CN101497152A

CN101497152A - 一种回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝

Info

Publication number: CN101497152A
Application number: CNA2009100143907A
Authority: CN
Inventors: 孙俊生; 王冶; 朱强
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: CN101497152B

Abstract

本发明公开了一种回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，焊丝纵向横截面形状为“O”形，直径为Φ4.2～ Φ6.0mm，纵向长度随意确定；所述药芯焊丝壁厚为0.1～0.8mm，壁接口为咬口连接；所述药芯焊丝壁内包有粒度为－50～+200目的粉末材料或粉末材料加钢丝，其中钢丝位于药芯焊丝纵向横截面的几何中心处，并沿焊丝纵向布放，与所述药芯焊丝等长。本发明的药芯焊丝熔敷效率高，适用于埋弧堆焊、或者明弧堆焊、或者气体保护电弧堆焊等方式，使生产率得到极大提高。

Description

一种回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，尤其涉及一种回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝。

背景技术

在金属材料或零件表面采用堆焊工艺熔敷耐磨、耐蚀等特殊性能的金属层，赋予表面以特殊的性能，对于延长零件寿命，降低材料消耗具有重要工程意义，该工艺已广泛应用于国民经济的各部门。堆焊所用的焊接材料有药皮焊条、实芯焊丝和药芯焊丝，其中药皮焊条电弧堆焊具有操作简单、灵活方便等优点，缺点是效率低；实芯焊丝刚度大、易送丝、工艺性能好，但过渡的合金元素量有限；药芯焊丝成分调节极为方便，根据需要可获得不同成分的堆焊合金，药芯焊丝可以采用埋弧、明弧、气体保护电弧等堆焊工艺，而这些堆焊工艺具有熔敷效率高，适于自动堆焊，便于工业化生产等优点。因此，堆焊用药芯焊丝代表了堆焊焊接材料的发展方向。

堆焊药芯焊丝的直径一般不大于Φ4.0mm，如《热加工工艺》杂志，2007年第3期刊登的论文“堆焊用药芯焊丝生产过程中的质量控制”中，指出粗直径硬面埋弧堆焊用药芯焊丝的直径为Φ3.2～Φ4.0mm，直径最大为4.0mm。《中国表面工程》杂志，2007年第4期刊登的论文“高铬铸铁耐磨堆焊埋弧药芯焊丝研究”，耐磨堆焊埋弧药芯焊丝的直径亦为Φ4.0mm。公开号CN1714986A的发明专利“高铬铸铁自保护堆焊药芯焊丝及其使用方法”，公开的堆焊药芯焊丝的直径为Φ3.2～Φ4.0mm。《江苏冶金》杂志，2008年第4期刊登的论文“冷轧工作辊修复与再制造技术”中，冷轧工作辊使用的药芯焊丝直径为3.2mm。《焊接》杂志，2007年第1期刊登的论文“堆焊药芯焊丝的研制”中，轧辊堆焊用的药芯焊丝直径为4.0mm。公开号为CN101003104的发明专利“一种型材轧辊堆焊修复工艺”，轧辊堆焊所用的过渡层和工作层药芯焊丝直径均为4.0mm。目前市场上的堆焊药芯焊丝，其横截面为“O”形，接口为搭接连接，属于有缝药芯焊丝，在使用过程中药粉容易吸潮，影响焊接工艺性能和焊缝的内在质量，甚至在焊缝内部产生气孔等焊接缺陷。无缝药芯焊丝虽然具有不吸潮，焊接质量高等优点，但制造工艺复杂，市场上比较少见。

在市场上供应的堆焊药芯焊丝直径最大为4.0mm的情况下，为了提高堆焊效率，人们开发了双丝、多丝埋弧焊，通过复杂的焊接设备达到了提高堆焊效率的目的。虽然用户使用的埋弧焊机在设计时，可以采用最大直径为Φ6.0mm的焊丝，但市场上直径超过Φ4.0mm的焊丝很少见。

随着机械零部件使用工况的日益苛刻，对耐磨材料的要求提高，对熔敷效率更高、不吸潮、低成本、使用方便的堆焊材料的需求也更加迫切。

发明内容

针对现有堆焊药芯焊丝直径不超过4.0mm，有缝容易吸潮等弊端，本发明提供了一种高熔敷效率的大直径堆焊药芯焊丝，即一种回转体(轧辊)或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝。

本发明的技术构思是：将横截面为U形的低碳钢钢带内包适于回转体或耐磨复合板堆焊用的药粉或者药粉加钢丝(见图1和图2)，接口以咬口连接，使其横截面为“O”形，采用轧-拔工艺将其直径减至Φ4.2～Φ6.0mm，得到回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝成品。

本发明的回转体(轧辊)或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，包括低碳钢管壁和被包于其内的药粉或药粉加钢丝；其特征是：所述药芯焊丝纵向横截面形状为“o”形，直径为Φ4.2～Φ6.0mm，纵向长度随意确定；所述药芯焊丝壁厚为0.1～0.8mm，壁接口为咬口连接，连接部位的宽度为0.5mm～5mm；所述药粉是如下重量份的粒度为-50～+200目的粉末材料：高碳铬铁2～70份、金属铬0～35份、钒铁5～35份、75#硅铁1～8份、硅钙合金0～5份、高碳锰铁1～10份、铝镁合金2～10份、硼铁0～16份、钛铁1～10份、铌铁0～6份、钼铁1～10份、金属镍0～5份、石墨0～10份、铁粉0～50份、纯碱0～2份、碳酸钾0～2份、金红石0～4份、萤石0～5份；所述钢丝直径为0.8～1.6mm，位于药芯焊丝纵向横截面的几何中心处，并沿焊丝纵向布放，与所述药芯焊丝等长。

其中：所述药芯焊丝的管壁选H08A、SPCC或H08Al低碳钢钢带制备。

优选的实施方式是：所述药芯焊丝的管壁选壁厚为0.1～0.8mm，宽度为20～35mm的H08A钢带制备；其化学成分以重量比计为：C不大于0.1％、Si不大于0.03％、Mn为0.3％～0.55％、Cr不大于0.1％、Ni不大于0.25％、S不大于0.03％、P不大于0.03％、余为Fe。

上述药粉粉末材料中，高碳铬铁的成分以重量比计Cr不小于50％，C为4～9％，Si不大于5％，余为Fe；金属铬的成分以重量比计Cr量不小于95％；钒铁的成分以重量比计是50％V，0.2％C，2％Si，0.8％Al，余为Fe；75#硅铁的成分以重量比计是74.0～80.0％Si，0.1％C，余为Fe；硅钙合金的成分以重量比计Ca不小于24％，Si+Ca不小于80％；高碳锰铁的成分以重量比计Mn不小于76％，C不大于7％，Si不大于2.5％，余为Fe；铝镁合金是铝：镁质量比为3：2的合金粉末；硼铁的成分以重量比计是17～19％B，0.5％C，4％Si，0.5％Al，余为Fe；钛铁的成分以重量比计是23～35％Ti，8.5％Al，5％Si，2.5％Mn，余为Fe；铌铁的成分以重量比计是70％Nb，3％Al，5％Si，余为Fe；钼铁的成分以重量比计是50％Mo，3％Si，余为Fe；金属镍的成分以重量比计Ni不小于98％；石墨的成分以重量比计是94～99％C；纯碱的成分以重量比计Na₂CO₃含量不小于90％；碳酸钾的成分以重量比计K₂CO₃含量不小于95％；金红石的成分以重量比计TiO₂含量不小于92％；萤石的成分以重量比计CaF₂大于96％。

以上所述药粉的成分中允许含有加工过程中难以去除的不影响其性能的杂质。本发明添加药粉各组分的作用如下：

高铬铸铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素。

金属铬的作用是向堆焊金属过渡合金元素。

钒铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素，细化晶粒，强韧化堆焊金属。

硅铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素，脱氧。

硅钙合金的作用是脱氧，过渡合金元素。

高碳锰铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素，脱氧，形成保护气氛。

铝镁合金的作用是脱氧、脱氮。

硼铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素。

钛铁的作用是脱氧、脱氮，细化晶粒，提高韧性。

铌铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素。

钼铁的作用是向堆焊金属过渡合金元素。

金属镍的作用是堆焊金属过渡合金元素。

石墨的作用是向堆焊金属过渡C，在焊接过程中脱氧形成保护气氛。

铁粉的作用是提高药芯焊丝熔敷速度，调节堆焊金属的成分，形成堆焊金属。

萤石的作用是在堆焊过程中调整渣的性质，改善焊缝成型。

金红石的作用在堆焊过程中调整渣的性质，改善焊缝成型。

纯碱和碳酸钾的作用是稳弧，改善焊接工艺性能。

上述钢丝选用焊接用H08A钢丝。其作用是使焊接电流在药芯焊丝的横截面上的分布更加均匀，提高电弧的稳定性和药芯焊丝熔化的均匀性。当不填加钢丝，药芯焊丝的工艺性能良好时，可以不填加钢丝。

本发明所述回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝的制备方法，步骤是：

(1)选用壁厚为0.1～0.8mm，宽度为20～35mm的市售低碳钢钢带，利用常规炼钢用包芯线生产设备，沿钢带长度方向(纵向)将其轧制成横截面为U形；

(2)向上述U形糟中加入药粉，填充率为20％～60％(填充率为药粉质量与药粉、钢带和钢丝质量之和的比值)，其中：所述药粉是如下重量份的粒度为-50～+200目的粉末材料：高碳铬铁2～70份、金属铬0～35份、钒铁5～35份、75#硅铁1～8份、硅钙合金0～5份、高碳锰铁1～10份、铝镁合金2～10份、硼铁0～16份、钛铁1～10份、铌铁0～6份、钼铁1～10份、金属镍0～5份、石墨0～10份、铁粉0～50份、纯碱0～2份、碳酸钾0～2份、金红石0～4份、萤石0～5份。

上述药粉配比根据堆焊金属的成分设计选定，采用常规的混粉机混粉8～30分钟后应用；

(3)根据需要，可以在U形糟内的药粉中间沿钢带长度方向布放一直径为0.8～1.6mm、与所述钢带等长的钢丝，钢丝位于成型后钢带纵向横截面的几何中心。在保证药芯焊丝焊接工艺性能的前提下，也可以不填加钢丝；

(4)将填充药粉或者药粉加钢丝后的横截面为U形的钢带横向边以咬口形式连接(见图1和图2)，使药粉或药粉加钢丝包裹于钢带内，形成包有药粉或药粉加钢丝的钢管，并通过冷轧减径，得到药芯焊丝坯料；药芯焊丝坯料的直径与所选钢带的宽度有关，咬口连接部位的宽度为0.5～5mm；

(5)通过拉丝摸，将药芯焊丝坯料逐道拉拔、减径，最后使其直径达到Φ4.2～Φ6.0mm；

(6)将步骤(5)所得的药芯焊丝任意截取或缠绕成盘，即得回转体(轧辊)或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝产品。

其中：上述堆焊用内含钢丝的药芯焊丝的制备方法中：步骤(1)所述低碳钢钢带优选H08A钢带；步骤(3)所述钢丝优选焊接用钢丝H08A。

在通过轧-拔工艺减径获得成品的过程中，咬口连接部位的密封作用增强，其抗吸潮性能优于目前搭接接口的药芯焊丝。

本发明的回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝适用于埋弧堆焊、或者明弧堆焊、或者气体保护电弧堆焊等方式。

本发明的大直径药芯焊丝并不限于回转体或耐磨复合板堆焊，也可用于其他部件的堆焊。

本发明所述回转体(轧辊)或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝的应用和实施具有如下明显效果：

(1)堆焊药芯焊丝的直径较大，熔敷效率高，堆焊的生产率得到极大提高。

(2)大直径药芯焊丝的横截面采用咬口连接，抗吸潮能力提高。

(3)堆焊金属的成分可以通过改变药芯焊丝药粉的成分调整，使堆焊用药芯焊丝的种类增多，应用范围扩大。

(4)大直径药芯焊丝使用现有的包芯线设备生产，具有工艺简单、设备投资少、生产成本低的特点，克服了堆焊用实芯焊丝难以生产的弊端，解决了药芯焊丝生产设备投资大、生产成本高、价格昂贵的问题。

(5)本发明的大直径药芯焊丝可以是任意长度，亦可缠绕成盘，适于连续自动堆焊，可以用埋弧堆焊、或者明弧堆焊、或者气体保护电弧堆焊，适用的堆焊方法较多。

(6)大直径药芯焊丝内含的钢丝使焊接电流在药芯焊丝横截面上分布更加均匀，提高了电弧的稳定性和药芯焊丝熔化的均匀性。

附图说明

图1示加药粉后的并以咬口形式连接的大直径药芯焊丝的横截面。

其中：1药粉，2呈“O”形的钢管。

图2示加药粉和钢丝后的并以搭接形式连接的大直径药芯焊丝的横截

其中：1药粉，2呈“O”形的钢管，3钢丝。

具体实施方式

实施例1：

(1)选用壁厚为0.4mm，宽度为35mm的市售H08A钢带，利用常规炼钢用包芯线生产设备，沿钢带长度方向(纵向)将其轧制成横截面为U形；

(2)向上述U形糟中加入药粉，填充率为50％(填充率为药粉质量与药粉和钢带质量之和的比值)，其中：所述药粉的粒度为-50～+200目，药粉成分以重量份计，包含60份高碳铬铁、9份钒铁、4份75#硅铁、1份硅钙合金，1份高碳锰铁、3份铝镁合金、5份硼铁、4份钛铁、6份钼铁、1纯碱、2金红石。

上述药粉采用常规的混粉机混粉12分钟后应用；

(3)同时，在U形糟内的药粉中间沿钢带长度方向布放一直径为0.8mm的、与所述钢带等长的H08A钢丝，钢丝位于成型后钢带纵向横截面的几何中心；

(4)将填充药粉加钢丝后的横截面为U形的钢带横向边以咬口形式连接(见图2)，使药粉加钢丝包裹于钢带内，形成包有药粉加钢丝的钢管，并通过冷轧减径到Φ8.0mm，得到药芯焊丝坯料，咬口连接部位的宽度为1.5mm。

(5)通过拉丝摸，将药芯焊丝坯料经过7.5mm、7.0mm、6.6mm、6.3mm、6.0mm道次的拉拔、减径，最后使其直径达到Φ6.0mm。

(6)将步骤(5)所得的药芯焊丝缠绕成盘，即得用于堆焊的大直径堆焊用药芯焊丝产品。

使用以上制得的药芯焊丝，采用明弧焊工艺堆焊，堆焊电流选用330A～350A，试板材质为Q345、尺寸为200mm×100mm×20mm，单道单层堆焊，堆焊层厚度为4mm。堆焊金属的室温平均硬度为58HRC。堆焊金属属于高铬铸铁类耐磨合金，在基体上分布有碳化物和硼化物抗磨相，适用于低冲击载荷工况的磨料磨损。

用上述药芯焊丝在厚度为20mm的Q345基板上明弧堆焊制成耐磨复合钢板，耐磨层厚度为4mm，用耐磨复合钢板制造钢铁企业烧结厂、原料厂的耐磨部件，工作温度为室温，表现出良好的抗磨性能，寿命比铸钢件提高3～4倍以上。

实施例2：

(1)选用壁厚为0.45mm，宽度为32mm的市售H08A钢带，利用常规炼钢用包芯线生产设备，沿钢带长度方向(纵向)将其轧制成横截面为U形；

(2)向上述U形糟中加入药粉，填充率为52％(填充率为药粉质量与药粉和钢带质量之和的比值)，其中：所述药粉的粒度为-50～+200目，药粉成分以重量份计，包含68份高碳铬铁、10份钒铁、2份75#硅铁、2份硅钙合金，1份高碳锰铁、2份铝镁合金、12份硼铁、3份钛铁、3份钼铁、4份石墨、1份金红石。

上述药粉采用常规的混粉机混粉10分钟后应用；

(3)将填充药粉后的横截面为U形的钢带横向边以咬口形式连接(见图1)，使药粉包裹于钢带内，形成包有药粉的钢管，并通过冷轧减径到Φ8.0mm，得到药芯焊丝坯料，咬口连接部位的宽度为1.5mm。

(4)通过拉丝摸，将药芯焊丝坯料经过7.2mm、6.5mm、5.8mm、5.2mm、4.8mm、4.5mm道次的拉拔、减径，最后使其直径达到Φ4.5mm。

(5)将步骤(4)所得的药芯焊丝缠绕成盘，即得用于堆焊的大直径堆焊用药芯焊丝产品。

使用以上制得的药芯焊丝，采用埋弧焊工艺堆焊，堆焊的电流选用280A～300A，电压为30V～38V，堆焊速度为50cm/min，焊剂为260，试板材质为Q345、尺寸为300mm×100mm×20mm，单道单层堆焊，堆焊层厚度为4mm。堆焊金属的室温平均硬度为61HRC。堆焊金属属于高铬铸铁类耐磨合金，在基体上分布有碳化物和硼化物抗磨相，适用于低冲击载荷工况的磨料磨损。

用上述药芯焊丝在厚度为20mm的Q345基板上埋弧堆焊制成耐磨复合钢板，耐磨层厚度为4mm，将耐磨复合钢板加工成耐磨块安装在装载机料斗底部，用于河砂开采，在湿河砂强烈磨料磨损的工况下，抗磨性大大提高，寿命由采用25CrMnMo铸钢件的2个月提高到半年以上。

实施例3：

(1)选用壁厚为0.45mm，宽度为35mm的市售H08A钢带，利用常规炼钢用包芯线生产设备，沿钢带长度方向(纵向)将其轧制成横截面为U形；

(2)向上述U形糟中加入药粉，填充率为45％(填充率为药粉质量与药粉、钢带和钢丝三者质量之和的比值)，其中：所述药粉的粒度为-50～+200目，药粉成分以重量份计，包含2份高碳铬铁、15份金属铬、5份钒铁、1份75#硅铁、2份高碳锰铁、2份铝镁合金、1份钛铁、1份钼铁、1份金属镍、30份铁粉、2份金红石。

上述药粉采用常规的混粉机混粉14分钟后应用；

(4)将填充药粉后的横截面为U形的钢带横向边以咬口形式连接(见图2)，使药粉加钢丝包裹于钢带内，形成包有药粉加钢丝的钢管，并通过冷轧减径到Φ8.0mm，得到药芯焊丝坯料，咬口连接部位的宽度为1.2mm。

使用以上制得的药芯焊丝，采用埋弧焊工艺堆焊连铸辊，堆焊金属为Cr13系不锈钢，堆焊的电流选用340A～360A，电压为30V～38V，堆焊速度为50cm/min，焊剂为260，单道单层堆焊，堆焊层厚度为4mm。堆焊金属的室温平均硬度为50HRC，具有良好的耐金属间磨损和耐热疲劳龟裂性能，大大提高了连铸辊的寿命。

Claims

1.一种回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，包括低碳钢管壁和被包于其内的药粉或药粉加钢丝；其特征是：所述药芯焊丝纵向横截面形状为“O”形，直径为Φ4.2～Φ6.0mm，纵向长度随意确定；所述药芯焊丝壁厚为0.1～0.8mm，壁接口为咬口连接，连接部位的宽度为0.5mm～5mm；所述药粉是如下重量份的粒度为-50～+200目的粉末材料：高碳铬铁2～70份、金属铬0～35份、钒铁5～35份、75#硅铁1～8份、硅钙合金0～5份、高碳锰铁1～10份、铝镁合金2～10份、硼铁0～16份、钛铁1～10份、铌铁0～6份、钼铁1～10份、金属镍0～5份、石墨0～10份、铁粉0～50份、纯碱0～2份、碳酸钾0～2份、金红石0～4份、萤石0～5份；所述钢丝直径为0.8～1.6mm，位于药芯焊丝纵向横截面的几何中心处，并沿焊丝纵向布放，与所述药芯焊丝等长。

2.如权利要求1所述的回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，其特征是：所述药芯焊丝的管壁选H08A、SPCC或H08Al低碳钢钢带制备。

3.如权利要求2所述的回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，其特征是：所述药芯焊丝的管壁选壁厚为0.1～0.8mm，宽度为20～35mm的H08A钢带制备；其化学成分以重量比计为：C不大于0.1％、Si不大于0.03％、Mn为0.3％～0.55％、Cr不大于0.1％、Ni不大于0.25％、S不大于0.03％、P不大于0.03％、余为Fe。

4.如权利要求1所述的回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，其特征是：所述药粉粉末材料中，高碳铬铁的成分以重量比计Cr不小于50％，C为4～9％，Si不大于5％，余为Fe；金属铬的成分以重量比计Cr量不小于95％；钒铁的成分以重量比计是50％V，0.2％C，2％Si，0.8％Al，余为Fe；75#硅铁的成分以重量比计是74.0～80.0％Si，0.1％C，余为Fe；硅钙合金的成分以重量比计Ca不小于24％，Si+Ca不小于80％；高碳锰铁的成分以重量比计Mn不小于76％，C不大于7％，Si不大于2.5％，余为Fe；铝镁合金是铝：镁质量比为3∶2的合金粉末；硼铁的成分以重量比计是17～19％B，0.5％C，4％Si，0.5％Al，余为Fe；钛铁的成分以重量比计是23～35％Ti，8.5％Al，5％Si，2.5％Mn，余为Fe；铌铁的成分以重量比计是70％Nb，3％Al，5％Si，余为Fe；钼铁的成分以重量比计是50％Mo，3％Si，余为Fe；金属镍的成分以重量比计Ni不小于98％；石墨的成分以重量比计是94～99％C；纯碱的成分以重量比计Na₂CO₃含量不小于90％；碳酸钾的成分以重量比计K₂CO₃含量不小于95％；金红石的成分以重量比计TiO₂含量不小于92％；萤石的成分以重量比计CaF₂大于96％。

5.如权利要求1所述的回转体或耐磨复合板堆焊用大直径药芯焊丝，其特征是：所述钢丝选用焊接用H08A钢丝。