板3和轧辊1二者良好贴合，在表面强化板3和轧辊1的两端采用嵌入式码钉将二者固定，并分别对嵌入二者的部位进行焊接，确保表面强化板3和轧辊1贴合。

进一步优化方案，轧辊1与表面强化板3拆除的方法包括如下步骤：

使用钻床将轧辊1与表面强化板3焊接处钻除，取出若干沉头螺钉，随后将码钉中部切断，将表面强化板3由轧辊1上取下。

一种大型轧辊表面修复装备，本装置用于上述的大型轧辊表面修复方法的表面强化板3的修复；

包括车床，车床上转动连接有车床爪盘6，车床爪盘6用于夹持轧辊1的一端；

车床爪盘6同轴固接有电机的输出轴，电机电性连接有变频器5，变频器5用于调节车床爪盘6转速；

变频器5电性连接有控制器4；

车床底部水平滑动设置有转换机构7，转换机构7传动连接有工具夹持头8，工具夹持头8上分别安装有焊枪和车刀；

转换机构7用于驱动工具夹持头8切换焊枪和车刀；

转换机构7与控制器4电性连接；

焊枪上设有检测电弧长度的电弧传感器，电弧传感器与控制器4电性连接。

通过对现有的车床进行改装，进而便于对表面强化板3的表面缺陷进行修复。

改装的车床主要包括以下结构：控制器4、变频器5、车床爪盘6、转换机构7和工具夹持头8。

变频器5用于对车床爪盘6的转速进行调节，以适应焊接的需求，车床爪盘6用于将待修复的轧辊1固定在车床上，工具夹持头8用于夹持焊枪和车刀，转换机构7用于切换焊枪和车刀，控制器4用于控制变频器5以及控制转换机构7以适应车削加工和焊接加工。

在缺陷的焊接修复过程中，由于缺陷的不均匀性，导致缺陷填充所需要的金属的量不同，在缺陷的中间位置，所需的填充金属多而在端部位置所需要的填充金属少。

为了满足不同缺陷对焊接速度的需求，控制器4电线连接有电弧传感器，电弧传感器设置在焊枪处；电弧传感器检测焊接电弧的弧长变化来反应焊接缺陷的深度。

通过电弧传感器反馈的被填充缺陷尺寸信号，经过控制器4处理后输出数字信号给变频器5，若反馈的信号是电弧长度增大，则说明缺陷深度增加，需要更多的填充金属来修复缺陷，变频器5减小车床爪盘6的旋转速度，实现缺陷的完整焊接填充；若反馈的信号是电弧长度减小，则说明缺陷深度减小，需要更少的填充金属来填充缺陷，变频器5加快车床爪盘6的旋转速度，实现缺陷表面的少凸起修复。

需要修复表面强化板3时，将表面有缺陷的带有表面强化板3的轧辊1采用吊床安装到改装后的车床上进行缺陷位置切削加工和修复即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。