本发明涉及金属复合材料爆炸加工领域，尤其涉及一种利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法。
背景技术：
各种轧辊，例如连铸辊、层流冷却辊、夹持辊等，是钢铁生产企业的重要部件。传统的轧辊制造和修复方法均采用表面堆焊以及离心浇铸工艺，这些工艺发展到现在，仍都存在一些工艺本身先天自带的缺陷和不足，例如堆焊辊表面因焊接易产生收弧裂纹、气孔，离心铸造则容易产生偏析、裂纹等问题，而且制造成本比较高。
因此，需要一种克服或者缓解上述缺陷的制造复合辊的方法。
技术实现要素：
技术问题
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种复合辊的制造方法，其利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊。该方法生产的复合辊具有比传统的堆焊轧辊和离心浇铸轧辊结合强度高、表面硬度均匀、不易开裂，使用寿命长等优点。并且，与露天爆炸焊接或空气态下爆炸焊接来生产复合辊相比，上述真空态爆炸焊接结合率更高，结合面波纹更细密，炸药消耗降低约20％，是在爆炸焊接技术的基础上的又一提升。
本发明的目的是通过真空态爆炸焊接技术制造复合辊，提高复合辊的力学性能和表面质量，满足复合轧辊的耐磨性和强韧性等综合性能要求。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法，其包括：a)选择不同材料的辊套和辊芯；b)将所述辊套与所述辊芯组装在一起后，在所述辊套外面均匀布置一层专用低爆速炸药；c)把炸药布置完成的所述辊套与所述辊芯的组件置于真空状态下进行爆炸复合，使所述辊套与所述辊芯焊接在一起，形成复合辊坯；d)对爆炸结合质量进行检验；e)将检验合格的所述辊套与所述辊芯的复合辊坯进行淬火和回火热处理。
在一实施方式中，在步骤a)中，根据使用工况和使用部位，选择不同材料的辊套和辊芯，所述不同材料均是能爆炸复合的。因为爆炸复合就是将两种或两种以上的不同性质的材料通过爆炸方式结合在一起的一种工艺，所以可以根据使用功能需求和使用部位，对辊芯和辊套选用不同的基层材料和覆层材料。在本文中，选用基层材料的辊芯也可称作基材，选用覆层材料的辊套也可称作复材。
在一实施方式中，在步骤a)之后且在进行步骤b)之前，对所述辊套和所述辊芯的结合表面进行预处理，使所述辊套和所述辊芯的表面粗糙度ra≤6.3μm。
在一实施方式中，在步骤b)中，当将所述辊套与所述辊芯组装在一起时，使所述辊套与所述辊芯之间存在一定的间距，根据所述辊套的材料和厚度，所述间距介于2-8mm范围内。
在一实施方式中，在步骤c)中，所述专用低爆速炸药的厚度根据所述辊套和所述辊芯的材质和厚度选取，所述专用低爆速炸药的厚度介于25-120mm范围内。
在一实施方式中，在步骤c)中，真空度低于-0.08mpa。
在一实施方式中，在步骤c)中，在所述真空状态下，用雷管在所述辊套与所述辊芯的组件的顶部起爆。
在一实施方式中，在步骤d)中，利用超声波无损探伤对爆炸结合质量进行检验，要求结合率达到100％。
在一实施方式中，在步骤e)中，将检验合格的所述辊套与所述辊芯的复合辊坯在920℃--1050℃淬火，然后于200℃--500℃回火处理，使轧辊性能和表面硬度达到使用要求。
在一实施方式中，在步骤e)中，在淬火和回火热处理后，将所述辊套与所述辊芯的经热处理过的复合辊部件的表面精加工，制成复合辊成品。
有益效果
如上所述，根据本发明实施方式的真空态爆炸焊接方法具有如下优点。
首先，根据本发明实施方式的真空态爆炸焊接方法制造的复合辊，辊表层为轧制态，其性能均匀，硬度一致性好，可提高轧辊寿命和轧制产品质量。
其次，与空气态爆炸焊接或者露天爆炸相比，根据本发明实施方式的真空态爆炸焊接更有利于爆炸射流的排出，同时能减少复基材高速碰撞时有害氧化物的产生，可降低炸药消耗20％，结合层波纹更细密，结合强度更高。
另外，因为是在真空室内爆炸，消除了爆炸冲击波和爆炸噪声对周边人员和环境的有害影响，是更加环保的生产方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是图示根据本发明实施方式的利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法的流程图；
图2是例示图1的利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法中可应用的轧辊爆炸焊接装配示意图；以及
图3是例示图1的利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法中可应用的真空态爆炸焊接系统示意图。
附图标记说明
a)表示步骤；b)表示步骤；c)表示步骤；d)表示步骤；e)表示步骤；
1表示辊芯；2表示辊套；3表示辊芯内腔；4表示间隙；5表示炸药；6表示透气孔；7表示雷管；8表示法兰上盖；9表示法兰底座；10表示底板；11表示真空室；12表示组件；13表示基座；14表示真空表；15表示抽真空机组；16表示抽气管道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅例示了本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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它实施例，都落入本发明的保护范围内。另外还需要说明，为了便于描述，在附图中仅示出了与发明相关的部分。
注意，本文所用的数值范围包括该范围内的各个值，并且用于避免必须举出该范围内的各个值。如果合适，该范围内的任意数值可以选择为该范围的上限值、下限值或端值。
参见图1，根据本发明一实施方式，提供一种利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法，其包括：
a)选择不同材料的辊套和辊芯；
b)将上述辊套与上述辊芯组装在一起后，在辊套外面均匀布置一层专用低爆速炸药；
c)将炸药布置完成的上述辊套与上述辊芯的组件置于真空状态下进行爆炸复合，使辊套与辊芯焊接在一起，形成复合辊坯；
d)对爆炸结合质量进行检验；
e)对检验合格的辊套与辊芯的复合辊坯进行淬火和回火热处理。
在步骤a)中，因为爆炸复合就是将两种或两种以上的不同性质的材料通过爆炸方式结合在一起的一种工艺，因此在进一步的实施方式中，可以根据使用工况和使用部位，选择不同材料的辊套和辊芯。只要是能爆炸复合的材料都可用于本发明中，不限于某一种材料。
在一实施方式中，在步骤a)之后且在进行步骤b)之前，对所述辊套和所述辊芯的结合表面进行除锈、研磨等光洁预处理，使所述辊套和所述辊芯的表面粗糙度ra≤6.3μm。
在一实施方式中，在步骤b)中，当将上述辊套与上述辊芯组装在一起时，使辊套与辊芯之间存在一定的间距，根据辊套的材料和厚度，上述间距介于2-8mm范围内。
在一实施方式中，在步骤c)中，上述专用低爆速炸药的厚度根据上述辊套和上述辊芯的材质和厚度选取，所述专用低爆速炸药的厚度介于25-120mm范围内。
在一实施方式中，在步骤c)中，真空度低于-0.08mpa。
在一实施方式中，在步骤c)中，在所述真空状态下，用雷管在上述辊套与上述辊芯的组件上进行起爆。例如，用雷管在辊套与辊芯的组件的顶部进行起爆。
通过上述的在真空态下爆炸复合，辊套和辊芯焊接在了一起，形成复合辊坯或复合材料。
在一实施方式中，在步骤d)中，利用超声波无损探伤对爆炸结合质量进行检验，要求结合率达到100％，例如可以利用超声波无损探伤仪检验。
在一实施方式中，在步骤e)中，将检验合格的辊套与辊芯的复合辊坯在加热炉中升温到920℃--1050℃淬火，然后于200℃--500℃回火处理，形成经热处理过的复合辊部件。
在一实施方式中，在步骤e)中，在淬火、回火热处理后，将上述辊套与上述辊芯的经热处理过的复合辊部件的表面精加工，制成复合辊成品。
进一步地，在一实施方式中，在步骤e)中，在将上述经热处理过的复合辊部件的表面精加工后，对复合辊成品加以包装。
下文，参照图2和图3，将以连铸辊为例描述根据本发明一实施方式的利用真空态爆炸焊接技术制造复合辊的方法。
实施例
参见图2，以制造直径φ150的连铸辊为例来描述。首先，可将外层辊套2选取为3cr13不锈钢，壁厚4mm，将辊芯1的材质选取为42crmo。如前所述，也可将辊芯1称作基材，将外层辊套2称作复材。
下一步，对基材和复材的结合表面进行光洁预处理。例如，对基材和复材的结合表面100％或全部进行除锈研磨，使表面粗糙度ra≤6.3μm。
下一步，将外层辊套2和内层辊芯1组装在一起，然后如图3所示，将组装后的组件12置于到真空室11内，并放置于木制基座13上，使得基材平稳摆放在木制基座13正中且保持与基座13垂直。
在本发明一示例中，如图2所示，外层辊套2和内层辊芯1可例如通过法兰上盖8和法兰底座9套装在一起，在外层辊套2和内层辊芯1之间设有一定的间隙4。具体而言，法兰上盖8将外层辊套2和内层辊芯1的一端都密封，在另一端，法兰底座9仅封盖内层辊芯1，不封盖外层辊套2，也不封盖间隙4。外层辊套2的底表面与法兰底座9的底表面齐平。
注意，在组配基材与复材时，在基材与复材之间必须有一定的间距，以防止基材的管表面与复材的管内壁接触。根据复材的材质和厚度，基材与复材之间的间距典型地介于2-8mm范围内。
为此，本发明在基材和复材之间设置有支点，以保持基材和复材之间的间距。例如，基材和复材之间的支点可选用直径为2mm、3mm或4mm的铝丝，各支点按照复材与基材之间的间隙4摆放，基材与复材之间的各处间隙距离须保持相等且介于2-8mm范围内，防止基材的管表面与复材的管内壁接触。
然后，可将组配后的外层辊套2和内层辊芯1的组件固定在底板10上，并将底板10放置在基座13上。底板10的直径大于外层辊套2的直径。
下一步，敷设炸药，并连接起爆装置。
具体而言，参见图3，将用于容置炸药5的炸药框罩住外层辊套2和内层辊芯1的组件，并安装在底板10上。例如，在复材底部的圆周上摆放木支点以支撑装炸药的炸药框，保证四周炸药高度一致。
除了底板10一侧外，上述炸药框的其它内壁与外层辊套2的外壁之间存在一定的空隙，以便在上述空隙内布置炸药5。例如，在炸药框的顶壁和侧壁与外层辊套2外壁之间的空隙内都布置40mm厚度的炸药5。底板10在面对外层辊套2和内层辊芯1之间的间隙4的圆周部分处，均匀布置有一个或多个透气孔6。
将炸药5填入炸药框内，然后连接雷管7。例如，将雷管7置于辊套与辊芯的组件12的顶部进行起爆。
下一步，在真空状态下将辊套和辊芯爆炸焊接在一起。
具体而言，关闭真空室11的封闭门，然后例如用抽真空机组15通过抽气管道16将真空室11内部抽成真空状态，同时利用真空表14监测真空度。当真空度达到-0.086mpa或更低后，关闭真空机和阀门。然后，通电起爆，使基材和复材爆炸复合。
下一步，利用超声波无损探伤仪，对辊套和辊芯在爆炸复合后形成的复合辊坯的爆炸结合质量进行检验，要求结合率100％。
下一步，将检验合格的复合轧辊坯在加热炉中升温到1000℃淬火，保温10min，油冷；然后于350℃回火处理，保温6h，空冷，使复合辊表面硬度达到hrc40-50。
最后，可对上述的经热处理过的复合辊部件的表面精加工，制成复合辊成品。
虽然上文以连铸辊为例描述了本发明的一实施方式，但是，本领域技术人员应当理解，本发明并不局限于连铸辊，本发明也可应用于层流冷却辊、夹持辊等各种轧辊。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
虽然为了例示目的已描述了优选实施方式，但本领域技术人员将会了解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的主旨和范围情况下，可对本发明进行各种修改、添加和替代。因此，这些实施方式用于举例例示该技术构思的范围，该技术构思的范围不由这些实施方式限定。该技术构思的范围应该基于所附权利要求书范围理解为包括与该权利要求书范围等同的范围内的所有技术构思。