CN101920407B - 一种新型合金工具钢电焊条 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超低氢、高强度、高韧性、尤其高抗裂性能突出的合金工具钢电焊条，包括焊芯和焊条药皮组成物，焊条药皮组成物各组分的重量百分比为：大理石35-45％；萤石20-30％；钛白粉2-4％；钛铁8-13％；碱0.5-1.5％；金属铬3-6％；金属锰4-8％；镍粉4-8％；钼铁3-6％；稀土硅2-6％；石英2-6％；长石2-6％；焊芯采用H08A钢或H08E钢，钾钠混合水玻璃作为粘接剂。本发明填补了超大型断面对接焊合金工具钢(5CrNiMo)结构所需电焊条的一项空白，同时也可以用于其它类高强度合金钢结构产品的焊接。本发明的电焊条具有优良的焊接工艺性能、很高的焊接强度、刚度、塑性和韧性。

Description

一种新型合金工具钢电焊条

技术领域

本焊条的研制为创新性，属于焊接材料技术领域，是一种超低氢高强度、高韧性的合金工具钢电焊条。其主要用于40Cr、45Cr、5CrNiMo为基体的硬度HRC＝32--36的锻造设备配置的模架、底座的焊接。其特征：适应于锻造恶劣环境条件下，具有高强度、高韧性，焊接整体性能好，抗拉强度大于等于1000MPa。

背景技术

在锻造行业中，模架是非常重要的工艺装备，其技术状态的优劣直接影响到模具的寿命和产品质量，尤其模架本体的特征具有：吨位大，2～30吨，造价昂贵，10～600万元，尺寸精度严，在生产使用中负荷重、环境条件恶劣。主要用于曲轴压力机和摩压机、高能和电动摩压机、冲床、各种压力机的模架失效修复，因此根据产品的形状结构、特点和锻造设备使用条件，其模架的基材具有很高的强度、刚度和良好的韧性，一般企业选材用于40Cr，40CrMo和5CrNiMo，经淬火，回火后HRC32-38。

对于模架的使用条件，恶劣和其它因素的影响，其失效机率较大，多是于塌陷断裂和产生较大的裂纹。

一般来讲多数企业对于塌陷的处理方法为整体下落，这种方法的主要是快、整体性好。但几经几次，其厚度尺寸接近于报废尺寸，就产生报废，经济损失大。对断裂也是常见的失效形式，多数企业对于断裂是束手无策的只能作报废处理。因为其费用昂贵，一般企业多数按设备只配备一套，一旦模架断裂，势必报废就必然产生在经济上、生产上造成极大的困境，若要新制就必然会因生产周期长，6-12个月以上，所以企业中对此现象十分棘手。也有不少企业，对于已产生的裂纹的模架进行堆焊修复的探索，都难以成功，主要原因是焊接焊条的工艺性能和焊接的工艺条件很难满足模架的修复条件，多数是焊后产生的裂纹难以解决，所以对此状况存在的解决具有极大的挑战性。根据市场调查，对解决模架断裂修复，需求适应性强、工艺性能好、抗裂性能高的焊条的呼声极高。按照国家的能源环保基本国策也极有利的趋势发展。必须要求研制出一种具备良好的焊接工艺性能和抗裂性能，同时具有很高的强度(＞1000MPa)、刚度、韧性同时还要具备在焊接修复过程中的工作难度和劳动强度的降低。

据此，选择了几种堆焊焊条，虽然强度、刚度、韧性都能满足，但是抗裂性差，劳动强度大、返工多、时间长。

发明内容

针对锻造行业各类压力机配置的模架断裂、塌陷所需的堆焊修复的焊条这一空白，本发明的目的是提供一种新型的电焊条，具体来讲是在于提供一种超低氢、高强度、高韧性、尤其高抗裂性能突出的合金工具钢焊条，这种新型焊条的工艺性能和焊接性能及修复后的适应性能都达到了模架的技术条件和工艺要求。

所述一种新型合金工具钢电焊条，包括焊芯和焊条药皮的组成物，各组分的重量百分比为：大理石35-45％，萤石20-30％，钛白粉2-4％，钛铁8-13％，碱0.5-1.5％，金属铬3-6％，金属锰4-8％，镍粉4-8％，钼铁3-6％，稀土硅2-6％，石英2-6％，长石2-6％；所述焊芯采用H08A钢或H08E钢。

所述的长石一般选用钾长石。

所述电焊条选用钾钠混合水玻璃作为粘接剂。

这种新型焊条主要适应于碳素结构钢(45#)、合金工具钢(5CrNiMo、5CrMnMo)和合金结构钢(40Cr、42CrMn)为基体的模架和复合、联合、切边模底座的堆焊修复。在满足工艺性能和焊接性能时，要达到堆焊前的基体预热温度400℃～450℃和堆焊的回火温度400℃左右。

本焊条的发明与现有级别焊条相比具有以下特点：

1、焊条的熔敷金属拉伸强度＞1000MPa，略高于模架母材的强度，保证了模架的焊接强度。

2、韧性高、熔敷金属扩散氢含量低，有利于避免焊接裂纹的产生。

3、具有一定的硬度，有利于满足模架的刚度要求。

4、合理的配方比率，保证了良好的焊接工艺性能，可进行全方位焊接。

5、本发明填补了中、大型锻造设备的模架进行堆焊修复所需电焊条工艺性能，普遍适应于合金结构钢和碳素结构钢的焊接或堆焊，因此具有很高的实用价值，具有很高的经济效益和企业发展意义。

具体实施方式

实施例1：

一种新型合金工具钢电焊条，包括焊芯和焊条药皮的组成物，优选一种实施例焊条，其药皮各组合物成分，重量百分比如下；

大理石39％；萤石22％；钛白粉2％；钛铁10％；碱1％；金属鉻4％；金属錳8％；镍粉4％；钼铁4％；稀土硅2％；石英2％；钾长石2％；焊芯为H08A钢。用钾钠混合水玻璃为粘结剂，压制成焊条，烘干，温度为350℃，保温炉冷；出炉包装。

实施焊条的熔敷金属化学成分(wt％)如下：

C

Si

Mn

Ni

Mo

Cr

S

P

0.15

0.4

1.8

1.0

2.0

2.4

≤0.03

≤0.03

实施焊条的焊条力学性能如下：

实验项目

σb(Mpa)

σs(Mpa)

δ5(％)

Akv(J)

HRC

保证值

1078

978

≥25

(40℃)27

32

采用电弧焊接方法，选用直流焊机，反极性。用优选实施例电焊条。焊条使用前350℃烘干1时，出炉保温，随用随取，打底焊条选用规格Φ4.0mm，其余Φ6.0mm，长600mm.

选用直流焊机，反极性，允许的焊接电流见下表：

焊条规格(mm)	4.0	6.0
			焊接电流(A)	180--250	250-350

焊后用石棉布覆盖整个焊体保温缓慢冷却，冷至室温，去除覆盖物，经检验结果未产生裂纹。

具体使用该电焊条的实例：

1、某企业2006年一台8000吨锻压机配置的模架，下底座为2200×1900×400mm，重约16吨，在使用中已形成中部断裂，严重失效，按当时造价约97万元，基材为5CrNiMo，已危及到生产，若不采用焊接修复，新造价为167万元，采用新型的焊条焊接，仅用了37000元，修复后性能精度良好，修复至今使用已达36个月状态良好。修复工艺为：对本体裂纹处开出U形剖口(剖口深为厚度的1/2)预热450℃，保温16小时→二人同时堆焊，在本体外面用石棉被保温→(堆焊完毕)翻转180°，对裂纹的另一面开剖口→堆焊→清理检查→回火400℃16小时→空冷→按图纸对焊接部位进行机加工，保证尺寸精度和工艺要求。

2、某企业2009年12000吨锻压机配置的模架，下底座为2200×550×2500mm，重约24吨，在使用中已形成长度为2000m断裂(几经裂透断开)，已严重失效，按造价约278万元(单件)，基材为5CrNiMo，损失实为惨重，影响也十分严重，已形成企业生产经营严重的威胁。因是重点设备，并生产的重点产品，企业领导高度重视是修，还是新制，争论剧烈，态度十分对立而鲜明。主张新制的观点：报废新制。时间约为8个月，意味着生产停歇，产品外委损失不计，造价为278万元(单件)。主张修复的观点；必须以最快的速度进行修复，但怎样修其效果如何心中无主意，时间多长，费用多高，心中无底，在研究会上，质询得到结论，制订出方案，采用镶板式堆焊修复，时间半个月，费用近37万元，耗焊条1.2T。其工艺；对焊两侧固定----开出镶板窝位----对暴露的裂纹处开其厚度1/2单位U形剖口----焦炭大炉预热＞400℃，外表面保温-----堆焊-----另一侧的裂纹开剖口----堆焊----清理----加工堆焊处----清理----镶板----固定销----对镶板进行堆焊连接----清理---加工全部----回火-----检查----投入使用近一年，各种状况良好。

Claims (3)

1.一种新型合金工具钢电焊条，其包括焊芯和焊条药皮组成物，其特征在于该焊条药皮组成物各组分的重量百分比为：大理石35-45％，萤石20-30％，钛白粉2-4％，钛铁8-13％，碱0.5-1.5％，金属铬3-6％，金属锰4-8％，镍粉4-8％，钼铁3-6％，稀土硅2-6％，石英2-6％，长石2-6％；所述焊芯采用H08A钢或H08E钢。

2.根据权利要求1所述的一种新型合金工具钢电焊条，其特征在于所述焊条药皮组成物各组分的重量百分比为大理石39％，萤石22％，钛白粉2％，钛铁10％。碱1％，金属铬4％。金属锰8％，镍粉4％，钼铁4％，稀土硅2％，石英2％，钾长石2％。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型合金工具钢电焊条，其特征在于所述焊芯为H08A钢。