CN105149816B - 一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝 - Google Patents

一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，属于焊材的技术领域，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：20‑40％，Ni：0.5‑1％，氟化物：0.2‑1％，SiO2：0.1‑1％，C：1‑3％，Mn:1‑5％，Si:1‑3％，硼铁：3‑8％，金属铬：30‑50％，铌铁：10‑20％，其余为铁粉；药芯占焊丝总重量的比例为47‑51％。本发明制造的水泥辊堆焊自保护药芯焊丝具有优异的焊接工艺性能，飞溅小，明显的改善了焊缝成型，主要用于磨损严重的工况条件下的工件，主要应用于水泥辊的堆焊修复，也可用于复合板以及磨煤辊等材料或工件的堆焊。

Description

一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊材的技术领域，涉及一种自保护药芯焊丝，具体涉及一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝。
背景技术
水泥辊堆焊自保护药芯焊丝具有许多气体保护焊丝所不具备的优点，其具有操作简便，综合成本低，焊接效率高；抗风能力强，熔深浅合金稀释率低等优点。同时添加适量的铬、镍、锰、硅、铌等合金元素，提高了熔敷金属的硬度，达到耐磨粒磨损的效果。但由于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝的研制难度大，是焊接领域的高新技术，目前国际上只有少数国家能掌握全套的技术。
现有技术中的配方中，通常加入大量Al、Mg等强脱氧、脱氮剂，例如申请号为201110435344.8的发明专利“一种磨煤辊用耐磨堆焊药芯焊丝”中，就加入了铝镁合金这些强脱剂，加入这些强脱剂，造成焊接工艺性能差、飞溅大、脱宅困难，而残留的Al元素会使焊缝金属的韧性和塑性显著降低，而且这种焊丝应用到水泥堆焊中，无法改善水泥辊的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提高水泥辊使用寿命，降低水泥生产企业的成本，并提供一种能够改善自保护药芯焊丝焊接工艺性能，主要目的是降低焊接时的飞溅，改善焊缝成型的用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：20-40％，Ni：0.5-1％，氟化物：0.2-1％，SiO2：0.1-1％，C：1-3％，Mn:1-5％，Si:1-3％，硼铁：3-8％，金属铬：30-50％，铌铁：10-20％，其余为铁粉；药芯占焊丝总重量的比例为47-51％。
药芯成分的重量百分比为：碳化铬：25-35％，Ni：0.6-0.9％，氟化物：0.4-0.7％，SiO2：0.4-0.7％，C：1.5-2.5％，Mn:2-4％，Si:1.5-2.5％，硼铁：4-6％，金属铬：35-45％，铌铁：13-17％，其余为铁粉；药芯占焊丝总重量的比例为50％。
所述碳化铬中碳的含量≥10％。
所述硼铁中硼元素的含量为23-30％。
药芯各成分选用粉状或颗粒状，颗粒度的要求为60目筛通过率100％，且小于180目的微粉不超过8％。
本发明的有益效果是：本发明制造的水泥辊堆焊自保护药芯焊丝具有优异的焊接工艺性能，通过药芯各成分的配合与配比，实现了飞溅小，明显的改善了焊缝成型的效果，主要用于磨损严重的工况条件下的工件，如水泥辊的堆焊修复，也可用于复合板以及磨煤辊等材料或工件的堆焊。可显著提高水泥辊的使用寿命，经试验，比普通焊丝堆焊的水泥辊寿命提高1.5倍以上。水泥磨辊辊套堆焊后，经试验使用寿命达到20000小时以上。该焊丝也可用于复合板以及磨煤辊等材料或工件的堆焊。
本发明各成分的具体作用如下：
碳化铬中主要含有碳和铬两种元素，碳元素主要有两方面作用，一是向焊缝金属里渗碳，与铬元素形成不同的碳化铬；二是起到与空气中的氧反应，可生成CO2，起到保护电弧的作用，因此无需外加造气剂就能避免产生焊接气孔。铬主要作用是渗合金，与碳结合生成不同的碳化铬，增加焊缝金属的硬度和耐磨性。
Ni元素作为合金元素添加到配方中，主要作用是增加焊缝金属的塑形，使焊缝金属即使出现龟裂也不会产生脱落、掉块等现象。
氟化物一般用氟化钠或冰晶石，添加氟化物主要目的可以降低焊缝金属中的氢含量，防止焊缝金属出现气孔或者气体压痕等缺陷。
石英砂中的主要成分是SiO2，添加适量的SiO2可以细化熔滴，减小飞溅颗粒尺寸，降低飞溅率。较少量的石英砂就能减少焊接飞溅，比二氧化钛效果明显。传统的该类型焊丝需要添加较多的稳弧剂二氧化钛，加入过多的二氧化钛会在焊道上产生较多的熔渣，从而容易引起焊道与焊道之间的夹杂而降低耐磨性，此外还在焊道上引起圆形“压痕”，影响焊道的美观，不添加二氧化钛会产生大颗粒飞溅，用石英砂代替二氧化钛可以解决上述缺点。
C元素主要有两方面作用，一是向焊缝金属里渗碳，与铬元素形成不同的碳化铬；二是起到与空气中的氧反应，可生成CO2，起到保护电弧的作用，因此无需外加造气剂就能避免产生焊接气孔。传统的焊丝一般加入Al、Mg等作为脱氧和脱氮剂，加入Al、Mg元素则与空气中的氧生成氧化铝、氧化镁，这些氧化物的熔点比较高，因此在堆焊时容易产生氧化物的夹杂；另外焊缝中残留的Al会导致耐磨性降低。碳与铬结合生成高硬度、高熔点的碳化铬，增加焊缝金属的硬度和耐磨性。由于碳化铬中碳元素含量低，不能满足碳含量达到设计要求，因此添加高纯度的石墨。
Mn作为合金元素填加，填加1-5％的Mn元素能提高焊缝金属的塑性，提高抗裂纹能力，抑制出现宽而深的裂纹，目的是为了得到表面有细小裂纹的焊缝，这种有细小裂纹的焊缝可以释放焊接时产生的应力且不易脱落。
Cr元素作为合金元素填加，金属铬主要含有Cr元素，铬元素加入主要是为了在电弧热的作用下和碳元素化合，形成高硬度的碳化铬，从而增加焊缝金属的耐磨度。
Si作为合金元素添加，与其它合金元素一起起到强化焊缝金属的作用，提高焊缝硬度，此外还可以起到细化熔滴减少飞溅的作用。
硼铁作为合金元素添加，B元素与碳在高温作用下可生成碳化硼，碳化硼硬度高，可以弥散的分布在焊缝金属中，能显著提高焊缝金属硬度和耐磨性。同时添加3-8％硼元素还有改善焊缝成型的作用，添加适量的硼，可使焊缝表面变得光滑细腻，焊道平整，焊道两边缘平齐。
铌铁中Nb元素可与碳结合生成碳化铌，高硬度的碳化铌可弥散的分布在焊缝金属中，保护基体不受磨损，碳化铌尺寸较小，因此分布更致密，耐磨损效果比高碳铬铁更佳。
具体实施方式
本发明的目的是提高水泥辊使用寿命，降低水泥生产企业的成本，并提供一种能够改善自保护药芯焊丝焊接工艺性能，主要目的是降低焊接时的飞溅，改善焊缝成型的用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，本发明的自保护药芯焊丝，在堆焊熔敷金属保持不变的前提下，通过各原料成分的相互作用，能产生韧性好的交错形式的马氏体组织，且使孪晶组织减少，在保证焊丝高硬度、耐磨性的基础上，还大幅度的提高了堆焊熔敷金属的韧性。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，关键在于，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：20-40％，Ni：0.5-1％，氟化物：0.2-1％，SiO2：0.1-1％，C：1-3％，Mn:1-5％，Si:1-3％，硼铁：3-8％，金属铬：30-50％，铌铁：10-20％，其余为铁粉；药芯占焊丝总重量的比例为47-51％。
按上述比例配制药粉，用铁粉进行平衡，采用不同的填充系数和不同厚度的钢带制成规格不同的药芯焊丝产品，主要规格为Φ2.8mm，Φ3.2mm的药芯焊丝产品。
推荐焊接参数：
焊接电流：320-450A
焊接电压：30-40V
干伸长度：25-35mm
焊丝直径：Φ2.8mm
母材：碳钢钢板
焊丝熔敷金属硬度要求(堆焊三层以上的硬度指标)：
HRC≥60
干砂橡胶轮磨损试验(失重法):≤0.040g
本发明采用H08A的钢带做为外皮材料，其化学成分C：0.05-0.08％，Mn：0.20-0.30％，S≤0.02％,P≤0.02％，药粉的填充系数在47-51％之间，所制作的药芯焊丝规格为Φ2.8mm。其中的药粉成分重量百分比如下：
实施例1.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：23％，Ni：0.5％，氟化钠：0.3％，SiO2：0.2％，C:1.2％，Mn:1.5％，Si:1.2％，硼铁：3.5％，Cr:56.6％，铌铁：12％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例2。
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：25％，Ni：0.7％，氟化钠：0.5％，SiO2：0.5％，C:1.6％，Mn:2.3％，Si:1.5％，硼铁：3.8％，Cr:49.1％，铌铁：15％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象，脱渣容易。
实施例3.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：29％，镍粉：0.7％，氟化钠：0.6％，SiO2：0.6％，C：1.8％，Mn:3.0％，Si:1.8％，硼铁：4.2％，Cr:40.3％，铌铁：18.0％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例4.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：31％，镍粉：0.9％，氟化钠：0.8％，SiO2：0.9％，C：2.5％，Mn：4.5％，Si：2.7％，硼铁：6.5％，Cr：32.0％，铌铁：18.2％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例5.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：36％，镍粉：1.0％，氟化钠：0.9％，SiO2：0.9％，C：2.9％，Mn：4.8％，Si：2.9％，硼铁：7.5％，Cr：24.0％，铌铁：19.1％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例6.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：20％，Ni：0.5％，氟化钠：0.2％，SiO2：0.1％，C:1％，Mn:1％，Si:1％，硼铁：3％，Cr:30％，铌铁：10％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例7.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：22.5％，Ni：0.7％，氟化钠：0.3％，SiO2：0.3％，C:1.3％，Mn:1.5％，Si:1.3％，硼铁：3.5％，Cr:33％，铌铁：13％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例8.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：25％，Ni：0.6％，氟化钠：0.4％，SiO2：0.4％，C:1.5％，Mn:2％，Si:1.5％，硼铁：4％，Cr:35％，铌铁：14％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例9.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：27.5％，Ni：0.5％，氟化钠：0.5％，SiO2：0.5％，C:1.7％，Mn:2.5％，Si:1.7％，硼铁：4.5％，Cr:37％，铌铁：15％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例10.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：30％，Ni：0.7％，氟化钠：0.6％，SiO2：0.6％，C:2％，Mn:3％，Si:2％，硼铁：5％，Cr:40％，铌铁：16％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例11.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：32.5％，Ni：0.6％，氟化钠：0.7％，SiO2：0.7％，C:2.3％，Mn:3.5％，Si:2.3％，硼铁：5.5％，Cr:43％，铌铁：17％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例12.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：35％，Ni：0.8％，氟化钠：0.8％，SiO2：0.8％，C:2.5％，Mn:4％，Si:2.5％，硼铁：6％，Cr:45％，铌铁：18％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例13.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：37.5％，Ni：0.9％，氟化钠：0.9％，SiO2：0.9％，C:2.7％，Mn:4.5％，Si:2.7％，硼铁：7％，Cr:47％，铌铁：19％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
实施例14.
一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：40％，Ni：1％，氟化钠：1％，SiO2：1％，C:3％，Mn:5％，Si:3％，硼铁：8％，Cr:50％，铌铁：20％，铁粉：余量。
该焊丝焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，为细颗粒飞溅，焊缝成型平滑，无气孔现象。
对比实施例
一种耐磨堆焊药芯焊丝，包括药芯和焊丝，药芯的组分和重量百分比为：高碳铬铁45-65％，碳化铬8-20％，铬5-15％，片状石墨3-8％，高碳锰铁3-6％，75#硅铁5-7％，硼铁5-15％，铝镁合金2-5％，烧结剂2-8％，药芯药粉的重量填充率为49-53％，烧结剂为K2O含量为28-35％、TiO2含量为65-72％的钛酸钾。
虽然飞溅率低，但是飞溅的颗粒要比本发明的焊丝飞溅大，硬度平均为62HRC，焊缝成型粗糙。
磨损实验采用MLG-130型干砂橡胶轮磨损试验机
将每个实验例的堆焊层加工成五个尺寸为57×25.5×6mm的磨损试样。磨损实验参数如下：橡胶轮直径：228.6mm，橡胶轮的转速200转/分，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：130N，橡胶轮转数：预磨100转，正式试验1000转，磨料为50-70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浸洗干净，然后用吹风机吹干，用精度为0.0001g的天平称重。计算出实验前、后的重量差，即为磨损量(g)
由上表可知，本发明的自保护药芯焊丝堆焊金属硬度高，耐磨性好，用于磨损严重的工况条件下的工件，可大大提高零部件的使用寿命，延长更换周期，进而提高设备的生产效率，节约综合成本。

Claims (5)

1.一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：20-40％，Ni：0.5-1％，氟化物：0.2-1％，SiO2：0.1-1％，C：1-3％，Mn:1-5％，Si:1-3％，硼铁：3-8％，金属铬：30-50％，铌铁：10-20％，其余为铁粉；药芯占焊丝总重量的比例为47-51％。
2.根据权利要求1所述的一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，药芯成分的重量百分比为：碳化铬：25-35％，Ni：0.6-0.9％，氟化物：0.4-0.7％，SiO2：0.4-0.7％，C：1.5-2.5％，Mn:2-4％，Si:1.5-2.5％，硼铁：4-6％，金属铬：35-45％，铌铁：13-17％，其余为铁粉；药芯占焊丝总重量的比例为50％。
3.根据权利要求1所述的一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，所述碳化铬中碳的含量≥10％。
4.根据权利要求1所述的一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，所述硼铁中硼元素的含量为23-30％。
5.根据权利要求1所述的一种用于水泥辊堆焊自保护药芯焊丝，其特征在于，药芯各成分选用粉状或颗粒状，颗粒度的要求为60目筛通过率100％，且小于180目的微粉不超过8％。
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