摘　要：進(jìn)口達(dá)涅利BGS預(yù)精軋機(jī)在南京鋼鐵廠高速線材聯(lián)合有限公司得到了廣泛的應(yīng)用，而且價(jià)格不菲。但由于工作條件苛刻，損傷后的損失比較大，在工程實(shí)踐中一直在尋求有效的解決辦法。本工作探討了采用激光熔敷再制造技術(shù)對(duì)預(yù)精軋機(jī)輥軸進(jìn)行“無損求原”性能恢復(fù)和提升的應(yīng)用實(shí)踐，并在高速線材廠得到了實(shí)際應(yīng)用，這對(duì)節(jié)能降耗、減少公司備品備件的采購費(fèi)用和擴(kuò)大激光加工技術(shù)的應(yīng)用范圍具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　關(guān)鍵詞：輥軸；高速線材；激光熔敷；再制造
　　0　引言
　　鋼鐵冶金行業(yè)是國家的基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)屬于國家的重工業(yè)，且其設(shè)備繁雜、種類多、噸位重。由于摩擦、磨損等各種原因的存在，要維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，每年要消耗大量的備品備件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年濟(jì)南鋼鐵股份公司達(dá)到年產(chǎn)量334萬t鋼的規(guī)模，而公司每年用于設(shè)備修理的備品備件制造費(fèi)用就高達(dá)1.2億元，備品備件修舊利廢數(shù)量達(dá)150t以上，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益2000萬元左右。因此，減少備品備件的消耗和對(duì)已使用設(shè)備的再制造修復(fù)對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有積極的促進(jìn)作用，且降低成本的空間很大。其中激光再制造技術(shù)對(duì)做好備品備件的修理、修復(fù)工作，對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　軋機(jī)輥軸是高線設(shè)備的關(guān)鍵零部件，也是軋機(jī)極易磨損的重要部件。該部件的磨損會(huì)導(dǎo)致高線設(shè)備的全面停產(chǎn)。同時(shí)該部件為國外進(jìn)口的，不僅采購費(fèi)用昂貴，程序復(fù)雜，而且訂購周期長(zhǎng)，備品備件的儲(chǔ)備量大，而且儲(chǔ)備的周期也比較長(zhǎng)，浪費(fèi)了大量的外匯儲(chǔ)備和占用了大筆的資金。經(jīng)常磨損是該類軋機(jī)設(shè)備的通病。因此，采用合理的修復(fù)工藝來修復(fù)此類輥軸，提高其使用壽命，提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低設(shè)備維修費(fèi)用，成為科技工作者和生產(chǎn)技術(shù)人員迫切需要解決的一個(gè)問題。本工作主要介紹了采用激光再制造技術(shù)解決南京鋼鐵聯(lián)合有限公司高速線材廠（以下簡(jiǎn)稱“南鋼高線廠”）進(jìn)口達(dá)涅利BGS預(yù)精軋機(jī)輥軸的修復(fù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以期擴(kuò)大該類技術(shù)的應(yīng)用范圍。

　　1　修復(fù)再制造工藝探討
　　輥軸磨損后，目前大多采用電鍍、噴涂、電刷鍍等傳統(tǒng)工藝來進(jìn)行尺寸恢復(fù)。但該類修復(fù)工藝只適合小尺寸的磨損和低速輕載的情況。對(duì)于高速和磨損量比較大的情況并不適用。而且結(jié)合力差、涂（鍍）層薄，使后續(xù)的機(jī)加工也無法進(jìn)行。一旦出現(xiàn)凹坑、深的劃痕，加之該軸本身精密程度比較高，常常導(dǎo)致工廠采取直接報(bào)廢的辦法進(jìn)行處理此類零件，造成大量的浪費(fèi)。

　　激光熔敷再制造技術(shù)由于其獨(dú)特的高能束、無損傷、綠色環(huán)保和求原修復(fù)等技術(shù)特征迅速在航空航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，隨著激光設(shè)備價(jià)格的下降和應(yīng)用范圍的不斷深入擴(kuò)展，激光熔敷再制造技術(shù)在冶金行業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。同以往的修復(fù)工藝技術(shù)相比，再制造技術(shù)是一種全新概念的先進(jìn)修復(fù)技術(shù)，它集先進(jìn)高能束（激光束、電子束、等離子束等）技術(shù)、先進(jìn)數(shù)控和計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)、光電檢測(cè)控制技術(shù)為一體，不僅能使損壞的零件恢復(fù)原有或近形尺寸，而且性能達(dá)到或超過原基材水平。激光熔敷再制造技術(shù)集先進(jìn)的激光熔覆加工工藝技術(shù)、激光熔覆材料技術(shù)和其他多種技術(shù)于一體，不僅可以使損傷的零部件恢復(fù)外形尺寸，還可以使其使用性能達(dá)到甚至超過新品的水平，是重大工程裝備修復(fù)新的發(fā)展方向。其在冶金行業(yè)的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)在，如工業(yè)和信息化部印發(fā)2011年批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃（工信廳科［2011］75號(hào)），批準(zhǔn)激光再制造八項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。這八項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為：《激光修復(fù)軋機(jī)扁頭套技術(shù)條件》、《激光再制造高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置動(dòng)葉片技術(shù)條件》、《激光再制造高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置靜葉片技術(shù)條件》、《激光再制造螺桿壓縮機(jī)技術(shù)條件》、《激光再制造煙氣輪機(jī)輪盤技術(shù)條件》、《激光再制造煙氣輪機(jī)葉片技術(shù)條件》、《激光再制造軸流風(fēng)機(jī)技術(shù)條件》、《在線激光修復(fù)軋機(jī)牌坊技術(shù)規(guī)范》。

　　這些標(biāo)準(zhǔn)突出了激光再制造的技術(shù)要求和條件，對(duì)于提升再制造質(zhì)量和技術(shù)水平，推動(dòng)激光再制造技術(shù)的推廣應(yīng)用將產(chǎn)生積極影響，尤其是近年來激光再制造技術(shù)在冶金軋輥、熱連軋機(jī)等關(guān)鍵部件和汽輪機(jī)等動(dòng)力設(shè)備再制造上得到日益廣泛應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的制訂將大力推進(jìn)激光再制造產(chǎn)業(yè)化步伐。

　　2　輥軸損傷情況及激光再制造工藝實(shí)踐
　　南鋼高線廠于1992年11月建成投產(chǎn)，全套技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備從意大利達(dá)涅利公司引進(jìn)，其中預(yù)精軋機(jī)為達(dá)涅利機(jī)型，4架次、90℃平-立交替懸臂式軋機(jī)，1臺(tái)700kW直流電機(jī)傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速為800~1400r/min。

　　經(jīng)過20多年的摸索使用，南鋼高線廠在預(yù)精軋機(jī)使用維護(hù)上積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，維護(hù)技術(shù)和能力已處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

　　輥軸采用20CrNi2MoA材質(zhì)，錐面錐度為1:10，錐面表面滲氮處理，有效深度0.85mm，硬度HRC58-60。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，錐套反復(fù)拆裝、輥軸與錐套少許相對(duì)運(yùn)動(dòng)及冷卻水電化學(xué)腐蝕，造成輥軸錐面磨損，長(zhǎng)期以來，輥軸錐面磨損過快一直是困擾預(yù)精軋機(jī)的難題，通常在水平輥箱，輥軸使用1個(gè)月左右，輥軸錐面磨損達(dá)0.4mm，在立式輥箱，輥軸使用3個(gè)月左右，輥軸錐面磨損0.35～0.40mm。如圖1為采用激光熔敷再制造技術(shù)進(jìn)行加工時(shí)的（a）工作狀態(tài)圖，（b）激光熔敷再制造后的加工區(qū)域圖和得到的金相組織圖。可以看到加工后的表面紋路清晰，得到的金相致密，無氣孔和裂紋等缺陷，熱影響區(qū)的寬度比較大，但符合該材料的使用規(guī)范。

　　采用新工藝錐面修復(fù)后，在水平機(jī)架，輥軸使用3個(gè)月左右，錐面磨損0.25～0.30mm，在立式機(jī)架，輥軸使用6個(gè)月左右，錐面磨損0.30～0.35mm。

　　3　經(jīng)濟(jì)效益分析
　　迄今為止，經(jīng)過近一年多的工藝摸索試驗(yàn)和一年多的在線運(yùn)行考核，修復(fù)方案和工藝已經(jīng)基本定型并將在工程實(shí)踐中隨著認(rèn)識(shí)的不斷深入和工藝水平的不斷提高，逐步把激光再制造技術(shù)應(yīng)用到其他輥軸、耐磨板、定徑儀等精密、耐磨、耐腐蝕的備品備件的新品強(qiáng)化制造與舊件的再制造當(dāng)中。激光加工Z大的成本在于設(shè)備的一次性投資比較昂貴，一旦設(shè)備投入之后，在不考慮設(shè)備投入成本的前提下，運(yùn)行成本比較低。由于鋼鐵冶金設(shè)備中的軋輥、軸類零件、葉片以及齒輪等都是高附加值的零件，激光加工的費(fèi)用均在原值的50%以下。而且激光加工的周期短，可以大大節(jié)約維修的時(shí)間，從而保證了及時(shí)生產(chǎn)，并且性能如同新件。

　　該輥軸新品價(jià)格每根在6～10萬元，以前的處理辦法：要么更新，要么修復(fù)數(shù)次，而且效果欠佳，同時(shí)修復(fù)費(fèi)用也不低。此次的修復(fù)再制造實(shí)踐中，采用激光再制造修復(fù)的輥軸費(fèi)用不到新品的50%，但其壽命同樣可以達(dá)到新品的服役期限，而且理論上修復(fù)次數(shù)可以多次修復(fù)再制造。目前車間共有輥軸在線12臺(tái)，離線4臺(tái)，每年可以節(jié)約備品備件的價(jià)值在70萬元左右。如果考慮由此帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益，其效益則更為顯著。

　　作者：
　　肖國龍（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司高速線材廠機(jī)動(dòng)科，江蘇南京）
　　張敏　陳長(zhǎng)軍　嚴(yán)凱（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院激光加工中心，江蘇蘇州）
　　張超（張家港?？怂辜す饪萍加邢薰?，江蘇張家港）
　　王曉南（蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院，江蘇蘇州）

出處：《表面工程與再制造》2015年第3期