CN104625487A - 原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：钛铁40-60％，石墨粉20-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了其制备方法：向材料中加入粘结剂混合干燥，碾碎过筛、烘干得到药芯粉末，将其添加到H08A钢带轧制成的U型槽中、碾压闭合、拉拔、拉直，盘成圆盘，密封包装即可。本发明耐磨堆焊药芯焊丝，利用原位反应生成碳化钛增强颗粒，碳化钛均匀分布，提高了堆焊层的硬度及耐磨性，焊接飞溅少，熔敷率高，且制备方法简单，操作方便，适合批量化生产。

Description

原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
耐磨堆焊技术是一种常用的表面改性及修复的方法，主要应用于水泥工业、钢铁工业、电力工业、采矿等行业。药芯焊丝作为新一代的焊材，具有熔敷率高，熔敷速度快；工艺性能好，成形美观；成分容易调整，焊接适应性强等三大优点。近年来药芯焊丝逐渐成为耐磨堆焊的首选焊材。
碳化钛具有很高的硬度(莫氏硬度9～10)，在金属基复合材料中呈弥散分布，常作为强化颗粒用了增强材料的硬度，从而提高材料的耐磨性。钛元素与碳元素在1473K温度时即会合成碳化钛。因此利用钛与碳原位生成碳化钛作为增强颗粒可以提高耐磨堆焊层的硬度及其耐磨性。
发明内容
本发明的目的是提供一种原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，使得耐磨堆焊层中生成一定量碳化钛增强相，以提高堆焊层的耐磨效果。
本发明的另一个目的是提供一种原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：钛铁40％-60％，石墨粉20％-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
所述钛铁中Ti含量大于40％；所述石墨粉中C含量大于99％。
外皮材料为H08A钢带。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为25％～30％。
本发明所采用的另一个技术方案是，原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取钛铁40％-60％，石墨粉20％-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粉芯总质量20％的水玻璃粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为25％～30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
本发明的特点还在于：
步骤1中钛铁中Ti含量大于40％；石墨粉中C含量大于99％。
步骤5中烘干的温度为300～400℃，时间为2～3h。
本发明的有益效果是，
1.本发明耐磨堆焊药芯焊丝，利用原位反应生成碳化钛增强颗粒，碳化钛均匀分布，提高了堆焊层的硬度，进一步提高堆焊层的耐磨性。
2.本发明耐磨堆焊药芯焊丝，堆焊层中的碳化钛为钛与碳原位反应生成，而非在焊材中添加TiC，节约了TiC的使用，降低了药芯焊丝的制备成本。
3.本发明得到的堆焊层表面无渣，焊后无需清理，可连续施焊，有效提高了焊接效率。
4.本发明耐磨堆焊药芯焊丝，具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，熔敷率高；适合于自动TIG焊接设备，具有较高的生产效率。且制备方法，工艺简单，操作方便，适合批量化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：钛铁40％-60％，石墨粉20％-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。外皮材料为H08A钢带。
钛铁中Ti含量大于40％；石墨粉中C含量大于99％。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为25％～30％。
原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取钛铁40％-60％，石墨粉20％-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粉芯总质量20％的水玻璃粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，温度为300～400℃，时间为2～3h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为25％～30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将上述制备的药芯焊丝在基体材料上进行堆焊或修补。堆焊电流160-180A，保护气体为氩气或其他惰性气体，气体流速15-20L/min。
药芯中各组分的作用
钛铁与石墨：利用钛铁中的钛元素与石墨中的碳元素在高温下生成TiC硬质相，提高堆焊层的硬度。
铁粉用来产生堆焊层的基体，吸纳硬质TiC。
实施例1
步骤1，分别称取钛铁400g，石墨粉250g，铁粉350g；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，烘干温度为300℃，时间3h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.6mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将实施例1制备的药芯焊丝在Q235钢板上进行堆焊。堆焊电流170A，保护气体为氩气，气体流速20L/min，堆焊层厚度约10mm，经测试，堆焊层的硬度(HRC)为52.5。
实施例2
步骤1，分别称取钛铁450g，石墨粉200g，铁粉350g；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，烘干温度为350℃，时间3h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.4mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将实施例1制备的药芯焊丝在Q235钢板上进行堆焊。堆焊电流180A，保护气体为氩气，气体流速15L/min，堆焊层厚度约10mm，经测试，堆焊层的硬度(HRC)为51.5。
实施例3
步骤1，分别称取钛铁430g，石墨粉220g，铁粉350g；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，烘干温度为400℃，时间2h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为28％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.6mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将实施例1制备的药芯焊丝在Q235钢板上进行堆焊。堆焊电流180A，保护气体为氩气，气体流速18L/min，堆焊层厚度约10mm，经测试，堆焊层的硬度(HRC)为54.5。
实施例4
步骤1，分别称取钛铁500g，石墨粉250g，铁粉250g；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，烘干温度为400℃，时间3h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将实施例1制备的药芯焊丝在Q235钢板上进行堆焊。堆焊电流160A，保护气体为氩气，气体流速20L/min，堆焊层厚度约10mm，经测试，堆焊层的硬度(HRC)为56。
实施例5
步骤1，分别称取钛铁550g，石墨粉270g，铁粉180g；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，烘干温度为300℃，时间2h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将实施例1制备的药芯焊丝在Q235钢板上进行堆焊。堆焊电流170A，保护气体为氩气，气体流速17L/min，堆焊层厚度约10mm，经测试，堆焊层的硬度(HRC)为55。
实施例6
步骤1，分别称取钛铁600g，石墨粉300g，铁粉100g；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，烘干温度为350℃，时间2.5h，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
使用方法和具体工艺：用TIG焊的方法将实施例1制备的药芯焊丝在Q235钢板上进行堆焊。堆焊电流160A，保护气体为氩气，气体流速20L/min，堆焊层厚度约10mm，经测试，堆焊层的硬度(HRC)为56。

Claims (7)

1.原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：钛铁40％-60％，石墨粉20％-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述钛铁中Ti含量大于40％；所述石墨粉中C含量大于99％。
3.根据权利要求1所述的原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，外皮材料为H08A钢带。
4.根据权利要求1所述的原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为25％～30％。
5.原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取钛铁40％-60％，石墨粉20％-30％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的材料加入粉芯总质量20％的水玻璃粘结剂后充分搅拌，混合均匀；
步骤3，将混匀后的粉体平铺至干燥盘中，放置通风处，自然干燥24h；
步骤4，将干燥后的粉末碾碎，过筛；筛选出粒度在60-80目的粉体；
步骤5，将选出的粉体放入烘干炉中烘干，得到药芯粉末；
步骤6，将宽14mm、厚0.3mm的H08A钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将H08A钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为25％～30％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤7，最后用拉丝机将步骤6制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
6.根据权利要求5所述的原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤1中钛铁中Ti含量大于40％；石墨粉中C含量大于99％。
7.根据权利要求5所述的原位生成碳化钛增强耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤5中烘干的温度为300～400℃，时间为2～3h。
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