CN104476013A - 一种钨强化耐磨堆焊焊条及其制备方法 - Google Patents

一种钨强化耐磨堆焊焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钨强化耐磨堆焊焊条，包括焊芯和通过粘接剂包覆在焊芯表面的药皮，按质量百分比计：药皮包括：大理石：35~50%；萤石：15~30%；钛白粉：4~8%；锆英砂：4~8%；钾长石：3~6%；稀土硅：4~8%；钨铁：3~10%。同时公开了其制备方法。本发明利用钨进行强化利用市售的原料制作，能够显著提高堆焊层金属硬度及耐磨性，同时保证了焊条良好的焊接工艺性能，且成本低廉，其实际应用结果表明，本发明所述的焊条堆焊时引弧和再燃弧容易，电弧稳定不易断弧，吹力大；焊接烟尘较少，飞溅颗粒小，熔敷效率高；脱渣容易，焊缝波纹细密、表面光滑、无裂纹、咬边等缺陷。

Description

一种钨强化耐磨堆焊焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钨强化耐磨堆焊焊条及其制备方法，属于焊接材料技术领域，适用于轧辊，挖掘机斗齿，汽轮机叶片的复合制造与再制造等方面。
背景技术
目前工程运用中的一些大型设备，其工作部件常服役于高温、磨损、腐蚀等恶劣环境，为保证设备的使用寿命和高利用率，常在这些部件表面堆焊一层耐磨、耐腐蚀并具有抗高温软化能力的堆焊合金。而对于现场修复，和制造一些面积小、结构复杂的工件，手工电弧堆焊焊条有着成本低廉，操作方便灵活的优势。
一般认为，增强材料表面强度和改善耐磨性的有效途径是提供材料的表面硬度和强韧性，较为理想的组织结构为坚韧、连续的基体上均匀分布高熔点、高硬度、稳定性好的质点。堆焊焊层的耐磨性主要依靠碳化物的种类、分布和面积比。耐磨材料中含有的铬在堆焊过程中与碳和铁形成复合碳化物（Cr、Fe）7C3，为六方棱柱性结构，六方形表面硬度HV1200～1800，侧面的硬度比正表面稍低。当在中再加入其它碳化物形成元素如Nb、V、Ti等时，它们均能与碳结合生成稳定性高的碳化物（熔点均大于3000℃），并且具有很高的硬度：碳化钒HV2800，碳化钨HV2400，碳化铌HV2400，碳化钛HV3200。由于这些稳定性好、硬度高的碳化物形成，促使耐磨性有了显著提高。
焊条堆焊具有操作灵活方便、可进行全位置焊接和焊接质量好等优越性，对复杂磨损件的现场修复有明显的优势。焊条由药皮和焊芯两部分组成，通过药皮向焊缝金属渗合金十分方便，并可实现对渗入合金元素的有效掌控。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种焊接工艺好、耐磨性强的钨强化耐磨堆焊焊条及其制备方法。
为了达到上述发明的目的，本发明所采用的技术方案为：
一种钨强化耐磨堆焊焊条，包括焊芯和通过粘接剂包覆在焊芯表面的药皮，其特征在于，所述的药皮包括以下组分，且各组分的质量百分含量为：
大理石：35~50%；
萤石：15~30%；
钛白粉：4~8%；
锆英砂：4~8%；
钾长石：3~6%；
稀土硅：4~8%；
钨铁：3~10%。
所述的药皮均为市售矿物、合金粉末，且价格低廉。
进一步，所述的焊芯为2Cr13马氏体不锈钢。且所述的焊芯的直径为3.0~5.0mm。
所述的粘结剂为钾钠水玻璃、粘土、熟石灰中的任一种。
而所述的药皮的厚度为2.0~2.5mm。
上述的钨强化耐磨堆焊焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）药皮各组分干混：按质量百分含量计，称取药皮的组分大理石：35~50%；萤石：15~30%；钛白粉：4~8%；锆英砂：4~8%；钾长石：3~6%；稀土硅：4~8%； 钨铁：3~10%后，干混；
（2）湿混：将药皮干混后的各组分与粘接剂进行湿混；
（3）制备钨强化耐磨堆焊焊条：将湿混后的物料与焊芯经过搓制、晾晒、烘干后得到目标产物。
此外，本发明所述的钨强化耐磨堆焊焊条药皮中的各组分作用为：
大理石：大理石主要化学成分是CaCO3，其作用是造气和造渣，高温分解产生CO2气流对熔滴有吹送作用，同时CO2还能够降低熔滴表面张力，促使熔滴过渡，但大理石含量过高时，药皮造气过量，导致电弧不稳，飞溅增大。
萤石：萤石主要化学成分是CaF2，其主要作用是造渣、稀渣和除氢。同时药皮中适量的萤石能够调整熔渣的熔点和粘度，并增加其流动性，改善脱渣性能，但萤石属于高电离元素，加入过多时会影响电弧的稳定性。此外，在大理石含量确定的情况下，大理石与萤石的比值在1~3之间时，电弧燃烧稳定、喷力大，飞溅少，故本发明中萤石的重量百分含量控制在15~30%。
钛白粉：主要化学成分为TiO2，其作用是稳弧、使熔池平静、减少飞溅、使焊缝波纹致密，同时钛白粉能够提高焊条药皮塑性，使焊条易于压涂；
锆英砂：主要化学成分为ZrO2，熔点较高、在冷却过程中，存在两种变体：单斜晶和正方晶，由于一种晶体向另一种转变时会发生7%的体积变化，因此能够改善焊缝的脱渣性能；
钾长石：要化学成分是KAlSi3O8，其作用主要为造渣和稳弧。钾是高电离元素，高温时易发生电离，增加弧柱区的自由电子，提高电弧稳定性；
稀土硅：能够起到脱硫、脱氧和改变焊缝中夹杂物的形态的作用，提高焊缝的低温冲击韧性和抗焊接裂纹的能力；
钨铁：：向焊缝金属中过渡钨元素，对焊缝金属起到固溶强化作用，能够提高堆焊合金硬度，钨是强碳化物形成元素，同时能够在焊缝中形成高硬度的WC析出物，阻碍磨粒对堆焊层金属的磨损，从而进一步提高堆焊层金属的硬度和耐磨性，此外，堆焊合金能够在550℃二次析出WC，使堆焊层发生二次硬化，保证其高温耐磨损性能。
钨对堆焊层金属釉良好的固溶强化作用，同时钨是强碳化物形成元素，能与堆焊金属中的碳优先结合形成稳定的碳化物，减少铬的析出，从而在提高堆焊层金属的硬度和耐磨性的同时保证了其良好的耐腐蚀性能。此外，钨能够显著提高堆焊层金属的红硬性和热强性，使堆焊合金获得良好的抗高温磨损性能。本发明所述焊条堆焊合金具备良好的耐高温、耐磨、耐腐蚀性能，能够广泛应用于上述恶劣的工作环境。
本发明的主要特点是在通过药皮添加钨元素，钨在堆焊熔池金属中与碳优先结合，形成碳化钒非自发形核的核心，能显著细化晶粒，并且碳化钨能单独存在于堆焊合金中，起到耐磨质点的作用，使耐磨性进一步提高。
本发明的有益效果在于：本发明利用钨进行强化，能够显著提高堆焊层金属硬度及耐磨性，同时保证了焊条良好的焊接工艺性能，其实际应用结果表明，该焊条堆焊时焊接电弧稳定，焊缝成形美观，堆焊层平均硬度HRC45-65，耐磨性为Q235碳钢的8~20倍，并具有抗气孔和抗焊接裂纹能力强等优点。且本发明堆焊焊条原料来源广泛，成本低廉，操作方便灵活，且焊接烟尘较少，具有优异的应用前景。
附图说明
    图1为本发明所述的制备方法工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明做具体的介绍。
实施例1：
图1为本发明所述的制备方法工艺流程图。
如图1所示：本发明实施例1的制备工艺为：
（1）药皮各组分干混：按质量百分含量计，称取药皮的组分大理石：45%；萤石： 25%；钛白粉：8%；锆英砂：5%；钾长石：4%；稀土硅8%；钨铁：5%后，干混；
（2）湿混：将药皮干混后的各组分与粘接剂钾钠水玻璃进行湿混；
（3）制备钨强化耐磨堆焊焊条：将湿混后的物料与焊芯经过搓制、晾晒、烘干后得到目标产物，其中焊芯为2Cr13马氏体不锈钢，直径Φ3.2mm，而药皮的厚度则为2.0~2.5mm。经测试，焊条堆焊层平均硬度55HRC。
实施例2：
本发明实施例1的制备工艺为：
（1）药皮各组分干混：按质量百分含量计，称取药皮的组分大理石：43%；萤石：23%；钛白粉：6%；锆英砂：8%；钾长石：6%；稀土硅：6%；钨铁：8%后，干混；
（2）湿混：将药皮干混后的各组分与粘接剂粘土进行湿混；
（3）制备钨强化耐磨堆焊焊条：将湿混后的物料与焊芯经过搓制、晾晒、烘干后得到目标产物，其中焊芯为2Cr13马氏体不锈钢，直径Φ4.0mm，而药皮的厚度则为2.0~2.5mm。经测试，焊条堆焊层平均硬度57HRC。
实施例3：
本发明实施例1的制备工艺为：
（1）药皮各组分干混：按质量百分含量计，称取药皮的组分大理石： 50%；萤石：15%；钛白粉：4%；锆英砂：8%；钾长石：6%；稀土硅：6%；钨铁：10%后，干混；
（2）湿混：将药皮干混后的各组分与粘接剂熟石灰进行湿混；
（3）制备钨强化耐磨堆焊焊条：将湿混后的物料与焊芯经过搓制、晾晒、烘干后得到目标产物，其中焊芯为2Cr13马氏体不锈钢，直径Φ4.0mm，而药皮的厚度则为2.0~2.5mm。经测试，焊条堆焊层平均硬度62HRC。
上述实施例中所用到的钢芯的直径为Φ3.0~5.0mm。
本发明利用钨进行强化利用市售的原料制作，能够显著提高堆焊层金属硬度及耐磨性，同时保证了焊条良好的焊接工艺性能，且成本低廉，其实际应用结果表明，本发明所述的焊条堆焊时引弧和再燃弧容易，电弧稳定不易断弧，吹力大；焊接烟尘较少，飞溅颗粒小，熔敷效率高；脱渣容易，焊缝波纹细密、表面光滑、无裂纹、咬边等缺陷。堆焊层平均硬度HRC45-65，耐磨性为Q235碳钢的8~20倍，并具有抗气孔和抗焊接裂纹能力强等优点。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种钨强化耐磨堆焊焊条，包括焊芯和通过粘接剂包覆在焊芯表面的药皮，其特征在于，所述的药皮包括以下组分，且各组分的质量百分含量为：
大理石：35~50%；
萤石：15~30%；
钛白粉：4~8%；
锆英砂：4~8%；
钾长石：3~6%；
稀土硅：4~8%；
钨铁：3~10%。
2.根据权利要求1所述的一种钨强化耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述的焊芯为2Cr13马氏体不锈钢。
3.根据权利要求1或2所述的一种钨强化耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述的焊芯的直径为3.0~5.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种钨强化耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述的粘结剂为钾钠水玻璃、粘土、熟石灰中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种钨强化耐磨堆焊焊条，其特征在于，所述的药皮的厚度为2.0~2.5mm。
6.一种权利要求1所述的钨强化耐磨堆焊焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）药皮各组分干混：按质量百分含量计，称取药皮的组分大理石：35~50%；萤石：15~30%；钛白粉：4~8%；锆英砂：4~8%；钾长石：3~6%；稀土硅：4~8%； 钨铁：3~10%后，干混；
（2）湿混：将药皮干混后的各组分与粘接剂进行湿混；
（3）制备钨强化耐磨堆焊焊条：将湿混后的物料与焊芯经过搓制、晾晒、烘干后得到目标产物。
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