CN103753052B - 一种低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，药芯成分按质量百分数为：85～92％的高碳铬铁、2～5％的锰粉、1～2％的铝镁合金、0.5～1.5％的硅铁、1～3％的石墨、0.5～2％的硼铁、0.5～1.5％的氟硅酸钠。药芯在空心焊丝内的填充率为58～65％。本发明提供的焊丝，成本低廉，硬度高，耐磨性好，且多层焊无需清渣，气孔敏感性极小。
Description
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝。
背景技术
高铬铸铁组织内部存在高硬度的碳化物，提供了优良的耐磨性，加之成本低廉，因此在矿山、机械。水泥和冶金等领域获得广泛应用。具体说来，高铬铸铁结构分为亚共晶、共晶和过共晶三种。其中过共晶组织中含有大量孤立高硬度的初生碳化物，耐低应力磨损能力更加突出。传统的高铬铸铁一股采用铸造方法制造，但是使用该法只能获得含碳、铬量相对较低的亚共晶或共晶组织。如果继续增加碳、铬含量，试图形成过共晶组织时，铸件中会不可避免产生疏松、缩孔、热裂纹等缺陷。
采用先进堆焊技术，可以弥补铸造方法无法获得过共晶的缺憾，获得无缺陷的过共晶高铬铸铁堆焊合金，其药芯中添加高碳铬铁，以保证焊后组织中含有更高的碳、铬含量，从而使得高铬铸铁堆焊合金具有更佳的耐磨性能。如北京工业大学发明了《高抗裂耐磨高铬铸铁型堆焊药芯焊丝》(200510127968.1)，其高碳铬铁添加量40～60％，其硬度范围HRC56～60；天津大桥发明了《一种高铬铸铁明弧堆焊药芯焊丝及其制备》(专利号201110446957.5)，其高碳铬铁添加量40～60％，其硬度范围HRC60～61。可见，添加高比例的高碳铬铁组分，是获得高碳高铬化学成分，进而形成含有更多初生碳化物的组织，从而具备更高耐磨性的关键。通过分析国内外已有的相关专利发现，目前尚无关于药芯中高碳铬铁添加量超过80％的堆焊药芯焊丝的报道。其原因是自保护药芯焊丝的研制难度较大，往往需要有较多的造渣造气剂实现自保护效果，使得药芯空间受限。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝。
技术内容：为实现上述技术目的，本发明提出一种低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，所述的药芯包含如下质量百分数的组分：85～92％的高碳铬铁；2～5％的锰粉；1～2％的铝镁合金；0.5～1.5％的硅铁；1～3％的石墨；0.5～2％的硼铁；0.5～1.5％的氟硅酸钠，药芯占焊丝总重量的比例为58～65％。
优选地，所述的高铬铸铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁；所述的铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁；所述的硅铁含硅量为72～80wt％，其余为铁；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁。
所述药芯的所有组分的粒径大于或等于80目。
优选地，所述低碳钢带为H08A碳钢钢带。
所述低碳钢带的厚度×宽度为：0.3×16mm或0.4×18mm或0.5×21mm。
所述焊丝的直径为2.40mm、2.60mm、2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm和4.10mm中的任意一种。
上述低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形，然后通过送粉装置将本发明的药芯材料按本发明焊丝总重的58～65％加入到U形槽中；
(2)将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.40～4.10mm，得到最终产品。
在上述药芯中各组分主要作用如下：
高碳铬铁：其成分为：向堆焊金属中过渡合金元素Cr，并提供C元素，以在焊接过程中形成碳化物耐磨硬质相。
锰粉：在焊接过程中脱氧脱硫，部分锰受热形成锰蒸汽降低周围氮分压和氧分压；向焊缝金属中过渡合金元素，提高堆焊金属的强度和硬度。
铝镁合金：脱氧、固氮。
硅铁：脱氧，降低熔滴表面张力，并改善熔池流动性。
石墨：脱氧，向熔池中提供C元素。
硼铁：降低熔滴表面张力，改善熔池流动性和焊缝成形。并且有利于形成硼碳硬质相，进一步提高硬质相的体积分数和堆焊金属的硬度。
氟硅酸钠：稳定电弧，改善熔池流动性。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、实现了高碳铬铁添加量超过80wt％，其范围为85～90wt％。通过锰粉、铝镁合金、硅铁、石墨、硼铁、氟硅酸钠的合理调配，成功解决了焊丝的自保护问题，避免了气孔等缺陷的发生。
2、由于高碳铬铁添加量的进一步提高，堆焊组织中生成更多的初生碳化物，从而进一步提高堆焊合金的硬度(63～67HRC)。
3、由于高碳铬铁的添加量的提高，使得药芯焊丝填充率随之有所提高(58～65％)，提高了材料的利用率。
4、由于高碳铬铁价格便宜，且药芯中未加任何贵重元素，自保护堆焊药芯焊丝的制造成本大大降低。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，实施例所描述的具体的药芯组分配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
药芯成分按以下质量进行配制：85g的高碳铬铁、5g的锰粉、2g的铝镁合金、1.5g硅铁、3g的石墨、2g的硼铁、1.5g的氟硅酸钠。共100g粉末。所取的粉末均通过80目的筛子。将所取各种粉末置入混粉机内，混合40分钟，然后把混合粉末加入U形的16×0.3mm的H08A碳钢钢带槽中，填充率为58％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉丝模中的一种或多种，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2.40～4.10mm的焊丝产品。焊接电流为280～400A，焊接电压为28～36V，焊接速度为2.4m/min。堆焊金属硬度及耐磨性见表1。
实施例2
药芯成分按以下质量进行配制：91g的高碳铬铁、2g的锰粉、1.5g的铝镁合金、0.5g硅铁、2.5g的石墨、1.5g的硼铁、1g的氟硅酸钠。共100g粉末。所取的粉末均通过80目的筛子。将所取各种粉末置入混粉机内，混合40分钟，然后把混合粉末加入U形的16×0.3mm的H08A碳钢钢带槽中，填充率为62％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉丝模中的一种或多种，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2.40～4.10mm的焊丝产品。焊接电流为280～400A，焊接电压为28～36V，焊接速度为2.4m/min。堆焊金属硬度及耐磨性见表1。
实施例3
药芯成分按以下质量进行配制：92g的高碳铬铁、4g的锰粉、1g的铝镁合金、1g硅铁、1g的石墨、0.5g的硼铁、0.5g的氟硅酸钠。共100g粉末。所取的粉末均通过80目的筛子。将所取各种粉末置入混粉机内，混合40分钟，然后把混合粉末加入U形的16×0.3mm的H08A碳钢钢带槽中，填充率为65％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其分别通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm的拉丝模中的一种或多种，逐道拉拔、减径，最后获得直径为2.40～4.10mm的焊丝产品。焊接电流为280～400A，焊接电压为28～36V，焊接速度为2.4m/min。堆焊金属硬度及耐磨性见表1。
表1所打硬度采用HR-150A洛氏硬度计，荷载150Kg，对每一个测试样取5点硬度，计算平均硬度值。
磨损实验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机。
将每个实施例的堆焊层切五个尺寸为57×25×6mm磨损试样。磨损实验参数如下：橡胶轮直径：178mm，橡胶轮转速：240转/分，橡胶轮硬度：70(邵尔硬度)，载荷：10Kg，橡胶轮转数：预磨1000转，正式试验转1000转，磨料：40～70目的石英砂。堆焊金属的耐磨性能以正式磨损的失重量来衡量。在每次实验前、后将试样置入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5分钟，待干后称重记录。实验用Q235钢作为对比样，对比件失重量与测量件失重量之比作为堆焊样的相对耐磨性ε。
表1各实施例堆焊金属硬度及耐磨性
Claims (7)
1.一种低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，药芯填充于钢带中，其特征在于，所述的药芯包含如下质量百分数的组分：85～92％的高碳铬铁；2～5％的锰粉；1～2％的铝镁合金；0.5～1.5％的硅铁；1～3％的石墨；0.5～2％的硼铁；0.5～1.5％的氟硅酸钠，药芯占焊丝总重量的比例为58～65％。
2.根据权利要求1所述的低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述的高碳铬铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁；所述的铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁；所述的硅铁含硅量为72～80wt％，其余为铁；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁。
3.根据权利要求1所述的低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的所有组分的粒径大于或等于80目。
4.根据权利要求1所述的低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述低碳钢带为H08A碳钢钢带。
5.根据权利要求1或4所述的低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述低碳钢带的厚度×宽度为0.3×16mm或0.4×18mm或0.5×21mm。
6.根据权利要求1所述的低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述焊丝的直径为2.40mm、2.60mm、2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm和4.10mm中的任意一种。
7.权利要求1所述的低成本高硬度自保护堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成U形，然后通过送粉装置将药芯材料按焊丝总重的58～65％加入到U形槽中；
(2)将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.40～4.10mm，得到最终产品。
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