CN109226995A - 一种自保护堆焊用药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种自保护堆焊用药芯焊丝，属于表面修复工程技术领域。药粉按质量百分比成分范围为：TiO2：3％‑6％，CaF2：2％‑5％，Ca：0.2％‑1％，C：0.15％‑0.8％，Si：0.2％‑1.2％等，其余为Fe；焊皮为SPCC冷轧钢带。优点在于，焊丝具有焊接工艺性能优良，焊接飞溅小，焊缝成型优良，焊丝脱渣优良，堆焊层无气孔，堆焊层无裂纹，堆焊修复的机械零件耐磨性能优良。

Description

一种自保护堆焊用药芯焊丝
技术领域
本发明属于表面修复工程技术领域，特别涉及一种自保护堆焊用药芯焊丝。
背景技术
自保护堆焊药芯焊丝具有焊接成本低、焊接效率高和焊接工艺性能好等特点，最近在国内发展速度非常快，应用范围不断扩大。机械设备的许多部件的磨损失效形式为金属和金属间的磨损，该失效形式会导致机械部件的使用寿命降低，目前采用再制造的方法来减少备件的消耗。再制造最简单和有效的方法为焊接修复。根据部件承受的载荷不同，选用不同硬度的堆焊金属。目前应用广泛的堆焊金属的硬度范围为HRC40-55，在该环境使用的机械部件的工作面能承受一定的载荷，要求工作面不存在疏松、裂纹、剥落等缺陷存在。
目前国内主要采用气保护药芯焊丝和埋弧堆焊药芯焊丝进行修复，堆焊金属的硬度范围为HRC30-59，通用的成分范围质量百分比如下：C：0.1-0.6％，Si：0.2-0.9％，Mn：0.4-1.8％，Cr：1.5-8.0％，Ni、Mo、V等合计0.4-5.0％。采用气保护堆焊，需要有保护气体，在野外堆焊修复会发生气孔。采用埋弧堆焊修复，需添加焊剂，增加堆焊修复成本，埋弧堆焊只能采用自动焊接，应用范围有限。
目前国内自保护堆焊药芯焊丝主要应用于高碳高合金领域，焊丝合金元素和碳含量高，焊丝焊接时不需额外采用造渣和造气进行保护，焊丝的设计和制造较为简单。对于低碳低合金焊丝，焊丝焊接时易于出现气孔，焊丝配方中加入较多的造渣剂和造气剂，该类物质的添加导致焊丝的焊接工艺性能变坏，焊接飞溅大，焊缝成型差，脱渣困难，限制了该类焊丝的应用范围，目前国内市场上还没有相类似的产品。本发明提供堆焊药芯焊丝抗气孔性能优良，焊丝的焊接工艺性能优良，焊丝的制造成本低廉，和其它堆焊材料相比具有较好的市场竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自保护堆焊用药芯焊丝，解决了焊接易出现气孔，脱渣性能不好的问题。
解决技术问题的基本思路：选用多种保护方式避免焊丝在大气环境下焊接不出现气孔，改进熔渣成分配比，改善焊接熔渣的脱渣性能，优化成分配比，减少焊接飞溅，改善焊缝成型，调整焊缝合金元素含量，得到不同硬度系列的堆焊药芯焊丝。
一种自保护堆焊用药芯焊丝，药粉按质量百分比成分范围为：TiO2：3％-6％，CaF2：2％-5％，Ca：0.2％-1％，C：0.15％-0.8％，Si：0.2％-1.2％，Mn：0.4％-3.0％，Al：0.8％-2.5％，Mg：0.8％-2.5％，Cr：2.5％-8％，其余为Fe；焊皮为0.8mm厚14mm宽的SPCC冷轧钢带；药粉占焊丝的比例为20wt％。
本发明提供的自保护堆焊药芯焊丝，采用的焊接工艺参数为：焊接电流160-400A，焊接电压25-35V，可得到硬度范围为HRC40-55的堆焊金属。
本发明解决问题的技术关键是焊丝成分设计时选用多种保护方式对焊接熔池进行保护，选用造渣剂TiO2、CaF2，调整合适成分配比，使得熔化的熔渣均匀覆盖在焊缝表面，选用造气剂，Mg、CaF2等物质在电弧高温下产生气体，隔绝空气，对熔化的熔滴进行保护，避免高温熔滴氧化和氮化而形成焊接气孔，采用脱氧剂和脱氮剂Al、Ca、Mg、Si、Mn等合金元素对焊接熔池进行脱氧和脱氮。在焊丝的成分设计中添加一定含量的C、Cr，可得到不同硬度范围的堆焊层金属。
在焊丝成分中，TiO2起到改善熔渣流动性的作用，其合适的范围为3％-6％，含量低于3％，导致焊接熔渣偏少，渣覆盖不全，渣的保护效果变差，含量高于6％，会导致渣偏多，渣的透气性变差，堆焊金属会产生气孔。CaF2的作用是改善熔渣流动性，在焊接电弧中分解大量的F离子，减少熔滴的氧化和氮化，其合适含量为2％-5％，含量低于2％，焊接时易于出现气孔，含量高于5％，焊接时熔渣过多，且脱渣困难。Ca、Al、Mg为脱氧剂和脱氮剂，其合适范围Ca：0.2％-1％，Al：0.8％-2.5％，Mg：0.8％-2.5％，含量低于下限，则易于出现气孔，高于上限，则焊接工艺性能恶化，焊缝金属性能变坏。C、Si、Mn、Cr为合金元素，调整其含量，可得到硬度范围为HRC40-55的堆焊金属，其合适含量C：0.15％-0.8％，Si：0.2％-1.2％，Mn：0.4％-3.0％，Cr：2.5％-8％，含量低于下限，会导致硬度偏低，焊缝组织结构不合理，含量偏上限，焊缝韧性变差，影响堆焊修复件的使用寿命。
本发明提供的自保护堆焊药芯焊丝适于堆焊修复承受冲击载荷的金属和金属间磨损的机械部件，该焊丝具有堆焊修复成本低，堆焊操作方便等优点。
本发明提供的自保护堆焊药芯焊丝产品的规格有：直径Φ1.2mm-2.8mm，常用的规格为Φ1.6mm，产品的包装为15-25公斤的小盘，也可200-250公斤的纸桶包装。焊丝使用普通气体保护焊机即可，焊丝使用过程中采用直流反极性连接，合适的焊接规范为：焊接电流160-400A，焊接电压25-35V。焊丝具有焊接工艺性能优良，焊接飞溅小，焊缝成型优良，焊丝脱渣优良，堆焊层无气孔，堆焊层无裂纹。
本发明的焊丝的制造工艺和其它气保护药芯焊丝制造工艺相同，选用0.8mm厚14mm宽冷轧钢带，钢带按质量百分比成分如下：C：0.03％，Si：0.01％，Mn：0.20％，P：0.011％，S：0.008％，其余为Fe，药粉占焊丝的比例为20％。焊丝制造工艺流程为：药粉烘干—配粉—混料—钢带轧制“U”形—加粉—轧制“O”形—拔丝减径—收线—包装。
本发明的优点在于，焊丝具有焊接工艺性能优良，焊接飞溅小，焊缝成型优良，焊丝脱渣优良，堆焊层无气孔，堆焊层无裂纹，堆焊修复的机械零件耐磨性能优良。本发明提供的焊丝可用于承受一定冲击载荷的机械零件的堆焊修复。
具体实施方式
实施例1
选用如下配方(质量百分比)：金红石(含TiO2 95％)20％，萤石(含CaF297％)15％，铝镁粉(含Al50％，含Mg50％)10％硅钙粉(含Si35％，含Ca30％)8％，金属锰(含Mn99％)7％，高碳铬铁(含C8.5％，含Cr65％)40％。按以上配方制造直径为Φ1.6mm焊丝，药粉重量占焊丝重量的20％。计算可得TiO2：3.8％，CaF2：2.9％，Ca：0.48％，C0.7％，Si0.56％，Mn1.55％，Al：2％，Mg：2％，Cr：5.2％，其余为Fe。采用以上配方制造Φ1.6mm焊丝，采用以下规范焊接：焊接电流250A，焊接电压30V。焊丝焊接工艺性能优良，焊接飞溅小，焊缝成型优良，焊丝脱渣优良，堆焊层无气孔，堆焊层无裂纹，堆焊层硬度为HRC54。
实施例2
选用如下配方(质量百分比)：金红石(含TiO2 95％)20％，萤石(含CaF297％)15％，铝镁粉(含Al50％，含Mg50％)10％硅钙粉(含Si35％，含Ca30％)8％，金属锰(含Mn99％)7％，高碳铬铁(含C8.5％，含Cr65％)20％，铁粉20％。按以上配方制造直径为Φ1.6mm焊丝，药粉重量占焊丝重量的20％。计算可得TiO2：3.8％，CaF2：2.9％，Ca：0.48％，C0.36％，Si0.56％，Mn1.55％，Al：2％，Mg：2％，Cr：2.6％，其余为Fe。采用以上配方制造Φ1.6mm焊丝，采用以下规范焊接：焊接电流250A，焊接电压30V。焊丝焊接工艺性能优良，焊接飞溅小，焊缝成型优良，焊丝脱渣优良，堆焊层无气孔，堆焊层无裂纹，堆焊层硬度为HRC38。
实施例3
选用如下配方(质量百分比)：金红石(含TiO2 95％)20％，萤石(含CaF297％)15％，铝镁粉(含Al50％，含Mg50％)10％硅钙粉(含Si35％，含Ca30％)8％，金属锰(含Mn99％)7％，低碳铬铁(含C0.25％，含Cr65％)20％，铁粉20％。按以上配方制造直径为Φ1.6mm焊丝，药粉重量占焊丝重量的20％。计算可得TiO2：3.8％，CaF2：2.9％，Ca：0.48％，C0.12％，Si0.56％，Mn1.55％，Al：2％，Mg：2％，Cr：2.6％，其余为Fe。采用以上配方制造Φ1.6mm焊丝，采用以下规范焊接：焊接电流250A，焊接电压30V。焊丝焊接工艺性能优良，焊接飞溅小，焊缝成型优良，焊丝脱渣优良，堆焊层无气孔，堆焊层无裂纹，堆焊层硬度为HRC25，该焊丝硬度偏低，不适合堆焊机械设备的磨损件。
实施例4
选用如下配方(质量百分比)：金红石(含TiO2 95％)20％，萤石(含CaF297％)5％，铝镁粉(含Al50％，含Mg50％)10％硅钙粉(含Si35％，含Ca30％)8％，金属锰(含Mn99％)7％，高碳铬铁(含C8.5％，含Cr65％)20％，铁粉30％。按以上配方制造直径为Φ1.6mm焊丝，药粉重量占焊丝重量的20％。计算可得TiO2：3.8％，CaF2：0.97％，Ca：0.48％，C0.36％，Si0.56％，Mn1.55％，Al：2％，Mg：2％，Cr：2.6％，其余为Fe。采用以上配方制造Φ1.6mm焊丝，采用以下规范焊接：焊接电流250A，焊接电压30V。焊丝焊接工艺性能差，堆焊层易于出现气孔。
实施例5
选用如下配方(质量百分比)：金红石(含TiO2 95％)20％，萤石(含CaF297％)15％，铝镁粉(含Al50％，含Mg50％)2.5％硅钙粉(含Si35％，含Ca30％)8％，金属锰(含Mn99％)7％，高碳铬铁(含C8.5％，含Cr65％)20％，铁粉27.5％。按以上配方制造直径为Φ1.6mm焊丝，药粉重量占焊丝重量的20％。计算可得TiO2：3.8％，CaF2：2.9％，Ca：0.48％，C0.36％，Si0.56％，Mn1.55％，Al：0.5％，Mg：0.5％，Cr：2.6％，其余为Fe。采用以上配方制造Φ1.6mm焊丝，采用以下规范焊接：焊接电流250A，焊接电压30V。焊丝焊接工艺性能差，堆焊层易于出现气孔。

Claims (2)

1.一种自保护堆焊用药芯焊丝，其特征在于，药粉按质量百分比成分范围为：TiO2：3％-6％，CaF2：2％-5％，Ca：0.2％-1％，C：0.15％-0.8％，Si：0.2％-1.2％，Mn：0.4％-3.0％，Al：0.8％-2.5％，Mg：0.8％-2.5％，Cr：2.5％-8％，其余为Fe；焊皮为0.8mm厚14mm宽的SPCC冷轧钢带；药粉占焊丝的比例为20wt％。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，焊接工艺参数为：焊接电流160-400A，焊接电压25-35V。
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