周武軍，鄒新長，周振宇，熊 雄，何 勛

（1.岳陽大陸激光技術(shù)有限公司，湖南岳陽 414000；2.湖南理工學(xué)院，湖南岳陽 414000；3.新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余 338000）

0 引言

軋機(jī)牌坊是熱軋板帶軋制過程中最重要的設(shè)備，對板帶成品率影響最大的板型控制技術(shù)就取決于牌坊的精度[1]。軋機(jī)牌坊一般為普通碳鋼材料，在板材軋制生產(chǎn)過程中高溫冷卻水腐蝕、軸承座與牌坊配合面之間產(chǎn)生的拍擊作用，使得牌坊襯板逐步產(chǎn)生間隙，緊固螺栓失去緊固作用。在襯板受到拍擊條件下，螺栓產(chǎn)生軸向微運(yùn)動(dòng)，加大牌坊螺栓孔螺紋的接觸面積，更加劇了螺栓與螺栓孔的磨損，易產(chǎn)生滑絲，進(jìn)一步加大襯板與牌坊的間隙。在某些極端工況下，螺栓孔強(qiáng)度無法約束螺栓的運(yùn)動(dòng)，襯板產(chǎn)生瞬間滑動(dòng)，對螺栓形成剪切作用并將其切斷，襯板失去螺栓的緊固后起到相應(yīng)的作用（圖1）。這不僅加大了軋制難度，也加大了輥系對平衡缸、軋機(jī)牌坊的沖擊磨損，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響板帶板型精度控制與安全生產(chǎn)。螺栓孔的優(yōu)劣已成為牌坊精度保持能力的重要指標(biāo)，是影響牌坊軋制產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

圖1 冷卻水腐蝕后被破壞的螺栓及其襯板配合面

軋機(jī)牌坊本體螺栓孔的修復(fù)方法主要分為3 種[2-4]，分別是擴(kuò)孔修復(fù)技術(shù)、螺栓孔現(xiàn)場堆焊再制技術(shù)以及鑲內(nèi)外絲套修復(fù)再造技術(shù)。其中，前兩種方法已有較為成熟的修復(fù)方法和實(shí)踐，而牌坊現(xiàn)場螺栓孔采用鑲內(nèi)外絲套再造技術(shù)無應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，尚處于摸索階段。

（1）擴(kuò)孔修復(fù)技術(shù)。螺栓孔損傷后，存在滑絲和腐蝕現(xiàn)象。針對小于M20 的螺栓孔，現(xiàn)場修復(fù)可采用擴(kuò)孔攻絲的方法進(jìn)行修復(fù)。該修復(fù)工藝技術(shù)不復(fù)雜，簡單快速，在原有螺栓孔的基礎(chǔ)擴(kuò)大一個(gè)級數(shù)即可。在現(xiàn)場采用擴(kuò)孔機(jī)具如磁力鉆和內(nèi)磨機(jī)，選擇擴(kuò)大后的螺栓孔的絲錐進(jìn)行攻絲，經(jīng)頭攻絲和二攻絲后，能滿足裝配的要求。該方法的缺點(diǎn)是，擴(kuò)孔處理后的螺栓孔需要重新配制相應(yīng)的螺栓。

（2）現(xiàn)場堆焊再制技術(shù)。螺栓孔損傷后，M48 或以上的較大的螺栓孔一般采用堆焊的修復(fù)工藝技術(shù)方法進(jìn)行修復(fù)。牌坊本體材料一般為25#或35#鋼，考慮到作業(yè)機(jī)具和效率，現(xiàn)場對螺栓孔的修復(fù)作業(yè)時(shí)采用與本體材料相同的焊條或焊絲對其進(jìn)行填堵。該方法需要先對損傷后的螺栓進(jìn)行清理打磨，用內(nèi)磨機(jī)將損傷的螺紋全部清理干凈，現(xiàn)場使用焊機(jī)配合，電焊或氣體保護(hù)焊對打磨清理后的孔進(jìn)行逐層填補(bǔ)，填堵后經(jīng)鉗工人員進(jìn)行粗打磨、劃好孔的中心點(diǎn)，用磁力鉆機(jī)具鉆底孔和攻絲（某些大的螺栓孔的鉆孔攻絲還需要特定的裝備才能完成），才能完成對螺栓孔原有尺寸大小的修復(fù)。該方法能實(shí)現(xiàn)螺栓孔原始尺寸的恢復(fù)，在性能上沒有太多差別，但是為降低現(xiàn)場攻絲作業(yè)的難度，堆焊一般不選擇高強(qiáng)度和防腐蝕性能的材料。

1 鑲內(nèi)外絲套修復(fù)再造技術(shù)

牌坊整體修復(fù)的工期一般為5～7 d，處理損傷的螺栓孔是整個(gè)修復(fù)項(xiàng)目中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，螺栓孔的是否完好也是決定牌坊的精度保持能力的一個(gè)重要指標(biāo)。采用磁力鉆+電磨機(jī)完成現(xiàn)場的鉆孔和攻絲作業(yè)，絲套提前預(yù)制準(zhǔn)備可大大節(jié)約現(xiàn)場修復(fù)時(shí)間。絲套材料的選擇范圍廣泛，可以根據(jù)不同的需要，選擇比基材強(qiáng)度等級高的材料提升螺栓孔的使用壽命，同時(shí)材料的耐腐蝕性能應(yīng)優(yōu)于基材，以更好地承載力和抗疲勞強(qiáng)度的性能。

新余鋼鐵集團(tuán)有限公司鑲內(nèi)外絲套修復(fù)再造技術(shù)經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段。

1.1 外光面鋼絲套

早期采用的鋼絲套，內(nèi)孔為要求螺栓孔標(biāo)準(zhǔn)螺紋和牙距，外圓為光面（圖2），與牌坊本體采用過盈配合方式進(jìn)行鑲套，對接縫處小面積封焊處理。此處的焊接量不宜過大，在鋼套的接縫端外圓倒坡口，用變形小的氬弧焊，焊后打磨平整。該方法的缺點(diǎn)是在實(shí)際操作過程中，原有的螺栓孔需要鉆孔擴(kuò)大，達(dá)到與鋼絲套外圓配合尺寸要求，鉆孔擴(kuò)大采用磁力鉆，出現(xiàn)內(nèi)孔的尺寸和形位公差超標(biāo)，內(nèi)孔的粗糙度不符合要求，裝配后實(shí)際受力配合面積甚至不足50%，配合面產(chǎn)生的摩擦力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，緊力靠氬弧焊焊接強(qiáng)度維持。在生產(chǎn)使用一個(gè)周期后出現(xiàn)絲套脫落的情況、被螺栓整體拉出，無法達(dá)到預(yù)期要求。

圖2 外圓為光面的鋼絲套（最初的螺栓套）

1.2 外圓細(xì)牙鋼絲套

針對外光面鋼絲套出現(xiàn)的問題，采用內(nèi)外都是螺紋方式，內(nèi)孔采用標(biāo)準(zhǔn)的螺紋和牙距，外圓采用標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)牙方式。以M42×65 的螺栓孔為例，預(yù)制內(nèi)外絲套，內(nèi)孔為M42×4.5 粗牙，外圓為M52×2細(xì)牙（圖3a））。外圓采用細(xì)牙螺紋，深度淺，可以縮短修復(fù)工期、減少現(xiàn)場作業(yè)的時(shí)間。

圖3 外圓細(xì)牙螺紋的鋼絲套

雖然改后的螺栓孔和原有的螺栓孔強(qiáng)度沒有發(fā)生變化，在實(shí)際操作過中，由原來的光孔變成螺紋孔，在增加了結(jié)合強(qiáng)度，但也增加了作業(yè)時(shí)間和勞動(dòng)。同時(shí)，細(xì)牙螺紋加工質(zhì)量的優(yōu)劣受磁力鉆的精度和作業(yè)人員的技能的差異的影響，易產(chǎn)生孔的細(xì)牙和絲套外細(xì)牙相互咬死現(xiàn)象發(fā)生。

為了增加內(nèi)外絲套與本體的結(jié)合強(qiáng)度，在外圓上增加5～15 mm 的空檔焊接區(qū)域（圖3b）），在鋼絲套的受力強(qiáng)度上比全絲扣的鋼絲套要增強(qiáng)很多。此焊接區(qū)域?yàn)榻z套與牌坊本體手工氬弧焊堆焊區(qū)域，效果優(yōu)于不焊接的絲套，但在實(shí)際運(yùn)行過程中也出現(xiàn)過絲套焊接區(qū)域脫焊現(xiàn)象。

1.3 外圓粗牙鋼絲套

細(xì)牙螺紋缺點(diǎn)是抗拉值、強(qiáng)度較粗牙低，且螺紋容易損傷，不能多次拆裝，同時(shí)配套的螺栓孔也要同等精確，尺寸稍有誤差，容易使得絲套按照出現(xiàn)不可見的問題。針對外圓細(xì)牙絲套的缺陷與不足，改進(jìn)設(shè)計(jì)為外圓粗牙螺紋。粗牙螺紋的特點(diǎn)是具有較高的強(qiáng)度，互換性好，且有標(biāo)準(zhǔn)可對照。

結(jié)合上述兩種情況和實(shí)際運(yùn)行出現(xiàn)的問題，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行改進(jìn)，由原來設(shè)計(jì)的外細(xì)牙M52×2 螺紋改為粗牙M56×4 螺紋，外圓一端相應(yīng)減少1～3 扣牙距作為空檔區(qū)（圖4）。螺栓孔修復(fù)再造過程中，利用英國優(yōu)尼博UNIBORE100FR PLUS 磁力鉆進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)，該磁座吸力高達(dá)35 000 N，鉆孔直徑1～100 mm、主軸轉(zhuǎn)速50～450 r/min，具有過熱過載保護(hù)、無級調(diào)速功能。該設(shè)備主要完成原損傷螺栓孔的中心點(diǎn)的定位、擴(kuò)孔和攻絲作業(yè)（如下圖所示攻絲后的效果圖），解決了螺栓孔的抗腐蝕能力和強(qiáng)度。經(jīng)鑲絲套、手工氬弧封邊處理、鉗修打磨、過絲處理，完成螺栓孔的修復(fù)作業(yè)。

圖4 外圓粗牙螺紋的鋼絲套及粗牙孔

2 螺栓孔襯板配合面激光熔覆修復(fù)再制造

螺栓孔襯板配合面的高精度，對于減小襯板與牌坊間的間隙，減小軋制過程中對螺栓的剪切沖擊力，提高螺栓孔的使用壽命具有重要意義。在軋機(jī)牌坊的再修復(fù)過程中，首先通過機(jī)加工除去軋機(jī)牌坊表面腐蝕產(chǎn)物；然后采用激光熔覆再制造加工技術(shù)在襯板配合面表面熔覆一層0.4～0.5 mm 厚的金屬功能層，提高牌坊本體表面的耐磨損、耐蝕耐磨性能，提升軋機(jī)牌坊的使用要求；最后通過機(jī)加工精整提高表面質(zhì)量和加工精度（圖5）。

圖5 螺栓孔襯板配合面激光熔覆加工

激光熔覆技術(shù)不僅可以有效解決軋機(jī)牌坊的腐蝕磨損和抗沖擊的問題，還可以避免傳統(tǒng)表面加工方法無法克服的工藝熱變形、組織粗大、熱疲勞損傷、結(jié)合強(qiáng)度低等技術(shù)難題[5-6]。另外，軋機(jī)牌坊配合面的抗腐和抗磨損能力的提升，可以保證軋機(jī)牌坊和襯板面的間隙，減少對螺栓孔的腐蝕、磨損和沖擊，增強(qiáng)軋機(jī)牌坊的使用精度保持能力。

3 總結(jié)

通過對牌坊螺栓孔的采用鑲內(nèi)外絲套再造修復(fù)技術(shù)，再配合牌坊襯板配合面采用激光再制造的方法，大大減小了牌坊本體的腐蝕速度，解決了牌坊運(yùn)行中螺栓的滑絲和斷裂問題，為軋機(jī)精度保持能力提供強(qiáng)有力的支撐，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。此方法有效解決了軋機(jī)牌坊螺栓孔修復(fù)的問題，值得借鑒和推廣。