CN103753053A - 一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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：52～58％的高碳铬铁；2～12％的硼铁；6～10％的锰粉；2～5％的石墨；0～4％的硅铁；1～3％的碳化锆；0.5～1.5％的铝镁合金；0.5～2％的钛酸钾钠，余量为铁粉，药芯填充率为46～50％。本发明焊丝在保持高硬度和优良耐磨性能的同时，还具有焊接飞溅数量少、飞溅颗粒尺寸小的特点，从而大大提高材料利用率和堆焊效率，降低清理飞溅成本。

Description

一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝。

背景技术

目前耐磨堆焊材料主要有手工焊条、带级焊带和焊丝。其中堆焊用焊丝主要有耐磨焊丝和自保护药芯焊丝。自保护药芯焊丝在堆焊过程中不需要外加气体或焊剂保护，自动化程度高，焊道表面无渣，可以多层连续施焊而无需清渣，熔敷效率高，因此具有简便、高效、低成本的优点。但是由于自保护药芯焊丝完全靠自身实现自保护效果和形成焊缝，研发难度很大，当前市场上的自保护堆焊药芯焊丝很容易在焊接过程中产生很大的飞溅，尤其包含较多的大颗粒飞溅，工程实践中需要工人费劲清理，这不但破坏了堆焊过程的连续性，而且造成了熔敷金属的浪费。

焊接飞溅一股分为大颗粒和小颗粒飞溅。必须及时清理往往是大颗粒飞溅。因此，尽快研制一种无渣自保护堆焊药芯焊丝，该焊丝焊接飞溅数量少，以提高材料利用率；同时飞溅颗粒尺寸小，以免除清理成本，便成为紧迫的现实需求。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝。

技术内容：为实现上述技术目的，本发明提出一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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：52～58％的高碳铬铁、2～12％的硼铁、6～10％的锰粉、2～5％的石墨、0～4％的硅铁、1～3％的碳化锆、0.5～1.5％的铝镁合金、0.5～2％的钛酸钾钠，余量为铁粉，药芯占焊丝的比例为46～50％。

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；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁；所述的硅铁含硅量为72～80wt％，其余为铁；所述的铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁。

优选地，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。

上述飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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本发明的药芯材料按本发明焊丝总重的46～50％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。

药芯中各组分的作用如下：

高碳铬铁：高碳铬铁向堆焊金属中过渡合金元素Cr，并提供C元素，其中的一部分C会起到脱氧作用，另一部分会过渡到熔敷金属中并与强碳化物形成元素结合形成硬质相。

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。

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。

石墨：脱氧，向熔池中提供C元素。

硅铁：脱氧，降低熔滴表面张力，并改善熔池流动性。

碳化锆：向堆焊金属提供硬质耐磨质点。

铝镁合金：脱氧、固氮，增强电弧导电性。

钛酸钾钠：柔化电弧，增强电弧稳定性。

有益效果：本发明在药芯中添加稳弧剂(如钛酸钾钠)，柔化了电弧，增强了电弧稳定性；添加能够降低熔滴表面张力的元素(如硼铁、硅铁)，减小了飞溅颗粒尺寸；添加能够增强电弧导电性的元素(如钛酸钾钠、铝镁合金、石墨)，从而增强了电弧导电性；适当控制冶金气体的析出量(如控制石墨添加量，避免过多CO析出增大飞溅)；适当控制焊接反应的放热程度(如控制铝镁合金添加量，使之不过量)；保证石墨含量不超过5％，控制住气体析出总量；并保证铝镁合金含量不超过1.5％，成功控制冶金反应的放热程度；以上措施的综合效果使得自保护堆焊药芯焊丝的焊接飞溅数量很少，同时飞溅颗粒很小。

附图说明

图1为本发明飞溅收集试验示意图(1-焊道；2-飞溅；3-焊丝；4-工件；5-水槽)。

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。其中，各实施例中所使用的高铬铸铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁；硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁；硅铁含硅量为72～80wt％，其余为铁；铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁。

实施例1

一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝，药芯成分按以下质量进行配制：52g的高碳铬铁、2g的硼铁、6g的锰粉、5g的石墨、1g的碳化锆、0.5g的铝镁合金、0.5g的钛酸钾钠、33g铁粉，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46％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其顺次通过直径为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。堆焊金属飞溅数量、飞溅颗粒尺寸分布、硬度及耐磨性见表1。

实施例2

一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝，药芯成分按以下质量进行配制：54g的高碳铬铁、5g的硼铁、8g的锰粉、3g的石墨、1g的硅铁、2g的碳化锆、1g的铝镁合金、1g的钛酸钾钠、25g铁粉，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49％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其顺次通过直径为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。堆焊金属飞溅数量、飞溅颗粒尺寸分布、硬度及耐磨性见表1。

实施例3

一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝，药芯成分按以下质量进行配制：56g的高碳铬铁、12g的硼铁、8g的锰粉、4g的石墨、4g的硅铁、2.5g的碳化锆、1g的铝镁合金、1.5g的钛酸钾钠、11g铁粉，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47％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其顺次通过直径为4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85m·m、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。堆焊金属飞溅数量、飞溅颗粒尺寸分布、硬度及耐磨性见表1。

实施例4

一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝，药芯成分按以下质量进行配制：58g的高碳铬铁、8g的硼铁、10g的锰粉、2g的石墨、3g的硅铁、3g的碳化锆、1.5g的铝镁合金、2g的钛酸钾钠、12.5g铁粉，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50％。再将U形槽合口，使药粉包裹其中。接着使其顺次通过直径为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。堆焊金属飞溅数量、飞溅颗粒尺寸分布、硬度及耐磨性见表1。

表1所测量硬度采用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。

测量飞溅的方法：首先在水槽中侧置一垫底的铁块，然后将一块尺寸为160mm×20mm×15mm的试板置于垫块上，在选定的焊接工艺参数下于试板上实施堆焊。焊缝宽度接近于试样宽度15mm，焊接飞溅将会尽数落入水槽中。焊后收集飞溅颗粒，待干后测量。示意图见图1。

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。

表1各实施例堆焊金属飞溅数量、飞溅颗粒尺寸、硬度及耐磨性

Claims (7)

1.一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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：52～58％的高碳铬铁、2～12％的硼铁、6～10％的锰粉、2～5％的石墨、0～4％的硅铁、1～3％的碳化锆、0.5～1.5％的铝镁合金、0.5～2％的钛酸钾钠，余量为铁粉，药芯占焊丝的比例为46～50％。

2.根据权利要求1所述的飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述的高铬铸铁含碳量为9～10wt％，含铬量为60～70wt％，其余为铁；所述的硼铁含硼量为19～25wt％，其余为铁；所述的硅铁含硅量为72～80wt％，其余为铁；所述的铝镁合金含铝量为47～53wt％，其余为镁。

3.根据权利要求1所述的飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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所述的飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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所述的飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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所述的飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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所述的飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣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本发明的药芯材料按本发明焊丝总重的46～50％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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