Способ ремонта прокатных валков Советский патент 1990 года по МПК B23P6/00 

Изобретение относится к ремонту сваркой и может быть использовано при ремонте прокатных валков станов горячей и холодной прокатки.

Цель изобретения - повышение срока службы валка за счет ликвидации трещин и отслоений в наплавляемом металле и в зоне сплавления.

На фиг. 1 представлена схема распределения напряжений по глубине опорного валка; на фиг. 2 - рабочий и опорный валки в контакте; на фиг.З - график изменения значений sin 2с,и Тд от угла ск , где CQ - касательное напряжение; на фиг. 4 - кольцевая проточка, сечение.

Результаты анализа разрушений валков показывает, что очаг зарождения усталостной трещины на опорных валках лежит, обычно, в области действия максимальных касательных напряжений С&макс). Схема распределения напряжений по глубине опорного валка представлена на фиг. 1. Максимальные касательные напряжения направлены под углом 45 к оси действия нагрузки (Гп ) и наибольшие свои значения достигают на глубине 0,78В, где В - половина ширины полосы контакта рабочего и опорного валков (фиг. 2) и опргдопя- ется по формуле

СП

ю ч

С5 00

B 1-128 feih4,

R,+Ra

где Р - давление на вачок,

длина валка, м;

к 1

С О О 1 П

ственно радиусы опорного н . валков, м; J - постоянная, x.ip.v ip

зующая упругие свойства материала опорного и рабочего валков

.irfiUifii.

t Е, Ег

|Mt; lUqi- соответственно коэффициенты Пуассона опорного и рабочего валков, МН/м2;

Е,,ЕЈ - соответственно модули .упругости валков, МН/м2. Таким образом, при наплавке в кольцевую проточку необходимо выбрат угол наклона проточки таким образом, чтобы максимальные касательные напряжения не действовали вдоль зоны сплавления. Это можно достичь либо путем увеличения угла разделки более 45°, что является нецелесообразным из-за лишнего съема металла, который затем необходимо будет наплавлять, либо уменьшением угла разделки менее 45 , Известно, что наибольшие касательные напряжения под углом 45° к оси действия нагрузки равны половине нормального напряжения

макс

1/2(7

z

а касательная напряжения под произвольным углом равна

/ca i/2Gz-sin 2ot

Исходя из вышеуказанного, на фиг.З приведен график изменения значения sin 2еЈ и ta от углас,, Как видно из, приведенного графика, касательные на

пряжения значительно снижаются при gi- менее 20 и при об равном 15 они равны половине максимальных касательных напряжений. Однако при об менее 30° и большой глубине проточки при наплавке возникают технологические трудности. Образуются подрезы и неметаллические включения (зашлаковки)- которые являются концентратами напряжений и могут привести к преждевременному выходу валка из строя. Как известно, максимальные касательные напряжения действуют под углом 45 к оси действия нагрузки и наибольшие свои значения достигают на глубине 0,78 В (фиг. 1), где величина В определяется по формуле, приведенной выше, и обычно не превышает 5 - 9 мм. Таким образом, именно на глубине 0,,9 - 7,02 мм, где действуют максимальные касательные напряжения, необходимо угол наклона проточки сделать как можно меньше, в предлагаемом случае 13 - 15°. Уменьшение угла в

0

5

этой зоне не приводит к технологическим трудностям при наплавке, так как эта зона невелика и ее можно запла- тить за 1-2 прохода. А в зонах, расположенных выше и ниже по глубине от места действия максимальных касательных напряжений, угол наклона боковой стенки проточки можно увеличить до 30 - 35°

0

5

O

5

0

5

, так как значения максимальных касательных напряжений здесь невелики и, кроме того, при таком значении угла улучшаются технологические возможности наплавки, а свыше 35 нецелесообразно из-за повышения действия касательных напряжений.

Таким образом, оптимальным углом наклона боковой стенки кольцевой проточки к перпендикуляру бочки валка является переменный угол по глубине проточки и изменяется в направлении от поверхности бочки валка по зависимостям (фиг. 4): на глубине до 0,5 В - 30 - 35°; (0,5 - 1,0) В - 13 - 15°; свыше 1,0 В - 30 - 35°, где В - половина ширины контакта рабочего и опорного валков.

Ниже приведены конкретные примеры способа восстановления прокатных валков.

Пример 1. Более 50% опорных валков на стане 2000 HJHIK выходят из строя вследствие выкрашивания, не выработав и 30% своего активного слоя. Диаметр опорных валков 1600 мм, материал 9ХФ, вес одного валка 41 т. Валки, вышедшие из строя, подвергали механической обработке - производили местную кольцевую проточку с углом наклона, изменяющимся по глубине по . рекомендуемым зависимостям, для чего определяем критерий В для валков, работающих в клети.

Для них ,4-107 Н/м; R,0,8 м; ,4 м; (U, ,27; ,1 10И Н/м2;

,15 -10 Н/м2; В-1.128-Л.

R,+R2

,,,)ч|,7,,,

Таким образом на глубине (0,5-1,0)В 3,8-7,7 мм, угол наклона проточки составил 13-15 , а на остальных участках 30 - 35°. Кроме того, угол на

клона изменяли больше и меньше указанных значений (табл. 1).

i ,

Глубину проточки и радиус закругления определяли по рекомендуемым формулам Затем ироиччодн.ш предвари5154

тельный подогрев до 400 - 450е С и осу- щагствляли наплавку по проточке проволокой СВ 10x5 М под флюсом АН-20С. Диаметр проволоки 5 мм. Режим наплав

ки А, напряжение на дуге 35В, скорость наплавки - 36 м/ч. После наплавки производили отпуск: нагрев до температуры 500±20°С, выдержка 4 ч и замедленное охлаждение со скоростью 30 С в час (в термостатической яме). В дальнейшем производилась механическая обработка.

В табл„ 1 представлены результаты эксплуатационных данных.

Как видно из табл. 1, приоре30 происходит разрушение наплавленного слоя по боковой стенке из-за наличия в нем непроваров и зашлаковок, а при - разрушение из-за действия касательных напряжений. При этом очаги разрушений не зарождаются в наиболее опасной для этого зоне - (0,5 1,0)В, где oi, не меняется и равен 14 . При неизменном-же , но при ci,13 , происходит разрушение в зоне (0,5 - 1,0)В из несплавлений, а при оЈ( 15 - разрушение в указанной зоне из-за действия с- аксII р и м е р 2. Па опорном валке диаметром 1600 мм произвели кольцевую проточку с углом наклона в зоне (0,5 1,0)В -о1(14 , и с oiЈ в остальных участках . Глубину проточки и радиус закругления определяли по рекомендуемым формулам в зависимости от глубины выкрошки ( мм); 11 39,2 мм; ,9 мм. Производят наплавку, термо- и механическую обработки согласно примеру 1. Производят наплавку, по способу-прототипу другой валок - с углом наклона 35° с дальнейшей термо- и механической обработками бочки валка, по примеру 1. Валки поставили в работу, условия эксплуатации одинаковые, клеть № 8 - низ.

В табл. 2 представлены результаты промышленных испытаний при различных кольцевых проточках.

Как видно из табл. 2, стойкость валка, восстановленного по предлагаемому способу, возросла в 1,2 раза по сравнению с прототипом и в - 2,5 раза по сравнению с валком, где угол не меняется и равен 33 . В обоих случаях разрушение валков находилось в зоне (0,5 - 1,0). .

5

0

П р и м е р 3. Произвели наплавку опорных валков в кольцевую проточку по технологии, описанной в примере 1. Для восьмой клети угол наклона боковой стенки проточки на глубине 3, 7,7 равен 14°, а на остальных участках 32°.

При глубине выкрошки 30 мм глубина проточки составила 39,2 мм, а радиус закругления у основания проточки 10,9 мм. Изменяли температуру предварительного подогрева в диапазоне 350- 450°С.

Результаты эксплуатационных данных представлены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, оптимальным является подогрев до 400 С. При 350°С происходит ускоренный износ бочки валка так как при данной температуре подогрева идет небольшая подкалка наплавленного металла, который в процессе эксплуатации начинает с поверхности крошиться и, следовательно, 5 быстро изнашивается. Нагрев выше

450°С нецелесообразен, так как не повышает стойкость прокатных валков.

Технико-экономические преимущества способа состоят в том, что исполь- 0 зование способа ремонта валков позволяет исключить действие максимальных касательных напряжений в наиболее опасных участках параллельно углу разделки под наплавку, повысить технологичность наплавки в остальных областях за счет увеличения угла наклона проточки до 30 - 35°, что в целом позволяет значительно повысить долговечность валка.

Формула изобретения

Способ ремонта прокатных валков, включающий выполнение кольцевой проточки по месту дефекта с глубиной про5 точки ,2h+3,2 и с радиусом закругления у основания проточки: ,09h+ +8,2, где h - глубина выкрошки, подогрев до температуры 350...450°С и наплавку в проточку износостойкого слоя

0 с последующей термической и механической обработками бочки валка, о т- личающийся тем, что, с целью повышения срока службы валка за счет ликвидации трещин и отслоений

5 в наплавленном металле и в зоне спл ав- ления, кольцевую проточку выполняют с переменным углом оЈ наклона боковой стенки проточки к перпендикуляру бочки валка, изменяя его в следующей

5

0

последовательности от поверхности бочки валка: на глубине до 0,5Во6 30...35°, (0,5...1,0)В 013„.,15С

свыше 1,0В ...35°, где В - половина ширины контакта рабочего и опорного валков.|

Таблица 1

ТаблицаЗ

Изобретение касается ремонта сваркой и может быть использовано при ремонте прокатных валков станов горячей и холодной прокатки. Цель изобретения - повышение срока службы отремонтированного валка. Изменяют угол наклона кольцевой проточки, производимой по месту дефекта. На глубине (0,5...1,0)B угол наклона боковой стенки проточки к перпендикуляру бочки валка составляет 13...15°, а на остальных участках 30...35°, где B - половина ширины контакта рабочего и опорного валков. Затем проточку заплавляют. В результате уменьшается действие максимальных касательных напряжений вдоль зоны сплавления. 4 ил., 3 табл.

350

1,48

Из активного слоя валка