CN107052537A - 一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法，本发明所采用的堆焊材料优良的抗裂性能及塑韧性能，所述堆焊材料熔敷金属组织中的加入活性炭负载硅纳米材料，使得堆焊焊丝的焊接工艺性能，特别是保证堆焊焊丝焊接完全熔化及焊道的浸润性良好；采用本发明工艺焊接的钻头有良好的耐热性、耐磨性及高强度、高硬度，同时具备一定的韧性。

Description

一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法。
背景技术
焊接在现代制造业和工程建设中发挥了重要的作用，特别是堆焊药芯焊丝具有易渗、电流密度集中、熔深大、熔敷效率高、易制造、综合成本低等优点成为一种极有发展前途的焊接材料及高技术产品，在焊接材料中所占的比例越来越大。
堆焊再制造是焊接领域中的一个重要分支，是一种表面技术处理工艺方法，它是采用焊接方式在零件表面堆敷一层具有一定性能材料的工艺过程。对废旧大型支承辊进行再制造工程处理，可挖掘出巨大的剩余价值，再制造新品的成本约为原品的50％，而使用寿命能达到甚至超过原品，且能降低能耗60％以上，节约材料70％以上。因此堆焊再制造大型冶金支承辊可以大幅度减排、节能和降耗，具有明显的资源、环保和社会效益，具有可持续发展前景。
高炉钻具是炼铁高炉易损备件，配套液压开口机或气动开口机，钻透出铁孔，放出铁水。在钻透高炉出铁口的过程中，它受到高温环境中的扭转、压缩、弯曲、摩擦等交变应力作用，进入孔内越深，温度越高，炮泥层越硬，钻具的前端即钻头损坏的可能性越大。因此，开铁口钻头的优劣直接影响出铁、出渣生产作业及出铁口的维护。现有技术中，一般选用钎焊方式将硬质合金镶嵌在钻头的座体上。
发明内容
本发明提供一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法，本发明所采用的堆焊材料优良的抗裂性能及塑韧性能，所述堆焊材料熔敷金属组织中的加入活性炭负载硅纳米材料，使得堆焊焊丝的焊接工艺性能，特别是保证堆焊焊丝焊接完全熔化及焊道的浸润性良好；采用本发明工艺焊接的钻头有良好的耐热性、耐磨性及高强度、高硬度，同时具备一定的韧性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备活性炭负载硅纳米材料粉体
将装有纳米一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化铝管中间，然后将该管放在高温管式炉中，抽真空在20-50Pa，然后将温度900-1000℃并分别保温60-80min，之后升温到1300-1400℃保温4-6h；之后以10-15℃/min的速率降温到500-600℃并保温30-40min，同时以60sccm鼓入空气到炉腔，自然冷却至室温，得到硅纳米线，备用；
将硅烷偶联剂加入到去离子水，并用醋酸调节pH至3.5，在室温下搅拌30-50min，之后加入所述硅纳米线，在85-95℃回流反应15-20h，抽滤、洗涤、干燥，得到偶联后的硅纳米线复合物；
将得到的偶联后的硅纳米线复合物、纳米活性炭加入到去离子水，用超声波在45℃、150W的条件下混匀30-50min，室温下静止老化30-40h，用去离子水清洗多次至流出液呈中性，120-150℃烘干15-20h至恒重，再350-400℃焙烧3-5小时，冷却、干燥，制得活性炭负载硅纳米线，球磨粉碎得到活性炭负载硅纳米粉体；
（2）按照如下重量份配料:
上述活性炭负载硅粉体 2-3份
V 2-5份
Co 6-9份
Ge 2-3.5份
稀土氧化物 0.1-0.3份
W 0.3-0.6份
Cu 1-2份
Fe 65-70份；
（3）按上述各组成的配比选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到复合堆焊材料粉体；
用纵剪机将厚度为0.5-1.0mm的冷轧钢带纵剪成宽10-20mm的钢带，将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填入复合堆焊材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形、截面直径为5-7mm的焊丝坯管；
用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品截面直径为2-3mm的焊丝；
（4）对钻头座体采用电加热或火加热进行预热，预热温度200-250℃，保温时间20-25min；
采用上述焊丝配以TIG焊接钻刃，焊接工艺参数为：采用钨极氩弧焊焊接时，Ar气流量为10-15L/min；焊接电流为300-400A；电压为30-32V；
焊后采用热处理炉对钻头进行650-700℃保温15-20min的热处理。
优选的，所述稀土氧化物为CeO2+ La2O3。
具体实施方式
实施例一
将装有纳米一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化铝管中间，然后将该管放在高温管式炉中，抽真空在20Pa，然后将温度900℃并分别保温60min，之后升温到1300℃保温4h；之后以10℃/min的速率降温到500℃并保温30min，同时以60sccm鼓入空气到炉腔，自然冷却至室温，得到硅纳米线，备用。
将硅烷偶联剂加入到去离子水，并用醋酸调节pH至3.5，在室温下搅拌30-50min，之后加入所述硅纳米线，在85℃回流反应15h，抽滤、洗涤、干燥，得到偶联后的硅纳米线复合物。
将得到的偶联后的硅纳米线复合物、纳米活性炭加入到去离子水，用超声波在45℃、150W的条件下混匀30min，室温下静止老化30h，用去离子水清洗多次至流出液呈中性，120℃烘干15h至恒重，再350℃焙烧3小时，冷却、干燥，制得活性炭负载硅纳米线，球磨粉碎得到活性炭负载硅纳米粉体。
按照如下重量份配料:
上述活性炭负载硅粉体 2份
V 2份
Co 6份
Ge 2份
稀土氧化物 0.1份
W 0.3份
Cu 1份
Fe 65份。
按上述各组成的配比选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到复合堆焊材料粉体；所述稀土氧化物为CeO2+ La2O3。
用纵剪机将厚度为0.5mm的冷轧钢带纵剪成宽10mm的钢带，将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填入复合堆焊材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形、截面直径为5mm的焊丝坯管；用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品截面直径为2mm的焊丝。
对钻头座体采用电加热或火加热进行预热，预热温度200℃，保温时间20min；采用上述焊丝配以TIG焊接钻刃，焊接工艺参数为：采用钨极氩弧焊焊接时，Ar气流量为10L/min；焊接电流为300A；电压为30V；焊后采用热处理炉对钻头进行650℃保温15min的热处理。
实施例二
将装有纳米一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化铝管中间，然后将该管放在高温管式炉中，抽真空在50Pa，然后将温度1000℃并分别保温80min，之后升温到1400℃保温6h；之后以15℃/min的速率降温到600℃并保温40min，同时以60sccm鼓入空气到炉腔，自然冷却至室温，得到硅纳米线，备用。
将硅烷偶联剂加入到去离子水，并用醋酸调节pH至3.5，在室温下搅拌50min，之后加入所述硅纳米线，在95℃回流反应20h，抽滤、洗涤、干燥，得到偶联后的硅纳米线复合物。
将得到的偶联后的硅纳米线复合物、纳米活性炭加入到去离子水，用超声波在45℃、150W的条件下混匀50min，室温下静止老化40h，用去离子水清洗多次至流出液呈中性，150℃烘干15-20h至恒重，再400℃焙烧5小时，冷却、干燥，制得活性炭负载硅纳米线，球磨粉碎得到活性炭负载硅纳米粉体。
按照如下重量份配料:
上述活性炭负载硅粉体 3份
V 5份
Co 9份
Ge 3.5份
稀土氧化物 0.3份
W 0.6份
Cu 2份
Fe 70份。
按上述各组成的配比选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到复合堆焊材料粉体；所述稀土氧化物为CeO2+ La2O3。
用纵剪机将厚度为1.0mm的冷轧钢带纵剪成宽20mm的钢带，将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填入复合堆焊材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形、截面直径为7mm的焊丝坯管；用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品截面直径为3mm的焊丝。
对钻头座体采用电加热或火加热进行预热，预热温度250℃，保温时间25min；采用上述焊丝配以TIG焊接钻刃，焊接工艺参数为：采用钨极氩弧焊焊接时，Ar气流量为15L/min；焊接电流为400A；电压为32V；焊后采用热处理炉对钻头进行700℃保温20min的热处理。

Claims (2)

1.一种利用硅碳掺杂堆焊材料焊接钻头的方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备活性炭负载硅纳米材料粉体
将装有纳米一氧化硅粉末的小瓷舟水平放置于氧化铝管中间，然后将该管放在高温管式炉中，抽真空在20-50Pa，然后将温度900-1000℃并分别保温60-80min，之后升温到1300-1400℃保温4-6h；之后以10-15℃/min的速率降温到500-600℃并保温30-40min，同时以60sccm鼓入空气到炉腔，自然冷却至室温，得到硅纳米线，备用；
将硅烷偶联剂加入到去离子水，并用醋酸调节pH至3.5，在室温下搅拌30-50min，之后加入所述硅纳米线，在85-95℃回流反应15-20h，抽滤、洗涤、干燥，得到偶联后的硅纳米线复合物；
将得到的偶联后的硅纳米线复合物、纳米活性炭加入到去离子水，用超声波在45℃、150W的条件下混匀30-50min，室温下静止老化30-40h，用去离子水清洗多次至流出液呈中性，120-150℃烘干15-20h至恒重，再350-400℃焙烧3-5小时，冷却、干燥，制得活性炭负载硅纳米线，球磨粉碎得到活性炭负载硅纳米粉体；
（2）按照如下重量份配料:
上述活性炭负载硅粉体 2-3份
V 2-5份
Co 6-9份
Ge 2-3.5份
稀土氧化物 0.1-0.3份
W 0.3-0.6份
Cu 1-2份
Fe 65-70份；
（3）按上述各组成的配比选择相应的化合物或合金粉体，按比例混合均匀得到复合堆焊材料粉体；
用纵剪机将厚度为0.5-1.0mm的冷轧钢带纵剪成宽10-20mm的钢带，将钢带轧制成截面呈U形，向钢带的U型凹槽中填入复合堆焊材料粉体，随后将钢带轧制成截面为O形、截面直径为5-7mm的焊丝坯管；
用多联直线拉丝机将焊丝坯管拉拔至成品截面直径为2-3mm的焊丝；
（4）对钻头座体采用电加热或火加热进行预热，预热温度200-250℃，保温时间20-25min；
采用上述焊丝配以TIG焊接钻刃，焊接工艺参数为：采用钨极氩弧焊焊接时，Ar气流量为10-15L/min；焊接电流为300-400A；电压为30-32V；
焊后采用热处理炉对钻头进行650-700℃保温15-20min的热处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀土氧化物为CeO2+ La2O3。
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