專利名稱：高硬度高耐磨自保護(hù)堆焊藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種高硬度高耐磨自保護(hù)堆焊藥芯焊絲屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域，該發(fā)明主要應(yīng)用于磨煤輥、水泥磨盤、鋼廠淄槽等的堆焊修復(fù)。
自保護(hù)藥芯焊絲由于其具有①不需外加保護(hù)氣源，焊槍結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，便于操作；②具有優(yōu)良的抗風(fēng)能力，通常能在四級(jí)風(fēng)下順利施焊；③對(duì)裝配尺寸的要求不高；④優(yōu)良的抗銹能力。由于自保護(hù)藥芯焊絲所具有的上述特點(diǎn)，它適用于管道施工中的全位置焊接，具有生產(chǎn)效率高、抗風(fēng)能力強(qiáng)、焊接質(zhì)量好和易于掌握等優(yōu)點(diǎn)。已在國外的油氣管道、冶金高爐以及城市高層鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。
近年來自保護(hù)藥芯焊絲應(yīng)用于堆焊，并迅猛發(fā)展成為一種新型表面強(qiáng)化技術(shù)。自保護(hù)藥芯焊絲堆焊無須保護(hù)氣體，無需焊劑，操作簡便，采用平特性電源，可自(半)動(dòng)焊接。與目前常用的埋弧堆焊、手工堆焊相比其特點(diǎn)為①清潔自保護(hù)藥芯焊絲堆焊是一種清潔的表面強(qiáng)化技術(shù)，該方法無須外加保護(hù)氣體和焊劑，因而工作環(huán)境清潔，焊槍結(jié)構(gòu)簡化，可方便地在焊槍上方增加集中排塵裝置，使得焊接工作環(huán)境得以較大改善。這是其它焊接方法所不能比擬的。②高效在自保護(hù)藥芯焊絲電弧焊中，電弧在鋼皮上燃燒，導(dǎo)電面積相對(duì)于實(shí)芯焊絲和焊條小，電流密度增大，熔敷速度加快，通常自保護(hù)藥芯焊絲熔敷速度比實(shí)芯焊絲和手工焊高。③低成本自保護(hù)藥芯焊絲堆焊可節(jié)省約20％熔敷金屬。此外自保護(hù)藥芯焊絲堆焊無需焊劑和保護(hù)氣體，減少輔助材料的費(fèi)用，并具有較低的稀釋率。因此自保護(hù)藥芯焊絲堆焊是目前堆焊方法中較經(jīng)濟(jì)、方便的綠色焊接技術(shù)。
自保護(hù)堆焊藥芯焊絲的研制在國內(nèi)、國外尚未見相關(guān)的專利及文獻(xiàn)報(bào)道。
本發(fā)明所提供的高硬度高耐磨自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述的藥芯成分質(zhì)量百分比含量如下45～60％高碳鉻鐵，5～15％TiB2，4～8％75#硅鐵，5～10％Mn，2～5％硼鐵，1～3％硅灰石，2～5％ZrO2，5～15％TiO2。藥芯中還可含有以下一種或幾種成分Na2CO30～3％，Na2SiF60～3％，NaF0～3％，LiF0～3％。
藥芯中主要成分作用如下高碳鉻鐵引入C和Cr，堆焊層硬度和耐磨性隨含C量增加而增加。Cr是鐵素體元素，隨含Cr量增加，可限制奧氏體晶粒粗大化，當(dāng)含C量足夠時(shí)，形成Cr7C3，堆焊層的耐磨性能隨之提高。
TiB2加入TiB2，可作為焊縫金屬的陶瓷硬質(zhì)增強(qiáng)相，提高其硬度和耐磨性。硼化物陶瓷是一類具有特殊物理性能和化學(xué)性能的陶瓷，具有高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性、高硬度、高導(dǎo)電率、耐侵蝕、耐高溫、耐熱沖擊、耐熔敷金屬腐蝕、比重輕等與眾不同的特殊性能。TiB2的各項(xiàng)性能見表1。
基于上述優(yōu)點(diǎn)，將少許TiB2加入藥芯成分當(dāng)中，可以顯著地提高熔敷金屬的硬度和耐磨性。在焊縫表面，均勻地分布著少許橫向裂紋，可有效地釋放焊接應(yīng)力。TiB2對(duì)熔敷金屬硬度的影響見

圖1。由圖可見，在開始階段，隨TiB2含量增加，熔敷金屬硬度隨之增加，但當(dāng)TiB2含量超過14％時(shí)，硬度趨于穩(wěn)定。
75#硅鐵Si能脫氧，并具有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，增加淬硬性和回火穩(wěn)定性，提高耐熱性和耐蝕性，并可降低液態(tài)金屬表面張力。
MnMN具有良好的脫氧和脫硫作用，并具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用；能提高淬硬性。
硼鐵B在焊縫凝固過程中與N結(jié)合為BN，降低固溶N的含量。固溶B能抑制γ晶間的先共析鐵素體的析出。
硅灰石主要作用是造渣，并可調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)、粘度、表面張力和流動(dòng)性。
ZrO2俗稱鋯英石，主要起造渣作用，調(diào)整熔渣的物化性能，改善脫渣性。
TiO2是渣形成組分，可以改善渣的覆蓋性能和焊縫脫渣性。另外，它還起到使電弧集中，穩(wěn)定，從而減少飛濺的作用。本發(fā)明中TiO2均以天然金紅石方式加入，其中TiO2質(zhì)量百分比含量＞96％。
Na2CO3受熱分解產(chǎn)生CO2氣體和Na離子，CO2氣體可起氣保護(hù)作用，Na離子可穩(wěn)定電弧。
Na2SiF6，NaF，LiF多種氟化物調(diào)整熔渣熔化溫度，降低熔渣粘度，張力。
藥芯的組分中，氟化物所占比例很小，不超過總組分的10％，采用本藥芯焊絲堆焊時(shí)，電弧穩(wěn)定，飛濺顆粒極小且量少，焊道成形美觀，脫渣容易。此焊絲主要運(yùn)用于磨煤輥、水泥磨盤、鋼廠淄槽等的堆焊修復(fù)。
本發(fā)明的制備方法采用現(xiàn)有技術(shù)，包括以下步驟1、鋼帶軋成U形，再向U形槽中加入占本發(fā)明焊絲總重的38-58％的本發(fā)明藥芯(所選用粉末粒度為20～120目)；2、將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.0～3.2mm，得到最終產(chǎn)品。
1.選用16×0.4(寬度為16mm，厚度為0.4mm)的H08A冷軋鋼帶。先將其軋成U形。高碳鉻鐵粉末45％(質(zhì)量百分比，下同)、TiB2粉末15％、75#硅鐵8％、金屬錳粉末10％、硼鐵粉末2％、硅灰石粉末3％、鋯英石粉末2％、天然金紅石粉末10％、Na2CO3粉末3％、LiF粉末1％、Na2SiF6粉末1％。配制藥粉500克。所取粉末的粒度為能通過20目的篩子。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的H08A冷軋鋼帶槽中，填充率為38％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為4.2mm、3.6mm、3..4mm、3.15mm、2.95mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.0mm。堆焊層熔敷金屬硬度及相對(duì)耐磨性見表2。
2.選用16×0.4(寬度為16mm，厚度為0.4mm)的H08A冷軋鋼帶。先將其軋成U形。高碳鉻鐵粉末50％(質(zhì)量百分比，下同)、TiB2粉末12％、75#硅鐵6％、金屬錳粉末9％、硼鐵粉末5％、硅灰石粉末2％、鋯英石粉末4％、天然金紅石粉末5％、Na2CO3粉末1％、NaF粉末3％、Na2SiF6粉末3％。配制藥粉500克。所取粉末的粒度為能通過60目的篩子。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的H08A冷軋鋼帶槽中，填充率為45％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為5.0mm、4.6mm、4.2mm、3.6mm、3..4mm、3.15mm、2.95mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.4mm。堆焊層熔敷金屬硬度及相對(duì)耐磨性見表2。
3.選用18×0.5(寬度為18mm，厚度為0.5mm)的H08A冷軋鋼帶。先將其軋成U形。高碳鉻鐵粉末55％(質(zhì)量百分比，下同)、TiB2粉末8％、75#硅鐵5％、金屬錳粉末7％、硼鐵粉末4％、硅灰石粉末3％、鋯英石粉末3％、天然金紅石粉末9％、Na2CO3粉末2％、LiF粉末3％、Na2SiF6粉末1％。配制藥粉500克。所取粉末的粒度為能通過100目的篩子。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的H08A冷軋鋼帶槽中，填充率為50％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.bmm、4.2mm、3.6mm、3..4mm、3.15mm、2.95mm、2.8mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.8mm。堆焊層熔敷金屬硬度及相對(duì)耐磨性見表2。
4.選用20×0.6(寬度為20mm，厚度為0.6mm)的H08A冷軋鋼帶。先將其軋成U形。高碳鉻鐵粉末60％(質(zhì)量百分比，下同)、TiB2粉末5％、75#硅鐵4％、金屬錳粉末5％、硼鐵粉末3％、硅灰石粉末1％、鋯英石粉末5％、天然金紅石粉末15％、Na2CO3粉末1％、Na2SiF6粉末1％。配制藥粉500克。所取粉末的粒度為能通過120目的篩子。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的H08A冷軋鋼帶槽中，填充率為58％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為6.4mm、6.0mm、5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、3.6mm、3..4mm、3.2mm、的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到3.2mm。堆焊層熔敷金屬硬度及相對(duì)耐磨性見表2。
圖1和表2所打硬度均采用HR-150A洛氏硬度機(jī)，載荷為150kg，對(duì)堆焊層打硬度，最后得到該焊絲堆焊層的平均洛氏硬度值。
磨粒磨損實(shí)驗(yàn)試樣尺寸57mm×25.5mm×6mm。試樣切好后，在磨床上磨光表面，同時(shí)保證磨損面和基面相互平行。圖3為磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)原理示意圖。
試驗(yàn)原理試驗(yàn)時(shí)裝上60邵爾硬度的橡膠輪，并將預(yù)磨損試樣置于夾具桿的試樣槽內(nèi)，使試樣堆焊層表面的正中對(duì)準(zhǔn)橡膠輪緣，施加一個(gè)載荷，通過杠桿作用，使磨損表面受到一個(gè)正壓力。利用轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輪帶動(dòng)與水混合的石英砂磨粒對(duì)堆焊層產(chǎn)生磨損，通過測定磨損試樣的失重來確定堆焊層的耐磨性能。磨損后用萬分之一光學(xué)分析天平測量磨損試樣的磨損量。
實(shí)驗(yàn)條件橡膠輪轉(zhuǎn)速240rpm；橡膠輪直徑176mm；橡膠輪硬度60(邵爾硬度)；水1000克，磨料為1500克、40～70目石英砂；載荷7kg，磨損時(shí)間4分20秒，橡膠輪總轉(zhuǎn)數(shù)1000轉(zhuǎn)。
本實(shí)驗(yàn)采用45#淬火鋼(HRC51.5)作為標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行比較。

表1 TiB2的各項(xiàng)性能一覽表。

表2各實(shí)施例堆焊層熔敷金屬的硬度HRC與相對(duì)耐磨性

權(quán)利要求
1.一種高硬度高耐磨自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述的藥芯包括以下質(zhì)量百分比含量的物質(zhì)45～60％高碳鉻鐵，5～15％TiB2，4～8％75#硅鐵，5～10％Mn，2～5％硼鐵，1～3％硅灰石，2～5％ ZrO2，5～15％ TiO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度高耐磨自保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述的藥芯還包括以下質(zhì)量百分比含量的物質(zhì)Na2CO30～3％，Na2SiF60～3％.NaF0～3％.LiF0～3％。
全文摘要
一種高硬度高耐磨自保護(hù)堆焊藥芯焊絲屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域。本發(fā)明提供的藥芯焊絲，所述的藥芯成分質(zhì)量百分比含量如下45～60％高碳鉻鐵，5～15％TiB
文檔編號(hào)B23K9/04GK1478632SQ0315313
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者栗卓新, 蔣旻, 蔣建敏, 魏琪, 賀定勇 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)