CN104816108B - 一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条，该焊条由不锈钢焊芯1Cr13或2Cr13马氏体焊芯和通过粘结剂包裹在焊芯表面的药皮组成，其中药皮组分及各组分的质量分数为：大理石30～45％；萤石20～30％；金红石4～9％；锆英砂3～5％；钾长石3～5％；氮化铬铁4～10％；钛铁12～20％。本发明焊条配方科学合理且成本低，通过焊条药皮向堆焊层金属过渡微合金化Ti、N元素，使堆焊层金属中析出均匀、细小的TiC和TiN颗粒，这些硬质颗粒不仅硬度高而且与基体保持良好的结合，提高堆焊层硬度和韧性的同时还能保证其良好耐腐蚀性能，并具有全位置焊接和优良的抗气孔能力等优点。

Description

一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条
技术领域
本发明涉及一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条，属于表面工程材料技术领域，适用于水力机械中，绞刀等设备因泥沙磨损破坏部件的表面改性、复合制造和再制造等方面。
背景技术
在水力机械中，绞刀等设备因泥沙磨损破坏严重，同时还会因腐蚀使破坏加剧，造成了很大的经济损失和能源损耗。通过堆焊技术在设备损坏部位融敷一层硬面合金，即时修复，能恢复甚至提高磨损部件原有的耐磨性。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，已被广泛用于疏浚工程中关键易损件的复合制造与修复。
一般为了提高堆焊焊条的耐磨性能，通常加入合金元素进行强化，使得堆焊金属析出大量碳化物抵御泥沙磨损，这些碳化物与基体之间往往存在明显的电位差，在腐蚀介质中发生电化学行为，破坏基体和碳氮化物的结合，进而造成耐磨性能的降低。因此，高性能的耐泥沙堆焊焊条不仅要求抗机械磨损而且能耐介质腐蚀，即能同时承受力学和电化学因素破坏。鉴于以上因素，充分结合耐磨损和抗腐蚀两方面的要求，研究开发出一种新型抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对目前耐泥沙堆焊焊条的耐机械磨损和耐腐蚀性综合性能差的缺点，提出一种能够同时解决这两方面问题的新型抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条，该焊条由不锈钢焊芯和通过粘结剂包裹在焊芯表面的药皮组成，其中所述药皮的组成成分及重量百分含量为：大理石30～45％；萤石20～30％；金红石4～9％；锆英砂3～5％；钾长石3～5％；氮化铬铁4～10％；钛铁12～20％。
所述药皮是通过粘结剂与药粉湿混成涂料后，与焊芯搓制，而后再经晾干、烘焙而包裹干涸在焊芯表面的，且所述药皮厚度控制在1.5～2.5mm范围内，粘结剂为水玻璃。
作为对本发明的限定，所述不锈钢焊芯是1Cr13或2Cr13马氏体不锈钢，其直径为Φ3.0～5.0mm。
本发明的焊条化学成分中，对各种组分的限定理由叙述如下：
大理石：在焊条药皮中的主要作用是造渣和造气，对焊缝金属起到气渣联合保护作用。600℃时，CaCO3发生反应CaCO3→CaO+CO2，生成CaO并释放出CO2气体。CaO属于离子键化合物，能够增加熔滴表面的张力，同时起到稳定电弧的作用。CO2气流对熔滴产生吹送作用，促使熔滴过渡。当大理石含量较低时，药皮的造渣和造气能力下降，对焊缝的保护作用降低。然而，大理石含量较高时，药皮造气量过大，导致电弧稳定性下降，飞溅增多，焊渣熔点升高，焊缝成形粗糙。因此，在本发明中将CaCO3的含量限定在30～45％之间。
萤石：主要化学成分是CaF2，其熔点较低，会降低熔渣的熔点，具有稀释熔渣的作用，从而提高熔渣的导电性和流动性。同时CaF2在高温时与焊缝中的H反应生成HF气体，减少焊缝的氢致裂纹和白点倾向。当焊条药皮中萤石含量较低时，焊缝成形较差，易出现气孔；当萤石含量较高时，容易破坏电弧稳定性，使焊条焊接工艺性能变差。在大理石含量一定时，大理石与萤石之比十分重要。大理石与萤石之比在1-3之间，焊条焊接时电弧稳定、喷力大、飞溅少。在本发明中将CaF2的含量限定在20～30％之间。
金红石：主要成分是TiO2，焊接时起到稳弧、使熔池平静、减少飞溅的作用，易形成短渣，使焊缝波纹细致。钛白粉增强药皮的塑性、粘性，能改善焊条的压涂性能。但药皮中钛白粉含量过多时，焊条易发红。因此，焊条药皮中金红石控制在4～9％。
锆英砂：主要成分是ZrO2，熔点较高，在冷却过程中会出现两种变体。高于1000℃时以稳定的正方晶体形式存在，1000℃以下为稳定的单斜晶体。由一种晶体转变为另一种晶体时体积约发生7％的变化。焊条药皮中加入3-6％的锆英砂有利于提高焊缝的脱渣性能。但过多的锆英砂，会导致飞溅增大，并形成黑色玻璃状渣壳，导致脱渣困难，一般含量为3～5％。
钾长石：主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2，其主要作用是造渣，还因本身含有K+是易电离物质，能够提高电弧的稳定性。但药皮中钾长石含量过多会增加熔渣的粘度，导致脱渣困难，因此，在本发明中将钾长石的含量限定在3～5％之间。
氮化铬铁：过渡Cr和N元素，合金化作用效果好。Cr元素能增强堆焊层金属强度和耐腐蚀性能。N在堆焊层金属固溶体中分布更均匀，具有稳定Cr元素的提高耐腐蚀性能作用，同时更易形成均匀、细小的硬质相提高耐磨性能。本发明中将氮化铬铁的含量限定在4～10％之间。
钛铁：钛和铁组成的铁合金，作为脱氧、合金化、造渣。有很好的脱氧效果，增加 堆焊层的强度和硬度。Ti与C、N在熔池阶段反应生成TiC、TiN，可作为熔池金属非均匀形核的核心，细化晶粒，提高强度和硬度；同时这些析出相具有典型的方形结构，能与体心立方晶格的马氏体基体保持良好的共格关系，具有较小的电位差，可有效促进堆焊层金属的耐泥沙磨损性能的提高。在本发明中将钛铁的含量限定在12～20％之间。
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)发明的焊条具有优良的抗气孔能力，特别适用于疏浚工程现场潮湿环境，有利于提高堆焊层金属的致密性和耐磨损性能。焊条全位置焊接性能好，不存在发红、开裂、脱皮现象。
(2)发明的焊条堆焊层金属中形成的高硬度TiC和TiN具有典型的方形特征，能与马氏体基体保持良好的共格关系，具有很小的电位差，同时在泥沙的磨损作用下不易翻滚脱落，有效保证堆焊层金属的抗泥沙磨损性能要求。堆焊层平均硬度HRC45-55，耐泥沙磨损性能为Q235碳钢的5-20倍。
附图说明
图1为本发明产品的制备流程图。
具体实施方式
为了使发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对发明作进一步详细的说明。
实施例1
焊芯：直径Ф3.2mm 1Cr13不锈钢
药皮配方：
大理石40％，
萤石25％；
金红石9％；
锆英石5％；
钾长石5％；
氮化铬铁4％；
钛铁12％。制备方法如图1所示，其中药皮厚度1.5-2.0mm，焊条堆焊层平均硬度HRC45。
实施例2
焊芯：直径Ф4.0mm 2Cr13不锈钢
药皮配方：
大理石45％，
萤石20％；
金红石6％；
锆英石4％；
钾长石4％；
氮化铬铁6％；
钛铁15％。制备方法同实施例1，药皮厚度1.7-2.2mm，焊条堆焊层平均硬度HRC50。
实施例3
焊芯：直径Ф5.0mm 2Cr13不锈钢
药皮配方：
大理石30％，
萤石30％；
金红石4％；
锆英石3％；
钾长石3％；
氮化铬铁10％；
钛铁20％。制备方法同实施例1，其中药皮厚度2.0-2.5mm，焊条堆焊层平均硬度HRC55。
以上所述的具体实施例，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条，该焊条由不锈钢焊芯和通过粘结剂包裹在焊芯表面的药皮组成，其特征在于：所述药皮的组成成分及重量百分含量为：大理石30～45％、萤石20～30％、金红石4～9％、锆英砂3～5％、钾长石3～5％、氮化铬铁4～10％和钛铁12～20％。
2.根据权利要求1所述的一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条，其特征在于：所述不锈钢焊芯是1Cr13或2Cr13马氏体不锈钢，其直径为Φ3.2～5.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种抗泥沙磨损耐磨堆焊焊条，其特征在于：所述药皮是通过粘结剂与药粉湿混成涂料后，与焊芯搓制，而后再经晾干、烘焙而包裹干涸在焊芯表面的，且所述药皮厚度控制在1.5～2.5mm范围内，粘结剂为水玻璃。
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