CN107234370B - 一种堆焊电焊条及其制备方法 - Google Patents

一种堆焊电焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种堆焊电焊条及其制备方法，所述电焊条包括焊芯和药皮，焊芯选自H08A或H08E低碳钢焊芯，药皮包括以下重量份的原料：大理石40～60份、萤石10～20份、雾化硅铁5～12份、碳化硅0.2～1.5份、纳米铁粉8～16份、钛白粉10～20份、锰铁5～12份、铬粉3～10份、镍粉3～6份、海泡石10～25份、硅酸钠8～18份、轻质碳酸钙2～6份、增塑剂0.5～3份。制备方法包括海泡石发酵、合金料烧结、药皮干料制备、压制成型。本发明的堆焊电焊条具有优良的抗拉强度、韧性、屈服强度，制备过程中产生的焊渣较少，熔融完全，高效节能污染小，提高了焊接的工作效率。

Description

一种堆焊电焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种堆焊电焊条及其制备方法。
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。采用堆焊的方法来制造产品或修复机械零部件，不仅可以恢复零部件原来的尺寸，还可以进一步提高工件的耐磨抗压性能，这对降低生产成本，节约材料，提高使用寿命都有着重要意义。
目前广泛采用的堆焊焊条均具有良好的力学性能和机械性能，但是抗拉性能和屈服强度仍有待进一步提高，而且在制备时会产生较多焊渣，难以清理，药皮的含湿量较高，且形成的焊缝易开裂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种堆焊电焊条及其制备方法，该堆焊电焊条成分配比合理，具有优良的抗拉强度、韧性、屈服强度，制备过程中产生的焊渣较少，熔融完全，工艺高效节能污染小，提高了焊接的工作效率。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种堆焊电焊条，包括焊芯和药皮，焊芯选自H08A或H08E低碳钢焊芯，所述药皮包括以下重量份的原料：大理石40～60份、萤石10～20份、雾化硅铁5～12份、碳化硅0.2～1.5份、纳米铁粉8～16份、钛白粉10～20份、锰铁5～12份、铬粉3～10份、镍粉3～6份、海泡石10～25份、硅酸钠8～18份、轻质碳酸钙2～6份、增塑剂0.5～3份。
优选地，所述药皮包括以下重量份的原料：大理石52份、萤石16份、雾化硅铁8份、碳化硅0.8份、纳米铁粉13份、钛白粉18份、锰铁10份、铬粉5份、镍粉4份、海泡石18份、硅酸钠15份、轻质碳酸钙3份、增塑剂1份。
优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧脂肪酸丁酯、三丙酸甘油酯中的一种或多种的组合。
上述堆焊电焊条的制备方法，包括以下步骤：
1）海泡石发酵：称取海泡石，使用行星式球磨机干法球磨30～50min后，过200～300目筛，倒入发酵罐中，恒温密闭发酵28～36小时；发酵结束后，过滤干燥得到海泡石滤渣；
2）合金料烧结：向高温窑炉内依次加入雾化硅铁、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉、步骤1）制备的海泡石滤渣，关上炉门，并以80～100mL/min的速率吹入氮气，恒速升温至750～850℃，保温30～50min；再以60～80mL/min的速率吹入还原性气体，恒速升温至1150～1250℃，保温20～40min；停止吹入气体，自然冷却至室温，得到烧结合金料；
3）药皮干料制备：将烧结合金料、大理石、萤石、碳化硅、钛白粉、轻质碳酸钙、增塑剂混合搅拌均匀，得到药皮湿料；使用微波进行两段微波干燥，得到含水量小于1.5wt%的药皮干料；
4）压制成型：将药皮干料与焊芯放置于焊条涂料机上，加入硅酸钠压制成型，于300～350℃干燥保温2～3小时，得到该堆焊焊条。
优选地，所述步骤1）干法球磨使用陶瓷研磨罐，公转转速为200～300r/min，自转转速为400～650 r/min。
优选地，所述步骤2）恒速升温至750～850℃的速率为8～15℃/min，恒速升温至1150～1250℃的速率为15～25℃/min。
优选地，所述步骤2）还原性气体选自氢气、一氧化碳、甲烷中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤3）两段微波干燥具体过程为：设置微波输出功率2.6～3.8kW，以5～10℃/min的速率升温至50～65℃，保温5～10min，再以8～15℃/min的速率升温至80～100℃，保温3～8min。
优选地，所述步骤4）焊条涂料机的转速为60～100 r/min，压制压力为5～15MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的堆焊电焊条，成分配比合理，药皮成分中的稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂、粘结剂等多种成分复配，协同作用，具有优良的抗拉强度、韧性、屈服强度，制备过程中产生的焊渣较少，熔融完全，焊缝牢固，不易开裂，工艺高效节能污染小，提高了焊接的工作效率。
（2）本发明的堆焊电焊条，大理石、萤石作为稳弧剂、造渣剂或造气剂，能够保持电弧稳定燃烧，保护焊缝金属中的氧含量，防止空气中氧和氮的侵入；雾化硅铁、碳化硅、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉作为脱氧剂或合金剂，能够提高焊缝的金属性能，补偿烧损及向焊缝中补充合金元素，保证焊缝的化学性能；轻质碳酸钙燃烧后能够产生二氧化碳的惰性气氛，防止氧化；硅酸钠又称水玻璃，具有良好的粘结性，能够牢固地将药皮与焊芯粘接。
（3）本发明的堆焊电焊条的制备中，海泡石的微孔结构发酵能能够吸附沼液，去除海泡石内部的酸性杂质，辅助合金材料的烧结，能够在惰性和还原性气氛下，发生氧化放热反应，促进焊条熔融；球磨和微波干燥的方法，均具有高效、能耗低、清洁等特点，不会产生焊渣和粉尘，精确的温控保证了干燥的均匀度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种堆焊电焊条，包括焊芯和药皮，焊芯选自H08A低碳钢焊芯，所述药皮包括以下重量的原料：大理石52kg、萤石16kg、雾化硅铁8kg、碳化硅0.8kg、纳米铁粉13kg、钛白粉18kg、锰铁10kg、铬粉5kg、镍粉4kg、海泡石18kg、硅酸钠15kg、轻质碳酸钙3kg、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯1kg。
上述堆焊电焊条的制备方法，包括以下步骤：
1）海泡石发酵：称取海泡石，使用行星式球磨机干法球磨45min后，过200～300目筛，倒入发酵罐中，恒温密闭发酵34小时；发酵结束后，过滤干燥得到海泡石滤渣；其中，干法球磨使用陶瓷研磨罐，公转转速为200～300r/min，自转转速为400～650 r/min。
2）合金料烧结：向高温窑炉内依次加入雾化硅铁、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉、步骤1）制备的海泡石滤渣，关上炉门，并以80～100mL/min的速率吹入氮气，以10℃/min速率恒速升温至800℃，保温45min；再以60～80mL/min的速率吹入一氧化碳，以20℃/min速率恒速升温至1200℃，保温35min；停止吹入气体，自然冷却至室温，得到烧结合金料。
3）药皮干料制备：将烧结合金料、大理石、萤石、碳化硅、钛白粉、轻质碳酸钙、增塑剂混合搅拌均匀，得到药皮湿料；使用微波进行两段微波干燥，得到含水量小于1.5wt%的药皮干料；其中，两段微波干燥具体过程为：设置微波输出功率2.6～3.8kW，以10℃/min的速率升温至60℃，保温9min，再以12℃/min的速率升温至95℃，保温8min。
4）压制成型：将药皮干料与焊芯放置于焊条涂料机上，加入硅酸钠压制成型，于350℃干燥保温3小时，得到该堆焊焊条。其中，焊条涂料机的转速为60～100 r/min，压制压力为5～15MPa。
实施例2
一种堆焊电焊条，包括焊芯和药皮，焊芯选自H08E低碳钢焊芯，所述药皮包括以下重量的原料：大理石46kg、萤石12kg、雾化硅铁8kg、碳化硅0.9kg、纳米铁粉12kg、钛白粉15kg、锰铁7kg、铬粉6kg、镍粉4kg、海泡石15kg、硅酸钠14kg、轻质碳酸钙3kg、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯2.3kg。
上述堆焊电焊条的制备方法，包括以下步骤：
1）海泡石发酵：称取海泡石，使用行星式球磨机干法球磨30min后，过200～300目筛，倒入发酵罐中，恒温密闭发酵36小时；发酵结束后，过滤干燥得到海泡石滤渣；其中，干法球磨使用陶瓷研磨罐，公转转速为200～300r/min，自转转速为400～650 r/min。
2）合金料烧结：向高温窑炉内依次加入雾化硅铁、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉、步骤1）制备的海泡石滤渣，关上炉门，并以80～100mL/min的速率吹入氮气，以15℃/min速率恒速升温至835℃，保温42min；再以60～80mL/min的速率吹入氢气，以18℃/min速率恒速升温至1180℃，保温34min；停止吹入气体，自然冷却至室温，得到烧结合金料。
3）药皮干料制备：将烧结合金料、大理石、萤石、碳化硅、钛白粉、轻质碳酸钙、增塑剂混合搅拌均匀，得到药皮湿料；使用微波进行两段微波干燥，得到含水量小于1.5wt%的药皮干料；其中，两段微波干燥具体过程为：设置微波输出功率2.6～3.8kW，以7℃/min的速率升温至68℃，保温7min，再以13℃/min的速率升温至96℃，保温8min。
4）压制成型：将药皮干料与焊芯放置于焊条涂料机上，加入硅酸钠压制成型，于300～350℃干燥保温2～3小时，得到该堆焊焊条。其中，焊条涂料机的转速为60～100 r/min，压制压力为5～15MPa。
实施例3
一种堆焊电焊条，包括焊芯和药皮，焊芯选自H08A低碳钢焊芯，所述药皮包括以下重量的原料：大理石53kg、萤石12kg、雾化硅铁10kg、碳化硅0.7kg、纳米铁粉12kg、钛白粉15kg、锰铁6kg、铬粉4kg、镍粉5kg、海泡石17kg、硅酸钠13kg、轻质碳酸钙5kg、增塑剂环氧脂肪酸丁酯2.3kg。
上述堆焊电焊条的制备方法，包括以下步骤：
1）海泡石发酵：称取海泡石，使用行星式球磨机干法球磨50min后，过200～300目筛，倒入发酵罐中，恒温密闭发酵36小时；发酵结束后，过滤干燥得到海泡石滤渣；其中，干法球磨使用陶瓷研磨罐，公转转速为200～300r/min，自转转速为400～650 r/min。
2）合金料烧结：向高温窑炉内依次加入雾化硅铁、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉、步骤1）制备的海泡石滤渣，关上炉门，并以80～100mL/min的速率吹入氮气，以15℃/min速率恒速升温至850℃，保温30min；再以60～80mL/min的速率吹入甲烷，以25℃/min速率恒速升温至1250℃，保温30min；停止吹入气体，自然冷却至室温，得到烧结合金料。
3）药皮干料制备：将烧结合金料、大理石、萤石、碳化硅、钛白粉、轻质碳酸钙、增塑剂混合搅拌均匀，得到药皮湿料；使用微波进行两段微波干燥，得到含水量小于1.5wt%的药皮干料；其中，两段微波干燥具体过程为：设置微波输出功率2.6～3.8kW，以8℃/min的速率升温至65℃，保温8min，再以12℃/min的速率升温至95℃，保温5min。
4）压制成型：将药皮干料与焊芯放置于焊条涂料机上，加入硅酸钠压制成型，于330℃干燥保温2.2小时，得到该堆焊焊条。其中，焊条涂料机的转速为60～100 r/min，压制压力为5～15MPa。
实施例4
一种堆焊电焊条，包括焊芯和药皮，焊芯选自H08E低碳钢焊芯，所述药皮包括以下重量的原料：大理石57kg、萤石18kg、雾化硅铁11kg、碳化硅1.3kg、纳米铁粉15kg、钛白粉18kg、锰铁10kg、铬粉7kg、镍粉5kg、海泡石22kg、硅酸钠16kg、轻质碳酸钙5kg、增塑剂三丙酸甘油酯2.8kg。
上述堆焊电焊条的制备方法，包括以下步骤：
1）海泡石发酵：称取海泡石，使用行星式球磨机干法球磨46min后，过200～300目筛，倒入发酵罐中，恒温密闭发酵34小时；发酵结束后，过滤干燥得到海泡石滤渣；其中，干法球磨使用陶瓷研磨罐，公转转速为200～300r/min，自转转速为400～650 r/min。
2）合金料烧结：向高温窑炉内依次加入雾化硅铁、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉、步骤1）制备的海泡石滤渣，关上炉门，并以80～100mL/min的速率吹入氮气，以12℃/min速率恒速升温至786℃，保温45min；再以60～80mL/min的速率吹入一氧化碳，以22℃/min速率恒速升温至1176℃，保温35min；停止吹入气体，自然冷却至室温，得到烧结合金料。
3）药皮干料制备：将烧结合金料、大理石、萤石、碳化硅、钛白粉、轻质碳酸钙、增塑剂混合搅拌均匀，得到药皮湿料；使用微波进行两段微波干燥，得到含水量小于1.5wt%的药皮干料；其中，两段微波干燥具体过程为：设置微波输出功率2.6～3.8kW，以6℃/min的速率升温至60℃，保温8min，再以12℃/min的速率升温至88℃，保温6min。
4）压制成型：将药皮干料与焊芯放置于焊条涂料机上，加入硅酸钠压制成型，于340℃干燥保温2.5小时，得到该堆焊焊条。其中，焊条涂料机的转速为60～100 r/min，压制压力为5～15MPa。
性能测试：对上述实施例1-4制备的堆焊电焊条进行了抗拉强度、屈服强度、拉伸率的测量，这三个测量指标的最低标准值分别为490MPa、410MPa、22%。具体测量结果见下表。
实施例 抗拉强度/ MPa 屈服强度/ MPa 拉伸率/%
1 768 572 38
2 728 543 27
3 697 518 24
4 714 537 29
由上表可以看出，本发明的堆焊电焊条的力学性能如抗拉强度、屈服强度、拉伸率大大超过了标准值，焊缝牢固，不易开裂，实现了焊条的细颗粒溶滴过渡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种堆焊电焊条，包括焊芯和药皮，焊芯选自H08A或H08E低碳钢焊芯，其特征在于，所述药皮包括以下重量份的原料：大理石40～60份、萤石10～20份、雾化硅铁5～12份、碳化硅0.2～1.5份、纳米铁粉8～16份、钛白粉10～20份、锰铁5～12份、铬粉3～10份、镍粉3～6份、海泡石10～25份、硅酸钠8～18份、轻质碳酸钙2～6份、增塑剂0.5～3份。
2.根据权利要求1所述的堆焊电焊条，其特征在于，所述药皮包括以下重量份的原料：大理石52份、萤石16份、雾化硅铁8份、碳化硅0.8份、纳米铁粉13份、钛白粉18份、锰铁10份、铬粉5份、镍粉4份、海泡石18份、硅酸钠15份、轻质碳酸钙3份、增塑剂1份。
3.根据权利要求1所述的堆焊电焊条，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、环氧脂肪酸丁酯、三丙酸甘油酯中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的堆焊电焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)海泡石发酵：称取海泡石，使用行星式球磨机干法球磨30～50min后，过200～300目筛，倒入发酵罐中，恒温密闭发酵28～36小时；发酵结束后，过滤干燥得到海泡石滤渣；
2)合金料烧结：向高温窑炉内依次加入雾化硅铁、纳米铁粉、锰铁、铬粉、镍粉、步骤1)制备的海泡石滤渣，关上炉门，并以80～100mL/min的速率吹入氮气，恒速升温至750～850℃，保温30～50min；再以60～80mL/min的速率吹入还原性气体，恒速升温至1150～1250℃，保温20～40min；停止吹入气体，自然冷却至室温，得到烧结合金料；
3)药皮干料制备：将烧结合金料、大理石、萤石、碳化硅、钛白粉、轻质碳酸钙、增塑剂混合搅拌均匀，得到药皮湿料；使用微波进行两段微波干燥，得到含水量小于1.5wt％的药皮干料；
4)压制成型：将药皮干料与焊芯放置于焊条涂料机上，加入硅酸钠压制成型，于300～350℃干燥保温2～3小时，得到该堆焊电焊条。
5.根据权利要求4所述的堆焊电焊条的制备方法，其特征在于，所述步骤1)干法球磨使用陶瓷研磨罐，公转转速为200～300r/min，自转转速为400～650r/min。
6.根据权利要求4所述的堆焊电焊条的制备方法，其特征在于，所述步骤2)恒速升温至750～850℃的速率为8～15℃/min，恒速升温至1150～1250℃的速率为15～25℃/min。
7.根据权利要求4所述的堆焊电焊条的制备方法，其特征在于，所述步骤2)还原性气体选自氢气、一氧化碳、甲烷中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求4所述的堆焊电焊条的制备方法，其特征在于，所述步骤3)两段微波干燥具体过程为：设置微波输出功率2.6～3.8kW，以5～10℃/min的速率升温至50～65℃，保温5～10min，再以8～15℃/min的速率升温至80～100℃，保温3～8min。
9.根据权利要求4所述的堆焊电焊条的制备方法，其特征在于，所述步骤4)焊条涂料机的转速为60～100r/min，压制压力为5～15MPa。
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