CN100441366C - Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝 - Google Patents

Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝属于材料加工工程中的焊接领域。现有Cr13系列堆焊材料，存在材料浪费率高、生产效率低，或设备复杂，成本高的问题。本发明提供一种高氟化物Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝，特征在于，所述药芯成分质量百分含量范围如下：氟化钙：10～20%；氟化钡：10～20%；碳酸钠：1～2%；金属铬：30～40%；铁粉：3～10%；金属锰：3～5%；高碳铬铁：0～6%；Al-Mg合金：8～14%；钛酸钾：3～7%；镁砂：2～5%。本发明所提供的药芯焊丝在熔敷金属成分及性能满足要求的基础上，具有电弧稳定，挺度好，焊缝成型好，熔渣覆盖好且易于脱渣，焊接过程自保护效果良好等特点。

Description

Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域，是利用碳钢钢带包裹合金粉末制造熔敷金属为Cr13系列1Cr13和2Cr13型的自保护药芯焊丝。该发明主要应用于工作在耐热、耐腐蚀、抗磨损工作条件下的轴类、阀门类等材料的修复焊接。
背景技术
近年来，再制造技术得到极大发展和广泛应用，通过堆焊方法对工作在恶劣条件下的大型零件进行修复，恢复其使用性能，延长使用寿命，极大的节约了资源，降低生产成本。Cr13型不锈钢具有良好的耐蚀、耐热和耐磨综合性能，轮轴，耐压容器阀门，水轮机叶片等重要零件生产中具有广泛应用。采用堆焊方法过渡合金元素在这些部件的生产及维修过程中非常普遍。目前Cr13型堆焊焊接材料以焊条为主，工作效率低，材料浪费率高，药芯焊丝的应用主要集中在金属芯或气保护药芯焊丝领域，设备成本及材料成本相对较高，应用场合也有一定限制。在焊接过程中，溶入到焊缝中的氢是诱导裂纹产生的重要因素，并且具有延迟性，很有可能在焊后一两年内的任何时间产生裂纹，十分危险。
针对上述情况，开发一种高氟化物碱性渣系自保护药芯焊丝。通过碳钢钢带H08A包裹合金粉末过渡合金元素，通过适当调整含碳量，使熔敷金属达到为1Cr13或2Cr13不锈钢的要求，其特点在于用碳钢带做钢皮，达到Cr13的成分要求；较多的氟化物作为造渣物质，并能达到良好的熔渣覆盖，有效的对合金元素的过渡进行渣保护，控制扩散氢含量，降低使用过程中产生延迟裂纹的可能；特别是材料成本相对较低，应用场合灵活，设备简单，生产效率好，焊接工艺良好，具有很好的市场开发前景。
高氟化物碱性渣系自保护堆焊药芯焊丝的研制在国内外尚未见相关的专利报道。
发明内容
本发明所要解决的问题是依靠碳钢带包裹合金粉末制造药芯焊丝，焊接时无须外加气体保护，使熔敷金属达到1Cr13或2Cr13不锈钢的成分要求，硬度指标1Cr13达到HRC≥40，2Cr13达到HRC≥45要求，具有良好的工艺性能，如熔渣覆盖性、脱渣性、电弧稳定性、低飞溅性能。在高氟化物条件下，能够具有良好的抗气孔能力及电弧稳定性。
一种高氟化物Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯成分质量百分含量范围如下：
氟化钙：10～20％；氟化钡：10～20％；碳酸钠：1～2％；金属铬30～40％；铁粉：3～10％；金属锰：3～5％高碳铬铁：0～6％；Al-Mg合金：8～14％；钛酸钾：3～7％；镁砂2～5％。
氟化钙：造渣物质，稀渣剂，有利于降低扩散氢含量。
氟化钡：造渣物质，有利于提高渣熔点，同时支持短弧焊接，改善熔渣覆盖性、脱渣性及焊缝成型。
碳酸钠：造气、造渣、同时具备一定的稳弧作用。
金属铬：向焊缝过渡合金元素。
Fe粉：向焊缝过渡金属，改善导电率。
金属锰：脱氧、脱硫，向焊缝过渡合金元素，脱氧产物进入熔渣。
高碳铬铁：向焊缝过渡合金元素，调整熔敷金属碳含量。质量百分含量为0～3％时，熔敷金属满足1Cr13成分要求；质量百分含量为3～6％时，熔敷金属成分满足2Cr13成分要求。
Al-Mg合金粉：主要作用是脱氧、定氮，保护铬等有益合金元素的过渡。脱氧后生成的Al2O3、MgO具有造渣作用。
钛酸钾：主要作用是细化熔滴，降低飞溅。
镁砂：高熔点物质有利于调整熔渣的熔点，改善熔渣覆盖性。
本发明所提供的药芯焊丝具有电弧稳定，挺度好，焊缝成型好，熔渣覆盖好且易于脱渣，焊接过程自保护效果良好等特点。此焊丝主要用于承载轴类、阀门类、水轮机叶片等部件的表面堆焊、补焊及修复，具有一定的耐热、耐腐蚀、抗磨损性能。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：
1、将钢带轧成U形，向U形槽中加入占本发明焊丝总重的20～30％的本发明药粉；
2、将U形槽合口，使药粉包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm，得到最终产品。
具体实施方式：
所有实施例焊丝都是采用昆明重机厂生产的“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”制造。选用宽度为10～14mm，厚度为0.3～0.4mm的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形，再向U形槽中加入粒度为40～80目的混合药粉，加粉系数(药粉重量占焊丝总重的百分率)为20～30％。然后将U形槽合口，使药粉包裹其中。具体实施方案如下：
实施例1：选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形。将氟化钙粉末10克、氟化钡粉末20克，碳酸钠粉末1克、金属铬粉末30克、铁粉8克、金属锰粉末5克、高碳铬铁粉末3克、铝镁合金粉末14克、钛酸钾粉末7克、镁砂粉末2克(所取粉末均通过60目分样筛)混合。在混粉机中充分混合均匀，加入U形槽中，使加粉系数为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.3mm、3.15mm、2.95mm、2.7mm、2.5mm、2.3mm、2.1mm、1.96mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm。在无保护气体条件下焊接，堆焊四层，焊接电流为250～350A，焊接电压26～30V，焊接速度为0.5m/min，层间温度控制150～300℃。焊后检查气孔、裂纹、测定脱渣率、堆焊层熔敷金属硬度及相对耐磨性，见表1。
实施例2：选用14×0.4(宽度为14mm，厚度为0.4mm)的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形。将氟化钙粉末15克、氟化钡粉末15克、碳酸钠粉末2克、金属铬粉末35克、铁粉5克、金属锰粉末4克、高碳铬铁粉末6克、铝镁合金粉末8克、钛酸钾粉末5克、镁砂粉末5克(所取粉末均通过80目分样筛)混合。在混粉机中充分混合均匀，加入U形槽中，使加粉系数为20％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.3mm、3.15mm、2.95mm、2.7mm、2.5mm、2.3mm、2.1mm、1.96mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm。在无保护气体条件下焊接，焊接电流为250～350A，焊接电压26～30V，焊接速度为0.5m/min，层间温度控制150～300℃。焊后检查气孔、裂纹、测定脱渣率、堆焊层熔敷金属硬度及相对耐磨性，见表1。
实施例3：选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形。将氟化钙粉末10克、氟化钡粉末20克，碳酸钠粉末1.5克、金属铬粉末40克、铁粉3克、金属锰粉末4克、高碳铬铁粉末4.5克、铝镁合金粉末10克、钛酸钾粉末4克、镁砂粉末3克(所取粉末均通过80目分样筛)混合。在混粉机中充分混合均匀，加入U形槽中，使加粉系数为25％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.25mm、2.1mm、1.96mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm。在无保护气体条件下焊接，焊接电流为250～350A，焊接电压26～30V，焊接速度为0.5m/min，层间温度控制150～300℃。焊后检查气孔、裂纹、测定脱渣率、堆焊层熔敷金属硬度及相对耐磨性，见表1。
实施例4：选用14×0.3(宽度为14mm，厚度为0.3mm)的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形。将氟化钙粉末10克、氟化钡粉末20克，碳酸钠粉末1克、金属铬粉末30克、铁粉8克、金属锰粉末5克、高碳铬铁粉末3克、铝镁合金粉末14克、钛酸钾粉末7克、镁砂粉末2克(所取粉末均通过60目分样筛)混合。在混粉机中充分混合均匀，加入U形槽中，使加粉系数为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.3mm、3.15mm、2.95mm、2.7mm、2.5mm、2.3mm、2.1mm、1.96mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm。在无保护气体条件下焊接，堆焊四层，焊接电流为250～350A，焊接电压26～30V，焊接速度为0.5m/min，层间温度控制150～300℃。焊后检查气孔、裂纹、测定脱渣率、堆焊层熔敷金属硬度及相对耐磨性，见表1。
实施例5：选用14×0.4(宽度为14mm，厚度为0.4mm)的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形。将氟化钙粉末15克、氟化钡粉末15克、碳酸钠粉末2克、金属铬粉末36克、铁粉9克、金属锰粉末4克、高碳铬铁粉末0克、铝镁合金粉末8克、钛酸钾粉末6克、镁砂粉末5克(所取粉末均通过80目分样筛)混合。在混粉机中充分混合均匀，加入U形槽中，使加粉系数为20％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：4.2mm、3.6mm、3.3mm、3.15mm、2.95mm、2.7mm、2.5mm、2.3mm、2.1mm、1.96mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm。在无保护气体条件下焊接，焊接电流为250～350A，焊接电压26～30V，焊接速度为0.5m/min，层间温度控制150～300℃。焊后检查气孔、裂纹、测定脱渣率、堆焊层熔敷金属硬度及相对耐磨性，见表1。
实施例6：选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的H08碳钢钢带。先将其轧制成U形。将氟化钙粉末10克、氟化钡粉末20克，碳酸钠粉末1.5克、金属铬粉末40克、铁粉3克、金属锰粉末4克、高碳铬铁粉末1.5克、铝镁合金粉末12克、钛酸钾粉末5克、镁砂粉末3克(所取粉末均通过80目分样筛)混合。在混粉机中充分混合均匀，加入U形槽中，使加粉系数为25％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.25mm、2.1mm、1.96mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm。在无保护气体条件下焊接，焊接电流为250～350A，焊接电压26～30V，焊接速度为0.5m/min，层间温度控制150～300℃。焊后检查气孔、裂纹、测定脱渣率、堆焊层熔敷金属硬度及相对耐磨性，见表1。
脱渣率的测定采用45°V型坡口内堆焊的落锤法试验，试板开V型坡口，钢球重3Kg，平板堆焊时，从背面锤击焊道正对位置。坡口内焊接时，试验架高度调至1000mm，堆焊后立即用钢球砸击焊道背面，砸击5次。脱渣率按式(1)计算。脱渣率见表1。
D = L - ( L 0 + 0.5 L 1 + 0.2 L 2 ) L × 100 % - - - ( 1 )
式中：D——脱渣率(％)；
L——焊道总长度(mm)；
L0——未脱渣长度(mm)；
L1——严重粘渣长度(mm)；
L2——轻微粘渣长度(mm)
表1所打硬度采用HR-150A洛氏硬度机，载荷为150kg，对每一堆焊层取六点打硬度，最后得到该焊丝堆焊层的平均洛氏硬度值。
表1实施例效果
Figure C20071006344900081

Claims (1)

1、一种Cr13系列堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯成分质量百分含量范围如下：
氟化钙：10～20％；氟化钡：10～20％；碳酸钠：1～2％；金属铬30～40％；铁粉：3～10％；金属锰：3～5％高碳铬铁：0～6％；Al-Mg合金：8～14％；钛酸钾：3～7％；镁砂2～5％。
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