CN106216876A

CN106216876A - 一种堆焊用合金材料

Info

Publication number: CN106216876A
Application number: CN201610538001.0A
Authority: CN
Inventors: 曲洪钢; 李振诚
Original assignee: Ningbo Chi Mai Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Chi Mai Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: CN106216876B

Abstract

本发明公开的堆焊用合金材料，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉30‑50份、合金粉100‑300份、硅酸盐30‑40份、碳酸钙25‑30份、碳纤维5‑10份、PTFE与PE混合物6‑8份，矿粉为金红石粉、萤石粉、冰晶石粉、长石粉、钛铁矿石粉中的一种或者几种的混合物，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为80‑120。本发明方案中通过在堆焊用合金材料中添加碳纤维和PTFE与PE的混合物，在提高组成材料强度以及与贴合性能的同时，还能作为钝化碳源，在焊接过程中以碳纤维自身的氧化、PTFE与PE碳化以及形成浮渣而降低环境中氧等杂质的渗入。

Description

一种堆焊用合金材料

技术领域

本发明涉及一种焊接用材料，特别是一种堆焊用合金材料。

背景技术

堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。堆焊用材料主要作为填充金属加到焊缝中去，成为焊缝金属的主要成分，为了保证焊缝的质量与性能，对材料中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质(如硫、磷等)的含量，应有严格的限制，优于母材。

焊接材料是决定焊缝质量的重要因素，毫无疑问地，堆焊材料的为纯金属材料和非金属材料的混合物，两者之间形成有明显的两相分层，结合下不佳，在受到碰撞或者保存不当时极易脱落、裂纹甚至破损，而造成缺损，影响焊接质量。另外，在焊接过程中，要求较高的技巧性，否则极易是焊渣混入焊缝甚至造成暗孔等结构缺陷，而影响焊接质量等。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种堆焊用合金材料，通过在堆焊用合金材料中添加碳纤维和PTFE与PE的混合物，并且在材料间形成过渡涂层，在提高强度以及与贴合性能的同时，还能作为钝化碳源，在焊接过程中以碳纤维自身的氧化、PTFE与PE碳化以及形成浮渣而降低环境中氧等杂质的渗入。

本发明公开的堆焊用合金材料，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉30-50份、合金粉100-300份、硅酸盐30-40份、碳酸钙25-30份、碳纤维5-10份、PTFE与PE混合物6-8份，矿粉为金红石粉、萤石粉、冰晶石粉、长石粉、钛铁矿石粉中的一种或者几种的混合物，其中PTFE和PE均为低聚物(PTFE含量占PTFE与PE混合物总质量不低于50％，而不超过90％)，聚合度为80-120。本方案中通过在堆焊用合金材料中添加适量的短切型的碳纤维，通过纤维结构的增强性以及碳纤维表面活性基团的“链接”提高组成材料间的相容性的同时改善与金属相表面的结合性能，同时在焊接是在电弧燃烧作用下，部分碳纤维在超高温下作为碳源与富余氧元素发生直接氧化气化，另有部分碳纤维受到电弧激发活化而与环境中的氧、硫、磷等有害元素发生反应，同时受热焦化膨胀的碳纤维具有轻质漂浮特性，在焊接过程中参与造渣，保护焊接，而PTFE低聚物参与调解表面张力和相容性，同时适量的PTFE和PE共同作为粘结剂和添加剂内普遍均匀分散的碳源，在焊接燃烧过程中的参与性更好，通过自身的氧化、焦化、碳化以及表面活性基团的活化，从而最大地吸附残余量的氧、硫、磷元素等，从而提高焊缝的质量。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，碳纤维为长度0.1-0.3mm，直径10-20微米的短纤维。本方案中通过采用特定尺寸的碳纤维短纤维，避免尺寸过大而对材料中局部元素分布均匀性造成明显影响，同时又避免尺寸过大而在造渣凝固后被固结到焊接区表层，不利于造渣和保证焊接质量，并且尺寸过大时反应参与效率低下，材料利用效率低，而过细的材料不仅仅增加成本，还会应该活性过高造成反应过度，形成杂质如灰分等，不利于造渣排除杂质。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，矿粉表面或者碳纤维表面或者碳酸钙表面或者硅酸盐表面还设置有由天然橡胶乳胶液经涂覆干燥后形成的涂层。其中，天然橡胶乳胶液为直接由橡胶树制取得到的胶液。本方案通过利用天然橡胶乳液中存在的各种活性基团和活性物质、短链高聚物等，不仅仅起到增强粘结效果的作用，同时利用活性基团间的键合作用改善组成之间的结合性能，同时在焊接的过程中快速参与反应，起到保护层阻隔氧元素等杂质元素侵入的作用，而在焊接完成后，又利用其本身的熔融流延性在堆焊用合金材料外露面形成保护层，避免氧化，而极大地阻隔杂质元素的入侵。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，涂层形成有至少一层，且涂层总厚度为2-3微米。对涂层厚度的控制，其厚度可以根据元素要求以及添加元素组成、造渣形态、致密性进行选择，合适厚度的涂层可以控制焊接燃烧过程中，碳元素含量，避免造成过度引入而危害焊缝质量。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5-0.8％、Si 2.0-3.5％、B 1.0-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 28.0-39.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.7-0.8％、Si 2.0-3.5％、B 1.0-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 28.0-30.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5-0.7％、Si 2.0-3.0％、B 1.2-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 32.0-39.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5-0.6％、Si 2.0-3.5％、B 1.2-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 30.0-37.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明公开的堆焊用合金材料的一种改进，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，合金粉的粒度为150-400目。

本发明公开的堆焊用合金材料，通过在堆焊用合金材料中添加碳纤维和PTFE与PE的混合物，并且相容性不同的组成材料之间形成过渡涂层，在提高材料强度以及与材料的贴合性能的同时，还能作为钝化碳源，在焊接过程中以碳纤维自身的氧化、PTFE与PE碳化以及形成浮渣而降低环境中氧等杂质的渗入。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉30份、合金粉170份、硅酸盐35份、碳酸钙29.5份、碳纤维5份、PTFE与PE混合物7.2份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的50％)，矿粉为萤石粉、冰晶石粉、长石粉、钛铁矿石粉的混合物(矿粉粒度不超过5微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为80。PTFE与PE混合物的微纤维具有“珍珠串状”的链球结构，以参与到组成材料的形态结合，防止破损，本方案同样适用于本发明其它方案。

实施例2

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉32份、合金粉280份、硅酸盐40份、碳酸钙28.5份、碳纤维10份、PTFE与PE混合物7.3份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的60％)，矿粉为冰晶石粉、长石粉、钛铁矿石粉的混合物(矿粉粒度不超过6微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为120。

实施例3

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉34份、合金粉220份、硅酸盐33份、碳酸钙27.5份、碳纤维9份、PTFE与PE混合物6.7份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的70％)，矿粉为金红石粉、萤石粉、冰晶石粉、长石粉、钛铁矿石粉的混合物(矿粉粒度不超过4微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为90。

实施例4

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉36份、合金粉120份、硅酸盐36份、碳酸钙26.5份、碳纤维7份、PTFE与PE混合物6.9份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的80％)，矿粉为金红石粉、萤石粉、冰晶石粉、长石粉的混合物(矿粉粒度不超过8微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为100。

实施例5

本实施例中，堆焊用合金材料包的组成包括，以重量份数计：矿粉38份、合金粉140份、硅酸盐31份、碳酸钙25.5份、碳纤维8份、PTFE与PE混合物7.3份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的90％)，矿粉为金红石粉、萤石粉、冰晶石粉的混合物(矿粉粒度不超过7微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为110。

实施例6

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉40份、合金粉160份、硅酸盐32份、碳酸钙30份、碳纤维6份、PTFE与PE混合物6.2份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的56％)，矿粉为金红石粉、萤石粉的混合物(矿粉粒度不超过10微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为95。

实施例7

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉42份、合金粉260份、硅酸盐39份、碳酸钙29份、碳纤维5.6份、PTFE与PE混合物7.6份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的62％)，矿粉为钛铁矿石粉，(矿粉粒度不超过9微米)其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为85。

实施例8

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉44份、合金粉300份、硅酸盐38份、碳酸钙28份、碳纤维6.7份、PTFE与PE混合物6.8份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的74％)，矿粉为长石粉(矿粉粒度不超过8微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为105。

实施例9

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉46份、合金粉200份、硅酸盐37份、碳酸钙27份、碳纤维8.2份、PTFE与PE混合物8份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的83％)，矿粉为冰晶石粉(矿粉粒度不超过7微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为115。

实施例10

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉48份、合金粉100份、硅酸盐34份、碳酸钙26份、碳纤维9.3份、PTFE与PE混合物7份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的88％)，矿粉为萤石粉(矿粉粒度不超过9微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为87。

实施例11

本实施例中，堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉50份、合金粉180份、硅酸盐30份、碳酸钙25份、碳纤维7.5份、PTFE与PE混合物6份(PTFE占PTFE与PE混合物总质量的77％)，矿粉为金红石粉(矿粉粒度不超过5微米)，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为92。

与上述实施例相区别的，碳纤维为长度0.1mm(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：0.2、0.3、0.14、0.16、0.17、0.19、0.22、0.23、0.25、0.27、0.28、0.29以及0.1-0.3mm范围内的其它任意值)，直径(最大径)10微米(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：11、12、13、14、15、16、17、18、19、20以及10-20微米氛围内的其它任意值)的短纤维。

与上述实施例相区别的，矿粉表面或者碳纤维表面或者碳酸钙表面或者硅酸盐表面还设置有由天然橡胶乳胶液经涂覆干燥后形成的涂层。

与上述实施例相区别的，涂层形成有一层(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：两层、三层、四层、五层、六层等)，且涂层总厚度为2微米(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0以及2-3微米范围内的其它任意值)。

与上述实施例相区别的，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，其组成技术方案还可以为包括而不限于以下所列技术方案中任一：

1、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5％、Si 3.5％、B 1.2％、Cr 14.0％、Ni33.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

2、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.6％、Si 2.0％、B 1.4％、Cr 13.0％、Ni36.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

3、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.7％、Si 3.0％、B 1.6％、Cr 12.0％、Ni39.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

4、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.8％、Si 2.5％、B 1.0％、Cr 12.5％、Ni37.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

5、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.55％、Si 2.7％、B 2.0％、Cr 13.6％、Ni32.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

6、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.75％、Si 3.2％、B 1.5％、Cr 12.7％、Ni30.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

7、铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.65％、Si 2.9％、B 1.7％、Cr 13.2％、Ni28.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

以上铁基自熔性合金的技术方案中，杂质元素的总量应当不高于0.07％，单一组成不高于0.03％。

与上述实施例相区别的，合金粉为铁基自熔性合金的粉体，合金粉的粒度为150目(还可以为包括而不限于以下列举中的任一：160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400以及150-400目范围内的其它任意值)。

本发明方案的实施，均通过1000次以上堆焊焊接实验，焊缝对接尺寸0.5cm，以X射线探伤仪测试焊缝结合处无暗伤或者裂纹，焊缝接合处与工件性能存±5％的强度误差，熔池周边无明显应力残余。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种堆焊用合金材料，其特征在于：所述堆焊用合金材料的组成包括，以重量份数计：矿粉30-50份、合金粉100-300份、硅酸盐30-40份、碳酸钙25-30份、碳纤维5-10份、PTFE与PE混合物6-8份，所述矿粉为金红石粉、萤石粉、冰晶石粉、长石粉、钛铁矿石粉中的一种或者几种的混合物，其中PTFE和PE均为低聚物，聚合度为80-120。

2.根据权利要求1所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述碳纤维为长度0.1-0.3mm，直径10-20微米的短纤维。

3.根据权利要求1所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述矿粉表面或者碳纤维表面或者碳酸钙表面或者硅酸盐表面还设置有由天然橡胶乳胶液经涂覆干燥后形成的涂层。

4.根据权利要求3所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述涂层形成有至少一层，且涂层总厚度为2-3微米。

5.根据权利要求1所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述合金粉为铁基自熔性合金的粉体，铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5-0.8％、Si 2.0-3.5％、B 1.0-2.0％、Cr12.0-14.0％、Ni 28.0-39.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述合金粉为铁基自熔性合金的粉体，所述铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.7-0.8％、Si 2.0-3.5％、B 1.0-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 28.0-30.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

7.根据权利要求1所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述合金粉为铁基自熔性合金的粉体，所述铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5-0.7％、Si 2.0-3.0％、B 1.2-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 32.0-39.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

8.根据权利要求1所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述合金粉为铁基自熔性合金的粉体，所述铁基自熔性合金的组成为，wt％：C 0.5-0.6％、Si 2.0-3.5％、B 1.2-2.0％、Cr 12.0-14.0％、Ni 30.0-37.0％、余量为Fe及不可避免的杂质。

9.根据权利要求1、5-8中任一所述的堆焊用合金材料，其特征在于：所述合金粉为铁基自熔性合金的粉体，所述合金粉的粒度为150-400目。