CN108393605A - 高温耐磨焊条及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温耐磨焊条及其生产方法，其特征在于，由内药皮和焊芯组成，所述药皮重量系数为40‑60%，所述药皮由内药皮和外药皮组成，所述药芯包含以下重量份数的组分：大理石20‑35份、萤石8‑15份、白云母5‑10份、金红石4‑8份、纤维素粉2‑5份、硅铁2‑5份、锰铁2‑5份、钛铁1‑3份、钼铁1‑3份、铬铁5‑10份、钽铁2‑5份、铌铁2‑5份、稀土镁硅铁0.5‑2份、稀土氧化物0.1‑1份。本发明高温耐磨焊条电弧稳定、飞溅少、脱渣容易、焊缝成型美观，焊接后的机械零部件可在550℃‑700℃的高温条件下持续工作，并保持较高的硬度以及优异的耐磨料磨损性能。

Description

高温耐磨焊条及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种焊接技术领域，具体涉及一种高温耐磨焊条及其生产方法。
背景技术
机械零部件大多数是用金属材料制造的，在复杂和苛刻的条件下长期工作会出现裂纹、磨损或损坏，严重时甚至导致设备报废。因此在许多情况下需要进行焊接修复。焊条是在气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条，它是由药皮和焊芯两部分组成的。药皮在焊接过程中分解熔化后形成气体和熔渣，起到机械保护、冶金处理、改善工艺性能的作用。
在工业生产中，材料的失效大约80% 是由磨损而造成的。这其中又有一些工件是在高温下服役，如冶金工业里的扒渣辊、高炉中的布料溜槽、高炉炉盖、推焦机滑轨、筛子等工件就是在高温下工作，其服役条件苛刻，磨损剧烈，需要经常维修，费用很高。而目前适用于高温耐磨工况的焊条品种较多，主要分为铁基高温耐磨堆焊材料、钴基高温耐磨堆焊材料和镍基高温耐磨堆焊材料。虽然钴基合金、镍基合金在抗蚀、耐磨以及热稳定性等性能方面均有突出的优点，但是从经济角度考虑，因钴是稀有金属，价格十分昂贵，镍基合金成本也非常高，所以不适宜广泛应用。国内也研究出了一系列铁基高温耐磨焊条，但是其生产或修复的工件长期在高温（>500℃以上）条件下工作时，结果并不理想。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种高温耐磨焊条，该高温耐磨焊条电弧稳定、飞溅少、脱渣容易、焊缝成型美观，焊接后的机械零部件可在550℃-700℃的高温条件下持续工作，并保持较高的硬度以及优异的耐磨料磨损性能，从而大大提高机械零部件的高温使用寿命以及降低工件的维修成本。
本发明是这样实现的：
一种高温耐磨焊条，其特征在于，由内药皮和焊芯组成，所述药皮重量系数为40-60%，所述药皮由内药皮和外药皮组成，其中内药皮涂覆在焊芯的外壁，外药皮涂覆在内药皮的表面上；
所述药芯包含以下重量份数的组分：大理石20-35份、萤石8-15份、白云母5-10份、金红石4-8份、纤维素粉2-5份、硅铁2-5份、锰铁2-5份、钛铁1-3份、钼铁1-3份、铬铁5-10份、钽铁2-5份、铌铁2-5份、稀土镁硅铁0.5-2份、稀土氧化物0.1-1份；
所述外药包含硼铁、石墨、钒铁和碳化硅，所述硼铁、石墨、钒铁和碳化硅的质量比为2:2:1:1。
进一步优选，所述内药皮和外药皮的质量比为5:1-2。
进一步优选，所述药芯包含以下重量份数的组分：大理石30份、萤石10份、白云母6份、金红石5份、纤维素粉3份、硅铁3份、锰铁3份、钛铁2份、钼铁2份、铬铁6份、钽铁3份、铌铁3份、稀土镁硅铁1份、稀土氧化物0.5份。
进一步优选，所述稀土化合物包括氧化镧、氧化钇和氧化铈，所述氧化镧、氧化钇和氧化铈的质量比为2:2:1。
进一步优选，所述纤维素粉为微晶纤维素粉、竹纤维素粉或者甲基纤维素粉中的一种或几种。
本发明的高温耐磨焊条的生产方法，包括如下步骤：
S1、按照配比称取大理石、萤石、白云母、金红石、纤维素粉、硅铁、锰铁、钛铁、钼铁、铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁和稀土氧化物研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉A；
S2、照配比称取硼铁、石墨、钒铁和碳化硅研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉B；
S3、将混合药粉A与焊芯放置于焊条涂料机上压制成型，得中间焊条；
S4、将混合药粉B与中间焊条放置于焊条涂料机上压制成型，并将压制好的焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随着生温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
进一步优选，所述粘结剂的加入量为混合药粉重量的10-15%。
进一步优选，所述粘结剂为蒙脱石类粘土矿物、硅质沉积岩粘土和富镁硅酸盐粘土的混合物，所述蒙脱石类粘土矿物、硅质沉积岩粘土和富镁硅酸盐粘土的重量比为2:1:1。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明高温耐磨焊条，该高温耐磨焊条电弧稳定、飞溅少、脱渣容易、焊缝成型美观，焊接后的机械零部件可在550℃-700℃的高温条件下持续工作，并保持较高的硬度以及优异的耐磨料磨损性能，从而大大提高机械零部件的高温使用寿命以及降低工件的维修成本。
2、本发明高温耐磨焊条采用双药皮，内药皮通过加入铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁，能够大幅度提高焊层的高温耐磨性；在外药皮掺入硼铁、石墨、钒铁和碳化硅等的耐磨材料，用石墨、B、Si来代替Mo和V等贵重金属，能形成碳化硼、硼化铬等硬质相，在保证堆焊合金耐磨性的前提下，降低了焊条的生产成本。
3、稀土化合物能够改善晶粒尺寸及促进铁素体形核，增加针状铁素体，还可使熔敷金属中含氧量下降，降低了气孔敏感性，通过稀土化合物的固氮作用可使总含氮量控制在一定范围内，并降低了氮的有害作用，并能改善焊缝金属组织的形态，细化晶粒，可使焊缝获得较高的硬度、耐磨性、耐热疲劳性以及其他优异性能，提高组织的高温稳定性、抗蠕变能力。
4、采用纤维素粉作为造气剂，能够使熔化金属与外界空气隔离，防止空气侵入，造气效果好，并且药皮熔化后气体能够从焊缝中的逸出，减少气孔的可能，获得美观的焊缝成形。
5、采用稀土镁硅铁合金具有除气、除氢、脱氧的作用，增强焊层的硬度、耐磨性、耐热疲劳性、高温稳定性以及抗蠕变能力。
具体实施方式
实施例1
药芯包含以下重量份数的组分：大理石35份、萤石15份、白云母10份、金红石8份、纤维素粉5份、硅铁5份、锰铁5份、钛铁3份、钼铁3份、铬铁10份、钽铁5份、铌铁5份、稀土镁硅铁2份、稀土氧化物1份；
外药包含硼铁、石墨、钒铁和碳化硅，所述硼铁、石墨、钒铁和碳化硅的质量比为2:2:1:1；
内药皮和外药皮的质量比为5:1，药皮重量系数为40；
高温耐磨焊条的生产方法为：
S1、按照配比称取大理石、萤石、白云母、金红石、纤维素粉、硅铁、锰铁、钛铁、钼铁、铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁和稀土氧化物研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉A；
S2、照配比称取硼铁、石墨、钒铁和碳化硅研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉B；
S3、将混合药粉A与焊芯放置于焊条涂料机上压制成型，得中间焊条；
S4、将混合药粉B与中间焊条放置于焊条涂料机上压制成型，并将压制好的焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随着生温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
实施例2
药芯包含以下重量份数的组分：大理石30份、萤石10份、白云母6份、金红石5份、纤维素粉3份、硅铁3份、锰铁3份、钛铁2份、钼铁2份、铬铁6份、钽铁3份、铌铁3份、稀土镁硅铁1份、稀土氧化物0.5份；
外药包含硼铁、石墨、钒铁和碳化硅，所述硼铁、石墨、钒铁和碳化硅的质量比为2:2:1:1；
内药皮和外药皮的质量比为5:1，药皮重量系数为40；
高温耐磨焊条的生产方法为：
S1、按照配比称取大理石、萤石、白云母、金红石、纤维素粉、硅铁、锰铁、钛铁、钼铁、铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁和稀土氧化物研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉A；
S2、照配比称取硼铁、石墨、钒铁和碳化硅研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉B；
S3、将混合药粉A与焊芯放置于焊条涂料机上压制成型，得中间焊条；
S4、将混合药粉B与中间焊条放置于焊条涂料机上压制成型，并将压制好的焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随着生温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
实施例3
药芯包含以下重量份数的组分：大理石32份、萤石14份、白云母8份、金红石6份、纤维素粉4份、硅铁4份、锰铁4份、钛铁2.5份、钼铁2.5份、铬铁8份、钽铁4份、铌铁4份、稀土镁硅铁1.5份、稀土氧化物0.7份；
外药包含硼铁、石墨、钒铁和碳化硅，所述硼铁、石墨、钒铁和碳化硅的质量比为2:2:1:1；
内药皮和外药皮的质量比为5:1，药皮重量系数为40；
高温耐磨焊条的生产方法为：
S1、按照配比称取大理石、萤石、白云母、金红石、纤维素粉、硅铁、锰铁、钛铁、钼铁、铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁和稀土氧化物研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉A；
S2、照配比称取硼铁、石墨、钒铁和碳化硅研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉B；
S3、将混合药粉A与焊芯放置于焊条涂料机上压制成型，得中间焊条；
S4、将混合药粉B与中间焊条放置于焊条涂料机上压制成型，并将压制好的焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随着生温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
实施例4
药芯包含以下重量份数的组分：大理石35份、萤石15份、白云母10份、金红石8份、纤维素粉5份、硅铁5份、锰铁5份、钛铁3份、钼铁3份、铬铁10份、钽铁5份、铌铁5份、稀土镁硅铁2份、稀土氧化物1份；
外药包含硼铁、石墨、钒铁和碳化硅，所述硼铁、石墨、钒铁和碳化硅的质量比为2:2:1:1；
内药皮和外药皮的质量比为5:1，药皮重量系数为40；
高温耐磨焊条的生产方法为：
S1、按照配比称取大理石、萤石、白云母、金红石、纤维素粉、硅铁、锰铁、钛铁、钼铁、铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁和稀土氧化物研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉A；
S2、照配比称取硼铁、石墨、钒铁和碳化硅研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉B；
S3、将混合药粉A与焊芯放置于焊条涂料机上压制成型，得中间焊条；
S4、将混合药粉B与中间焊条放置于焊条涂料机上压制成型，并将压制好的焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随着生温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
试验效果
使用本实施例1-4制备的高温耐磨焊条对热剪刀刃面上堆焊，对照例采用武汉某公司的碳化钨耐磨焊条，焊条直径为3.2mm，按照GB/T25776-2010标准进行检测，结果如下：
表1为本发明高温耐磨焊条与对照例的熔敷金属的力学性能：
由表1得知，本发明的高温耐磨焊条具有优良的焊接工艺性能和力学性能，焊接后的机械零部件可在550℃-700℃的高温条件下持续工作，并保持较高的硬度以及优异的耐磨料磨损性能，可广泛应用于高温条件下承受冲击和冷热交错的工件堆焊，如热锻模、阀门密封面、高温高压阀门、热剪刀刃、锅炉的旋转叶轮、粉碎机刃口、螺旋送料机等磨损部件的堆焊。

Claims (8)

1.一种高温耐磨焊条，其特征在于，由内药皮和焊芯组成，所述药皮重量系数为40-60%，所述药皮由内药皮和外药皮组成，其中内药皮涂覆在焊芯的外壁，外药皮涂覆在内药皮的表面上；
所述药芯包含以下重量份数的组分：大理石20-35份、萤石8-15份、白云母5-10份、金红石4-8份、纤维素粉2-5份、硅铁2-5份、锰铁2-5份、钛铁1-3份、钼铁1-3份、铬铁5-10份、钽铁2-5份、铌铁2-5份、稀土镁硅铁0.5-2份、稀土氧化物0.1-1份；
所述外药包含硼铁、石墨、钒铁和碳化硅，所述硼铁、石墨、钒铁和碳化硅的质量比为2:2:1:1。
2.根据权利要求1所述的高温耐磨焊条，其特征在于，所述内药皮和外药皮的质量比为5:1-2。
3.根据权利要求1所述的高温耐磨焊条，其特征在于，所述药芯包含以下重量份数的组分：大理石30份、萤石10份、白云母6份、金红石5份、纤维素粉3份、硅铁3份、锰铁3份、钛铁2份、钼铁2份、铬铁6份、钽铁3份、铌铁3份、稀土镁硅铁1份、稀土氧化物0.5份。
4.根据权利要求1所述的高温耐磨焊条，其特征在于：所述稀土化合物包括氧化镧、氧化钇和氧化铈，所述氧化镧、氧化钇和氧化铈的质量比为2:2:1。
5.根据权利要求1所述的高温耐磨焊条，其特征在于：所述纤维素粉为微晶纤维素粉、竹纤维素粉或者甲基纤维素粉中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的高温耐磨焊条的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照配比称取大理石、萤石、白云母、金红石、纤维素粉、硅铁、锰铁、钛铁、钼铁、铬铁、钽铁、铌铁、稀土镁硅铁和稀土氧化物研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉A；
S2、照配比称取硼铁、石墨、钒铁和碳化硅研磨后混合均匀，向混合物中加入粘结剂和适量的水搅拌均匀，得到混合药粉B；
S3、将混合药粉A与焊芯放置于焊条涂料机上压制成型，得中间焊条；
S4、将混合药粉B与中间焊条放置于焊条涂料机上压制成型，并将压制好的焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随着生温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
7.根据权利要求6所述的高温耐磨焊条的生产方法，其特征在于：所述粘结剂的加入量为混合药粉重量的10-15%。
8.根据权利要求6所述的高温耐磨焊条的生产方法，其特征在于：所述粘结剂为蒙脱石类粘土矿物、硅质沉积岩粘土和富镁硅酸盐粘土的混合物，所述蒙脱石类粘土矿物、硅质沉积岩粘土和富镁硅酸盐粘土的重量比为2:1:1。
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