CN103862195A - 一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法 - Google Patents

一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，以SPCC-SD冷轧低碳钢钢带为焊丝原料，焊丝药芯的配方由氟化物﹑碳酸钙﹑长石、金红石、镁砂和合金粉组成。制备方法包括烘烤、配粉、裁带、填充成型、拉拔、层绕、包装等步骤。本发明的积极效果：本发明的高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝，焊接工艺好、电弧稳定、飞溅小、易脱渣、赋予焊丝高抗裂性，洛氏硬度HRC达60以上。可以实现连续焊接，提高生产效率。

Description

一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料制备技术，尤其是涉及一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法。
背景技术
目前，随着经济的快速发展，技术水平不断提高，工业正从劳动密集型逐渐向技术密集型转化，机械化和自动化水平不断提高，机械设备部件磨损消耗造成了巨大的经济损失。在各类磨损类型中，磨料磨损占据很大的比例，各类机械部件基本都存在磨料磨损，其中包括矿山机械、工程机械、冶金机械、铸造机械和锻造机械等。各类机械的磨损，降低了生产效率、减少了使用周期。
目前，常见堆焊焊接材料，要么硬度较低；要么硬度高了，抗裂性很差；要么母材与高硬度层之间需要过渡金属才能达到要求的硬度，堆焊材料消耗量大。
授权公告号为CN102029482B的发明专利公开了一种用于热锻压模具修复的气保护堆焊药芯焊丝，其配方由氟化物、碳酸钙、长石、镁砂和合金粉组成，所述合金粉包括铁粉、高碳铬铁、电解锰、硅铁、钼铁、钒铁、镍粉、钨粉和钴粉，此气保护堆焊药芯焊丝采用CO2或体积百分比为80％Ar和20％CO2的混合气作为保护气体，焊接工艺好、电弧稳定、飞溅小、易脱渣、具有较好的高温硬度和耐热疲劳性能。但目前还没有对高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝的配方及工艺的文献记载，能达到在硬度高的同时满足高抗裂性的效果。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，采用该药芯焊丝主要用于易受磨损机械部件表面硬度的改善和实效部件的修复再利用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝，由如下重量份数的原料制备而成：氟化物6-9份﹑碳酸钙6-9份、长石2-3份、镁砂1-3份、金红石1-4份、高碳铬铁20-40份、钼铁5-10份、钛铁5-10份、硼铁1-5份、硅铁1-5份、电解锰5-10份、钨粉5-10份、余量为铁粉。
进一步，所述氟化物包括氟化钙、氟化钠和氟化钡一种或几种任意比例的组合，所述高碳铬铁的型号为FeCr67C9.5，钼铁的型号为FeMo60，钛铁的型号为FeTi30或FeTi40，硼铁的型号为FeB22或FeB23，硅铁的型号为FeSi75。
本发明还提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：将氟化钙﹑氟化钠、氟化钡、碳酸钙、长石、镁砂、金红石在混合配粉前先在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为390-420℃；
（2）配粉：将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为1-2小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为20-24%；
（5）拉拔、层绕、包装。
优选地，所述步骤（1）中，烘烤温度为400℃。
优选地，所述步骤（2）中，混合时间为1.5小时。
本发明的配方分析：
所述气保护堆焊药芯焊丝主要用于易受磨损机械部件表面硬度的改善和实效部件的修复再利用。该焊丝使用钢带为普通碳钢钢带SPCC-SD。加入各种药粉的作用如下：
高碳铬铁和钨粉可以增加钢的耐磨性和回火稳定性。通过调整高碳铬铁的加入量，将碳含量控制在0.5%-1.0%。高碳铬铁加入过少，碳含量低，不能形成足够的Cr3C2和WC，降低了熔敷金属的硬度，影响堆焊金属表面硬度；而高碳铬铁加入过量，熔敷金属碳含量过高，焊接过程中极易产生裂纹。
钼铁和电解锰主要向熔敷金属过渡合金元素，提高金属强度和硬度。
钛铁和硼铁主要起细化晶粒和提高金属抗裂性能的作用。
氟化物和碳酸钙为主要造渣成分，改善熔渣的物化性质，对熔敷金属起到保护作用，提高熔敷金属的抗裂性能。
长石、镁砂、金红石均为造渣剂，改善熔渣粘度，优化焊缝成形和焊接工艺性能。
本发明的积极效果：
1.配粉前的对造渣剂烘烤步骤，可以降低其水分，有效提高焊丝的抗裂性能；
2.采用本发明的配方与制备方法得到的气保护堆焊药芯焊丝，采用CO2或体积百分比为80%Ar和20%CO2的混合气作为保护气体，焊接工艺好、电弧稳定、飞溅小、易脱渣、赋予焊丝高抗裂性能，洛氏硬度HRC60以上，可以实现连续焊接，提高生产效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例1：
本发明提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：先将称取的氟化钙5份﹑氟化钡2份、碳酸钙8份、长石2份、镁砂1份、金红石4份在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为420℃；
（2）配粉：称取高碳铬铁（FeCr67C9.5）20份、钼铁（FeMo60）8份、钛铁（FeTi30）6份、硼铁（FeB22）2份、硅铁（FeSi75）3份、电解锰8份、钨粉8份、铁粉23份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为1小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为20%；
（5）拉拔、层绕、包装。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.52%、锰2.15%、硅0.53%、铬4.21%、钼1.34%、钨2.09%、余量为铁。在长300mm、宽200mm、厚20mm的Q235钢板堆焊一层，堆焊层厚度为5mm，堆焊层硬度HRC61，使用效果良好,无裂纹。
实施例2：
本发明提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：先将称取的氟化钙3份﹑氟化钠4份、碳酸钙6份、长石3份、镁砂2份、金红石2份在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为390℃；
（2）配粉：称取高碳铬铁（FeCr67C9.5）30份、钼铁（FeMo60）6份、钛铁（FeTi30）5份、硼铁（FeB23）4份、硅铁（FeSi75）3份、电解锰6份、钨粉5份、铁粉21份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为2小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为22%；
（5）拉拔、层绕、包装。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.65%、锰1.87%、硅0.58%、铬5.89%、钼1.17%、钨1.85%、余量为铁。在长300mm、宽200mm、厚20mm的Q235钢板堆焊一层，堆焊层厚度为5mm，堆焊层硬度HRC63，使用效果良好,无裂纹。
实施例3：
本发明提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：先将称取的氟化钙2份﹑氟化钠3份、氟化钡4份、碳酸钙6份、长石2份、镁砂1份、金红石4份在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为400℃；
（2）配粉：称取高碳铬铁（FeCr67C9.5）40份、钼铁（FeMo60）5份、钛铁（FeTi40）5份、硼铁（FeB22）5份、硅铁（FeSi75）3份、电解锰8份、钨粉10份、铁粉2份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为1.5小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为24%；
（5）拉拔、层绕、包装。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.76%、锰2.42%、硅0.49%、铬7.35%、钼0.98%、钨2.36%、余量为铁。在长300mm、宽200mm、厚20mm的Q235钢板堆焊一层，堆焊层厚度为5mm，堆焊层硬度HRC65，使用效果良好,无裂纹。
实施例4：
本发明提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：先将称取的氟化钠3份、氟化钡3份、碳酸钙9份、长石3份、镁砂3份、金红石1份在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为410℃；
（2）配粉：称取高碳铬铁（FeCr67C9.5）35份、钼铁（FeMo60）5份、钛铁（FeTi40）10份、硼铁（FeB23）1份、硅铁（FeSi75）5份、电解锰5份、钨粉8份、铁粉9份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为2小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为24%；
（5）拉拔、层绕、包装。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.62%、锰1.95%、硅0.67%、铬6.22%、钼1.39%、钨2.28%、余量为铁。在长300mm、宽200mm、厚20mm的Q235钢板堆焊一层，堆焊层厚度为5mm，堆焊层硬度HRC63，使用效果良好,无裂纹。
实施例5：
本发明提供一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：先将称取的氟化钙2份﹑氟化钡5份、碳酸钙7份、长石2份、镁砂3份、金红石3份在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为395℃；
（2）配粉：称取高碳铬铁（FeCr67C9.5）25份、钼铁（FeMo60）9份、钛铁（FeTi40）8份、硼铁（FeB22）4份、硅铁（FeSi75）1份、电解锰10份、钨粉10份、铁粉11份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为1小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为24%；
（5）拉拔、层绕、包装。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为碳0.73%、锰2.61%、硅0.33%、铬4.98%、钼1.49%、钨2.31%、余量为铁。在长300mm、宽200mm、厚20mm的Q235钢板堆焊一层，堆焊层厚度为5mm，堆焊层硬度HRC63，使用效果良好，无裂纹。
对比例1：
一种气保护堆焊药芯焊丝及制备方法，包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：先将称取的氟化钙6份、氟化钠2份、氟化钡1份，碳酸钙3份，长石3份，镁砂2份，金红石3份在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为420℃；
（2）配粉：称取石墨10份、金属铬50份、钼铁（FeMo60）6份、钛铁（FeTi40）3份、硼铁（FeB22）2份、硅铁（FeSi75）3份、电解锰6份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为1小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为24%；
（5）拉拔、层绕、包装。
对比例2：
（1）配粉：称取氟化钙3份﹑氟化钠4份、碳酸钙6份、长石3份、镁砂2份、金红石2份、高碳铬铁（FeCr67C9.5）30份、钼铁（FeMo60）6份、钛铁（FeTi30）5份、硼铁（FeB23）4份、硅铁（FeSi75）3份、电解锰6份、钨粉10份、铁粉16份，将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为2小时；
（2）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（3）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为22%；
（4）拉拔、层绕、包装。
对比例1～2与实施例1～5的元素含量与硬度进行对比：
类目 对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
碳（重量百分比） 2.2% 0.64% 0.52% 0.65% 0.76% 0.62% 0.73%
锰（重量百分比） 1.95% 1.86% 2.15% 1.87% 2.42% 1.95% 2.61%
硅（重量百分比） 0.57% 0.51% 0.53% 0.58% 0.49% 0.67% 0.33%
铬（重量百分比） 11.5% 5.87% 4.21% 5.89% 7.35% 6.22% 4.98%
钼（重量百分比） 1.25% 1.17% 1.34% 1.17% 0.98% 1.39% 1.49%
钨（重量百分比） —— 2.84% 2.09% 1.85% 2.36% 2.28% 2.31%
硬度HRC 61 61 61 63 65 63 63
进一步，实施例1～5与对比例1～2中的焊丝的抗裂性做对比实验：在长300mm、宽200mm、厚20mm的Q235钢板堆焊三层，堆焊层厚度为5mm。进行50次对比实验，观察在焊接过程中是否会产生裂纹。
实验数据如下：
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
出现裂纹次数 8 5 0 0 0 0 0
裂纹率 16% 10% 0% 0% 0% 0% 0%
实验分析：
高碳铬铁和钨粉可以增加钢的耐磨性和回火稳定性。但如果高碳铬铁加入过少，碳含量低，不能形成足够的Cr3C2和WC，降低了熔敷金属的硬度，影响堆焊金属表面硬度；而如果高碳铬铁加入过量，熔敷金属碳含量过高，焊接过程中极易产生裂纹。所以通过调整高碳铬铁的加入量，将碳含量控制在0.5%-1.0%，将铬含量控制在4%-8%，将钨含量控制在1%-3%，可大幅度提高焊丝的抗裂性。对比例1中没有采取本专利的配比，且没有将碳、铬、钨含量控制在本专利所述的合理范围内，造成了对焊丝的抗裂性的影响。
对比例2中没有配粉前对造渣剂的烘烤过程，没能将其水分烘干，也对焊丝的抗裂性产生一定的影响。
本发明的实施例1～5中的焊丝的硬度均不低于对比例1～2。
实验结果：本发明的实施例1～5中的焊丝的硬度与抗裂性都优于对比例1～2。
以上对本发明的五个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝，其特征在于：由如下重量份数的原料制备而成：氟化物6-9份﹑碳酸钙6-9份、长石2-3份、镁砂1-3份、金红石1-4份、高碳铬铁20-40份、钼铁5-10份、钛铁5-10份、硼铁1-5份、硅铁1-5份、电解锰5-10份、钨粉5-10份、余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物包括氟化钙、氟化钠和氟化钡一种或几种任意比例的组合，所述高碳铬铁的型号为FeCr67C9.5，钼铁的型号为FeMo60，钛铁的型号为FeTi30或FeTi40，硼铁的型号为FeB22或FeB23，硅铁的型号为FeSi75。
3.一种制备如权利要求1或2所述的高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝的方法，其特征在于：包括如下的工艺步骤：
（1）烘烤：将氟化钙﹑氟化钠、氟化钡、碳酸钙、长石、镁砂、金红石在混合配粉前先在高温烘烤设备中进行烘烤，烘烤温度为390-420℃；
（2）配粉：将上述配制好的药芯粉末在混粉设备内混合，混合时间为1-2小时；
（3）裁带：选用SPCC-SD冷轧低碳钢钢带，裁取适合尺寸，经轧机成型辊轧制成“U”型；
（4）填充成型：通过送粉装置将药粉加入到U型槽中，药粉占焊丝的质量百分比为20-24%；
（5）拉拔、层绕、包装。
4.根据权利要求3所述的高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，烘烤温度为400℃。
5.根据权利要求3或4所述的高硬度高抗裂性的气保护堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，混合时间为1.5小时。
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