CN106271208A - 一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝 - Google Patents

一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝。所述焊丝的各元素组分按重量百分比计为：碳0.3～1.0％，铬14～19％，硅3.5～5.0％，硼3.0～4.5％，铁0～6％，余量为镍，通过如下方法制备：称取一定量的铬粉、硼粉、镍粉和硅铁粉充分搅拌混合均匀，将混合粉填入到弯成U型的Ni80Cr20不锈钢带中，然后卷曲封口，经过焊丝拉拔机逐级拉细到直径2.0，即得到所述焊丝。本发明所述镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝具有生产成本低、自熔性好、堆焊效率高、熔覆率高等优点，适用于等离子堆焊；堆焊层结合强度大、硬度高，具有极强的耐硬面磨损、磨粒磨损和冲蚀磨损性能。

Description

一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝。
背景技术
由于磨损与腐蚀造成的能源与材料的消耗十分惊人，各国对此进行过详细的统计,仅磨损和腐蚀所造成的损失就占国民经济总产值的2-4％。材料及其构件的表面常常由于磨损、腐蚀和氧化等故而失效,为了防止在高温、高压和腐蚀介质等工作环境下零件因其表面损坏而报废,提高零件的可靠性,延长其寿命,许多国家都在努力研究和应用各种提高表面性能的技术。其中由于堆焊技术成本较低、操作简单、可较好修复或强化零件表面，提高零件耐腐蚀、耐磨损及抗疲劳等性能，因此得到更为广泛的应用。
堆焊材料对堆焊工艺过程和堆焊层性能起着决定性的作用，为了适应各种复杂严苛的工作环境，满足经济性和工艺可行性，人们研究出了多种成分和形态的堆焊材料。根据材料成分可分为铁基、钴基、镍基、铜基合金和碳化物等几大类，按材料形态来分，又可以分为线材、棒材和粉末三大类。例如Ni60镍基堆焊合金粉末以其自熔性好、硬度高在火焰一步法和两步法喷焊及等离子堆焊等领域得到了广泛应用。但却有其使用局限性，如以粉末状态供货，致使生产成本高；熔覆效率(材料利用率)低(仅为50％-60％)；受潮后流动性变差而影响喷焊性能，使用前要烘干等。尤其是等离子喷焊过程中，由于粉末容易粘到等离子喷嘴和钨电极而导致电弧状态发生改变，不得不在喷焊过程中多次停机清理等离子喷嘴，导致喷焊层质量变差和喷焊效率变低。因此使用合理的堆焊材料不仅可以有效改善零件表面性能，满足使用要求，提高其使用寿命，又可节约成本，提高生产效率。
发明内容
本发明针对Ni60镍基堆焊合金粉末生产成本高、熔覆效率低、受潮后流动性变差造成送粉不畅和堵塞，使用前需烘干，以及在等离子喷焊过程中易粘到等离子喷嘴和钨电极等不足，目的在于提供一种等离子堆焊用镍基自熔性堆焊焊丝。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，各元素组分按重量百分比计为：碳0.3～1.0％；铬14～19％；硅3.5～5.0％；硼3.0～4.5％；铁0～6％；余量为镍，通过如下方法制备得到：称取一定量的铬粉、硼粉、镍粉和硅铁粉充分搅拌混合均匀，将混合粉填入到弯成U型的Ni80Cr20不锈钢带中，然后卷曲封口，经过焊丝拉拔机逐级拉细到直径2.0，即得到所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝。
上述方案中，所述镍基自熔性硬面堆焊焊丝的元素组分碳为Ni80Cr20不锈钢带中的碳含量和硅铁中的碳含量的总和。
上述方案中，所述镍基自熔性硬面堆焊焊丝的元素组分铬为过150～200目筛铬粉的量和Ni80Cr20不锈钢带中的铬含量的总和。
上述方案中，所述镍基自熔性硬面堆焊焊丝的元素组分硼为过180～220目筛硼粉的量。
上述方案中，所述镍基自熔性硬面堆焊焊丝的元素组分镍为过150～200目筛镍粉的量和Ni80Cr20不锈钢带中的镍含量的总和。
上述方案中，所述镍基自熔性硬面堆焊焊丝的元素组分硅为过150～200目筛的硅铁粉中的硅含量和Ni80Cr20不锈钢带中的硅含量的总和。
上述方案中，所述镍基自熔性硬面堆焊焊丝的元素组分铁为过150～200目筛的硅铁粉中的铁含量和Ni80Cr20不锈钢带中的铁含量的总和。
上述方案中，所述Ni80Cr20不锈钢带的成分按质量百分比计为：C≤0.08％；Mn≤0.6％；P≤0.02％；S≤0.015％；Si：0.75－1.60％；Cr：20.0－23.0％；Fe≤1.0％；Al≤0.5％；Ni：余量。
本发明的有益效果：本发明所述镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝具有生产成本低、自熔性好、堆焊效率高、熔覆率(材料利用率)高等优点(可达95％以上)，适用于等离子堆焊；堆焊层结合强度大(300兆帕以上)、硬度高(可达HRC58-60)，具有极强的耐硬面磨损、磨粒磨损和冲蚀磨损性能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝，各元素组分按重量百分比为：碳0.04％；铬17.34％；硅4.79％；硼4.5％；铁5.7％；余量为镍。其中镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的碳为Ni80Cr20不锈钢带中的碳和硅铁中的碳；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的铬为过150～200目筛的铬粉和Ni80Cr20不锈钢带中的铬；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的硼为过180～220目筛的硼粉，镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的镍为过150～200目筛的镍粉和Ni80Cr20不锈钢带中的镍；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的硅为过150～200目筛的硅铁粉中的硅和Ni80Cr20不锈钢带中的硅；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的铁为过150～200目筛的硅铁粉中的铁和Ni80Cr20不锈钢带中的铁。所述Ni80Cr20不锈钢带的成分按质量百分比计为：C≤0.08％；Mn≤0.6％；P≤0.02％；S≤0.015％；Si：0.75－1.60％；Cr：20.0－23.0％；Fe≤1.0％；Al≤0.5％；Ni：余量。
实施例2
一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝，各组分按重量百分比为：碳0.03％；铬16.38％；硅4.57％；硼4.26％；铁2.28％；余量为镍。其中镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的碳为Ni80Cr20不锈钢带中的碳和硅铁中的碳；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的铬为过150～200目筛的铬粉和Ni80Cr20不锈钢带中的铬；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的硼为过180～220目筛的硼粉，镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的镍为过150～200目筛的镍粉和Ni80Cr20不锈钢带中的镍；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的硅为过150～200目筛的硅铁粉中的硅和Ni80Cr20不锈钢带中的硅；镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝成分中的铁为过150～200目筛的硅铁粉中的铁和Ni80Cr20不锈钢带中的铁。所述Ni80Cr20不锈钢带的成分按质量百分比计为：C≤0.08％；Mn≤0.6％；P≤0.02％；S≤0.015％；Si：0.75－1.60％；Cr：20.0－23.0％；Fe≤1.0％；Al≤0.5％；Ni：余量。
本发明所述等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝适用于等离子堆焊，为了更好地体现本发明所解决的实际技术问题，将本发明所述等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝与现广泛应用的Ni60镍基堆焊合金粉末进行比较，具体操作为：
一、采用本发明的镍基自熔性硬面堆焊焊丝堆焊，具体步骤为：
1、焊丝500克，用等离子焊机堆焊于300X250X12mm的Q235钢板上，钢板原始重量为6990克，堆焊后钢板重量为7470克，增重480克，熔敷效率为：480÷500×100％＝96％。堆焊后的钢板冷却到室温后，用洛氏硬度计测试6点堆焊层不同位置的硬度平均值为HRC59.2；堆焊过程用时7分钟。主要焊接规范参数为：维弧电流10A，焊接电流80A，离子气流量0.8L/Min，保户气流量10L/Min。
2、焊丝800克，用等离子焊机堆焊于300X250X12mm的Q235钢板上，钢板原始重量为7022克，堆焊后钢板重量为7796克，增重774克，熔敷效率为：774÷800×100％＝96.8％。堆焊后的钢板冷却到室温后，用洛氏硬度计测试6点堆焊层不同位置的硬度平均值为HRC59.0；堆焊过程用时10.8分钟。主要焊接规范参数为：维弧电流10A，焊接电流100A，离子气流量1L/Min，保户气流量10L/Min。
3、焊丝1000克，用等离子焊机堆焊于300X250X12mm的Q235钢板上，钢板原始重量为6987克，堆焊后钢板重量为7958克，增重971克，熔敷效率为：971÷1000×100％＝97.1％。堆焊后的钢板冷却到室温后，用洛氏硬度计测试6点堆焊层不同位置的硬度平均值为HRC58.7；堆焊过程用时12.7分钟。主要焊接规范参数为：维弧电流10A，焊接电流120A，离子气流量1L/Min，保户气流量12L/Min。
二、采用Ni60镍基堆焊合金粉末等离子堆焊，具体步骤为：
1、150摄氏度烘干1.5小时后的200目Ni600镍基堆焊合金粉末500克，用等离子焊机堆焊于300X250X12mm的Q235钢板上，钢板原始重量为6881克，堆焊后钢板重量为7156克，增重275克，熔敷效率为：275÷500×100％＝55％。堆焊后的钢板冷却到室温后，用洛氏硬度计测试6点堆焊层不同位置的硬度平均值为HRC58.4；堆焊过程用时12.5分钟。主要焊接规范参数为：维弧电流10A，焊接电流80A，离子气流量0.8L/Min，送粉气流量1L/Min，保户气流量10L/Min。
2、150摄氏度烘干1.5小时后的200目Ni600镍基堆焊合金粉末800克，用等离子焊机堆焊于300X250X12mm的Q235钢板上，钢板原始重量为7031克，堆焊后钢板重量为7503克，增重472克，熔敷效率为：472÷800×100％＝59.0％。堆焊后的钢板冷却到室温后，用洛氏硬度计测试6点堆焊层不同位置的硬度平均值为HRC58.2；堆焊过程用时16.7分钟。主要焊接规范参数为：维弧电流10A，焊接电流100A，离子气流量1L/Min，送粉气流量1.2L/Min，保户气流量10L/Min。
3、150摄氏度烘干1.5小时后的200目Ni600镍基堆焊合金粉末1000克，用等离子焊机堆焊于300X250X12mm的Q235钢板上，钢板原始重量为7043克，堆焊后钢板重量为7635克，增重592克，熔敷效率为：592÷1000×100％＝59.2％。堆焊后的钢板冷却到室温后，用洛氏硬度计测试6点堆焊层不同位置的硬度平均值为HRC58.3；堆焊过程用时21分钟。主要焊接规范参数为：维弧电流10A，焊接电流120A，离子气流量1L/Min，送粉气流量1.4L/Min，保户气流量12L/Min。
由上得出，本发明的镍基自熔性硬面堆焊焊丝等离子硬面堆焊的平均熔敷效率为：(96％+96.8％+97.1％)÷3＝96.6％，Ni60镍基堆焊合金粉末等离子硬面堆焊的平均熔敷效率为：(55％+59％+59.2)÷3＝57.8；镍基自熔性硬面堆焊焊丝等离子硬面堆焊的平均堆焊效率为：(480+774+971)克÷(7+10.8+12.7)分钟＝72.95克/每分钟，Ni60镍基堆焊合金粉末等离子硬面堆焊的平均堆焊效率为：(275+472+592)克÷(12.5+16.7+21)分钟＝26.67克/每分钟；镍基自熔性硬面堆焊焊丝等离子硬面堆焊的堆焊层平均硬度为：(59.2+59.0+58.7)÷3＝58.97，Ni60镍基堆焊合金粉末等离子硬面堆焊的堆焊层平均硬度为：(58.4+58.2+58.1)÷3＝58.23。具体结果对比如下表1所示。
表1本发明镍基自熔性硬面堆焊焊丝与Ni60镍基堆焊合金粉末的效果比对
堆焊材料 熔敷效率 堆焊效率(克/分) 硬度(HRC)
本发明堆焊焊丝 96.6％ 72.95 58.97
Ni60堆焊粉末 57.8％ 26.67 58.23
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，各元素组分按重量百分比计为：碳0.3~1.0%，铬14~19%，硅3.5~5.0%，硼3.0~4.5%，铁0~6%，余量为镍，通过如下方法制备得到：称取一定量的铬粉、硼粉、镍粉和硅铁粉充分搅拌混合均匀，将混合粉填入到弯成U型的Ni80Cr20不锈钢带中，然后卷曲封口，经过焊丝拉拔机逐级拉细到直径2.0，即得到所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝。
2.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述的元素组分碳为Ni80Cr20不锈钢带中的碳含量和硅铁粉中的碳含量的总和。
3.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述的元素组分铬为铬粉的量和Ni80Cr20不锈钢带中的铬含量的总和。
4.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述的元素组分硼为硼粉的量。
5.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述的元素组分镍为镍粉的量和Ni80Cr20不锈钢带中的镍含量的总和。
6.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述的元素组分硅为硅铁粉中的硅含量和Ni80Cr20不锈钢带中的硅含量的总和。
7.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述的元素组分铁为硅铁粉中的铁含量和Ni80Cr20不锈钢带中的铁含量的总和。
8.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述Ni80Cr20不锈钢带的成分按质量百分比计为：C ≤0.08%；Mn ≤0.6%；P ≤0.02%；S ≤0.015%；Si：0.75－1.60%；Cr：20.0－23.0%； Fe ≤ 1.0%；Al≤ 0.5%； Ni：余量。
9.根据权利要求1所述的等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊焊丝，其特征在于，所述铬粉过150~200目筛，所述硼粉过180~220目筛，所述镍粉过150~200目筛，所述硅铁粉过150~200目筛。
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