CN110877170A - 一种堆焊焊条、制备方法及疏浚铰刀磨损修复堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆焊焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮设于焊芯外层，所述药皮包括如下不同质量分数的组份：大理石40Zt.%‑54.5Zt.%，氟石粉17Zt.%‑22Zt.%，钛白粉4Zt.%‑7.2Zt.%，锆英砂4Zt.%‑8.8Zt.%，钾长石3Zt.%‑5.5Zt.%，铌铁5Zt.%‑7.5Zt.%，钛铁5Zt.%‑8.3Zt.%，钼铁3.8Zt.%‑5.3Zt.%，锰铁2.2Zt.%‑5.8Zt.%，硅铁2.6Zt.%‑6.5Zt.%，氮化铬4Zt.%‑5.2Zt.%；一种堆焊焊条制备方法；一种疏浚铰刀磨损修复堆焊方法；不仅能提高疏浚铰刀的硬度和耐腐蚀性，而且可以避免焊缝开裂，焊接气孔和夹渣等焊接缺陷，达到经济、快速的修复磨损的疏浚铰刀，提高其耐磨性和使用寿命，降低生产成本的目的。

Description

一种堆焊焊条、制备方法及疏浚铰刀磨损修复堆焊方法

技术领域

本发明涉及一种堆焊焊条、制备方法及疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，属于堆焊技术领域。

背景技术

绞吸式挖泥船是当今世界上数量最多的一种挖泥船，广泛用于疏浚工程中。挖泥船泥泵过流部件主要由泵壳、叶轮、铰刀、前衬板和后衬板等组成。这些过流部件工作环境非常复杂，不仅要承受砂石磨损、卵石磨损，而且还要承受海水腐蚀、气蚀等，非常容易磨损、失效。其中，铰刀是绞吸式挖泥船重要的挖泥机具，是更换频率最高的易损部件。这些短寿命的过流部件极大地增加了工人的劳动强度，降低了疏浚效益和经济效益。目前，性能较好的铰刀主要依赖美国、德国、荷兰等国进口，价格昂贵，严重制约了挖泥船整体效益的发挥。由于过流部件的磨损不可避免，发生磨损后往往需要通过修补来达到原设计标准，所以采用什么样的方式修补，如何修补，是提高疏浚铰刀等关键过流部件的耐磨损性能、降低其更换频率和使用成本，促进疏浚工程可持续发展需要解决的首要问题之一。

堆焊技术是表面工程技术的重要分支，它是指借助热源手段将具有一定使用性能的合金材料熔覆于母材表面，使母材具有特殊性能或已受损零件恢复原有的尺寸形状。熔敷金属与母材能够实现冶金结合，使得堆焊层在应用中使用寿命长，不易剥落；并且可以根据零件对耐磨、耐蚀、耐高温等性能的要求，选择合适的堆焊合金，在工艺上灵活性非常大。堆焊既可修复材料因长期服役而导致的失效部位，亦可强化材料或零件的表面，对于合理使用材料、改进产品设计、降低生产成本、实现修旧利废，以及节约资源、能源，保护环境，都具有重要意义。其中，手工电弧堆焊是一种较为传统且发展比较成熟的堆焊方法，具有设备简单，操作灵活，适应性强等优点，应用非常广泛。采用手工电弧堆焊的方法制造或修复某些形状不规则或不易实现机械化焊接的工件，可以及时保证工具的正常供应，节约大量备件费用，减低成本提高生产效率。

疏浚铰刀在疏浚作业过程中主要承受泥浆和少量石块的磨损与冲击，属于可堆焊修复的部分。但对堆焊修复后材料的磨损性能以及强韧性提出来了较高要求。马氏体不锈钢具有高的强度、硬度，适合于制造既耐蚀又需要高强度、高耐磨性的零件，能够满足疏浚铰刀使用工况的要求。综合考虑耐磨材料的特性、铰刀的工作特点、经济因素、资源条件等多方面因素，本发明将马氏体不锈钢作为最佳选择。

现有堆焊焊条不断增加碳含量来达到所需硬度，产生了材料韧性下降，堆焊时产生焊接裂纹等问题。本发明在焊条药皮基础配方中加入铌、钒、钛等组分，不断调整药皮化学组分以及组分比例，使得所述焊条在堆焊修复时具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。同时本发明针对所述耐磨堆焊焊条给出了其在疏浚磨损铰刀常用ZG35SiMn材料上具体的使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堆焊焊条、制备方法及疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，以解决现有技术手工电弧堆焊的方法制造或修复某些形状不规则或不易实现机械化焊接的工件的缺陷。

一种堆焊焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮设于焊芯外层，所述药皮包括如下不同质量分数的组份：大理石40Zt.%-54.5Zt.%，氟石粉17Zt.%-22Zt.%，钛白粉4Zt.%-7.2Zt.%，锆英砂4Zt.%-8.8Zt.%，钾长石3Zt.%-5.5Zt.%，铌铁5Zt.%-7.5Zt.%，钛铁5Zt.%-8.3Zt.%，钼铁3.8Zt.%-5.3Zt.%，锰铁2.2Zt.%-5.8Zt.%，硅铁2.6Zt.%-6.5Zt.%，氮化铬4Zt.%-5.2Zt.%。

优选地，所述为低氢碱性药皮，所述药皮还加入钛、铌和氮化铬合金粉末，所述合金粉末颗粒度为60-120目。

优选地，所述药皮通过粘结剂与焊芯粘合，所述粘结剂为水玻璃，所述水玻璃模数为2.9,波美度为47-48，所述药皮的厚度为2-3mm。

优选地，所述焊芯为1Cr13马氏体不锈钢，直径为3.9-4.1mm。

一种堆焊焊条制备方法，所述方法包括如下步骤：

将药皮均匀涂敷在焊芯上，并与焊芯需要保持同心度；焊条搓制完成后，在室温下使焊条竖直晾干24-25小时，待焊条药皮形状固定后进行烘干，经100℃烘干60-70分钟后，再升温至 300-380℃烘干120-130分钟。

一种疏浚铰刀磨损修复用堆焊方法，所述方法包括如下步骤：

对疏浚铰刀除锈除污处理；

调节手工电弧堆焊工艺参数，通过手工电弧在铰刀磨损的凹陷槽内堆焊耐磨工作层；

对堆焊后的疏浚铰刀进行机加工。

优选地，所述疏浚铰刀材料为ZG35SiMn。

优选地，所述除锈除污处理包括如下步骤：

对疏浚铰刀表面的氧化层、锈渍进行打磨；

采用丙酮清洗疏浚铰刀表面除尘。

优选地，所述的焊接工艺参数为：焊接电流为130-150A，焊接电压为24-27V，焊接速度为15-20m/h，电流种类、极性：直流反接。

优选地，所述手工电弧采用小电流短弧焊接，焊接电弧保持在3-4mm；焊缝重叠量为1/3-1/2。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明克服了疏浚铰刀常用材料ZG35SiMn硬度较低，耐磨性和耐腐蚀性不理想的问题。同时克服了现有堆焊焊条不断增加碳含量来达到所需硬度，所产生的材料韧性下降，堆焊时产生焊接裂纹等问题。在本发明中，在基础药皮配方中加入了钛、铌、氮化铬等合金粉末，通过不断调整药皮组分和组分含量，制备了一种疏浚铰刀磨损修复用耐磨堆焊焊条，并给出一种耐磨堆焊焊条在堆焊修复磨损疏浚铰刀时具体的使用方法。将所述堆焊焊条在疏浚铰刀常用ZG35SiMn上进行堆焊，不仅能提高疏浚铰刀的硬度和耐腐蚀性，而且可以避免焊缝开裂，焊接气孔和夹渣等焊接缺陷，达到经济、快速的修复磨损的疏浚铰刀，提高其耐磨性和使用寿命，降低生产成本的目的。

附图说明

图1是本发明修复原理图；

图2是本发明中耐磨堆焊焊条烘干工艺过程图

图3是本发明中待修复磨损疏浚铰刀的示意图

图中：1-堆焊焊条；2-熔池；3-渣壳；4-堆焊层；5-工件；6-直流电源。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

第一方面，实施例1：一种堆焊焊条，包括焊芯和药皮，焊芯的厚度为3.9mm，药皮的厚度为2mm，所述药皮设于焊芯外层，所述药皮包括如下不同质量分数的组份：

大理石40Zt.%

氟石粉17Zt.%，

钛白粉4Zt.%，

锆英砂4Zt.%，

钾长石3Zt.%，

铌铁5Zt.%，

钛铁5Zt.%，

钼铁3.8Zt.%，

锰铁2.2Zt.%，

硅铁2.6Zt.%，

氮化铬4Zt.%。

实施例2：一种堆焊焊条，包括焊芯和药皮，焊芯的厚度为3.9mm，药皮的厚度为2.5mm，所述药皮设于焊芯外层，所述药皮包括如下不同质量分数的组份：

大理石 47Zt.%，

氟石粉 19.5t.%，

钛白粉 5.6Zt.%，

锆英砂 6.4Zt.%，

钾长石4.3Zt.%，

铌铁6Zt.%，

钛铁6.5Zt.%，

钼铁4.5Zt.%，

锰铁4Zt.%，

硅铁4.5Zt.%，

氮化铬4.6t.%。

实施例3：一种堆焊焊条，包括焊芯和药皮，焊芯的厚度为4.1mm，药皮的厚度为3mm，所述药皮设于焊芯外层，所述药皮包括如下不同质量分数的组份：

大理石54.5Zt.%，

氟石粉22Zt.%，

钛白粉7.2Zt.%，

锆英砂8.8Zt.%，

钾长石5.5Zt.%，

铌铁7.5Zt.%，

钛铁8.3Zt.%，

钼铁5.3Zt.%，

锰铁5.8Zt.%，

硅铁6.5Zt.%，

氮化铬5.2Zt.%。

第二方面：一种堆焊焊条制备方法，按照以上所述的焊条材料的提供的组分，将合金粉末与水玻璃进行湿混，合金粉末颗粒度为60-120目，水玻璃模数为2.9，波美度为47-48。药皮均匀涂敷在焊芯上，并与焊芯需要保持同心度。焊条药皮的厚度需要保持在约 2-3mm。焊条搓制完成后，如图2的焊条烘干工艺过程图所示，需要在室温下晾干 24 小时，在晾干过程中，尽可能使焊条保持竖直。待焊条药皮形状固定后进行烘干，需经100℃烘干60分钟后，再升温至 380℃烘干120分钟，最后随炉冷却，烘干后的焊条需要保存在干燥的环境内。

第三方面：一种疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：对磨损的疏浚铰刀进行除锈除污处理，使其表面光洁；

步骤二：选用马氏体不锈钢作为焊芯，在药皮中添加铌、钛以及氮化铬等，按照焊条制备工艺流程制备耐磨堆焊焊条。

步骤三：调节手工电弧堆焊工艺参数，按照手工电弧堆焊操作规范，在铰刀片磨损的凹陷槽内堆焊耐磨工作层；

步骤四：对堆焊后的铰刀片进行机加工至所需工作尺寸。

进一步地，对铰刀片磨损表面进行打磨后用丙酮清洗可以去除其表面的氧化层、锈渍、灰尘和油污。同时可以预防焊后堆焊层中产生气孔，夹渣等缺陷，提高修复效果。

进一步地，步骤二所述马氏体不锈钢焊芯为：1Cr13马氏体不锈钢焊芯，直径为4mm,需要行校直处理以及除锈除污处理。

进一步地，步骤三所述的焊接工艺参数为：图1直流电源6焊接电流为130-150A，焊接电压为24-27V，焊接速度为：15-20m/h，电流种类、极性：直流反接。

进一步地，步骤三所述的手工电弧堆焊操作规范为：1.采用小电流短弧焊接，焊接电弧保持在3-4mm；2.采用多层多道堆焊，焊接过程要严格进行焊道，层间清渣，焊缝重叠量保持在1/3-1/2。3.堆焊层数把握在6层以上，层高在10mm以上。4.堆焊完成后要对图1堆焊层(4)进行检查，有缺陷的位置和弧坑位置要进行打磨去除。

如图2所示，尺寸为300mm×50mm×10mm的钢材表面发生磨损，现采用本发明提出的一种铰刀片磨损修复用耐磨堆焊焊条的制备与使用方法对磨损处进行修复，具体步骤如下：

步骤一：对磨损的铰刀片进行除锈除污处理，使其表面光洁。除锈除污步骤对铰刀片磨损表面进行打磨后用丙酮清洗，去除其表面的氧化层、锈渍、灰尘和油污。

步骤二：选用1Cr13马氏体不锈钢作为焊芯，在低氢碱性药皮的基础配方中添加铌、钛以及氮化铬等，药皮配方如下（Zt.%）：大理石40-54.5，氟石粉17-22，钛白粉4-7.2，锆英砂4-8.8，钾长石3-5.5，铌铁5-7.5，钛铁5-8.3，钼铁3.8-5.3，锰铁2.2-5.8，硅铁2.6-6.5，氮化铬4-5.2。按照焊条制备工艺流程制备耐磨堆焊焊条。工艺流程包括以下步骤：将合金粉末与水玻璃进行湿混，合金粉末颗粒度为60-120目，水玻璃模数为2.9,波美度为47-48。药皮均匀涂敷在焊芯上，并与焊芯需要保持同心度。焊条药皮的厚度需要保持在约 2-3mm。焊条搓制完成后，需要在室温下晾干 24 小时，在晾干过程中，尽可能使焊条保持竖直。

待焊条药皮形状固定后进行烘干，需经100℃烘干60分钟后，再升温至 380℃烘干120分钟，最后随炉冷却，烘干后的焊条需要保存在干燥的环境内。

步骤三：调节手工电弧堆焊工艺参数，图1直流电源(6)焊接电流为130-150A，焊接电压为24-27V，焊接速度为：15-20m/h，电流种类、极性：直流反接。按照手工电弧堆焊操作规范，在图1铰刀片工件5磨损的凹陷槽内堆焊耐磨工作层。手工电弧堆焊操作规范为：1.采用小电流短弧焊接，焊接电弧保持在3-4mm；2.采用多层多道堆焊，焊接过程要严格进行焊道，层间清渣，焊缝重叠量保持在1/3-1/2；3.堆焊完成后要对图1堆焊层4进行检查，有缺陷的位置和弧坑位置要进行打磨去除。

步骤四：对堆焊后的铰刀片进行机加工至所需工作尺寸。

将焊条堆焊层与ZG35SiMn基体进行比较，其耐磨性能提高50%以上，显著提高了疏浚铰刀使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种堆焊焊条，其特征在于，包括焊芯和药皮，所述药皮设于焊芯外层，所述药皮包括如下不同质量分数的组份：大理石40Zt.%-54.5Zt.%，氟石粉17Zt.%-22Zt.%，钛白粉4Zt.%-7.2Zt.%，锆英砂4Zt.%-8.8Zt.%，钾长石3Zt.%-5.5Zt.%，铌铁5Zt.%-7.5Zt.%，钛铁5Zt.%-8.3Zt.%，钼铁3.8Zt.%-5.3Zt.%，锰铁2.2Zt.%-5.8Zt.%，硅铁2.6Zt.%-6.5Zt.%，氮化铬4Zt.%-5.2Zt.%。

2.根据权利要求1所述的堆焊焊条，其特征在于，所述为低氢碱性药皮，所述药皮还加入钛、铌和氮化铬合金粉末，所述合金粉末颗粒度为60-120目。

3.根据权利要求1所述的堆焊焊条，其特征在于，所述药皮通过粘结剂与焊芯粘合，所述粘结剂为水玻璃，所述水玻璃模数为2.9，波美度为47-48，所述药皮的厚度为2-3mm。

4.根据权利要求1所述的堆焊焊条，其特征在于，所述焊芯为1Cr13马氏体不锈钢，直径为3.9-4.1mm。

5.一种堆焊焊条制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将药皮均匀涂敷在焊芯上，并与焊芯保持同心度；焊条搓制完成后，在室温下使焊条晾干24-25小时，待焊条药皮形状固定后进行烘干，经100℃烘干60-70分钟后，再升温至 300-380℃烘干120-130分钟。

6.一种疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

对疏浚铰刀除锈除污处理；

调节手工电弧堆焊工艺参数，通过手工电弧在铰刀磨损的凹陷槽内堆焊耐磨工作层；

对堆焊后的疏浚铰刀进行机加工。

7.根据权利要求6所述的疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，其特征在于，所述疏浚铰刀材料为ZG35SiMn。

8.根据权利要求6所述的疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，其特征在于，所述除锈除污处理包括如下步骤：

对疏浚铰刀表面的氧化层、锈渍进行打磨；

采用丙酮清洗疏浚铰刀表面除尘。

9.根据权利要求6所述的疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，其特征在于，所述的焊接工艺参数为：焊接电流为130-150A，焊接电压为24-27V，焊接速度为15-20m/h，电流种类、极性：直流反接。

10.根据权利要求6所述的疏浚铰刀磨损修复堆焊方法，其特征在于，所述手工电弧采用小电流短弧焊接，焊接电弧保持在3-4mm；焊缝重叠量为1/3-1/2。

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