CN111940948A - 一种环保的高耐磨性药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

一种环保的高耐磨性药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环保的高耐磨性药芯焊丝及其制备方法。所述高耐磨性药芯焊丝包括钢皮和药芯，所述药芯包含以下重量百分比的组分：硅铁粉6.5～7.5％，铝硅酸盐3.0～3.8％，锰铁粉4.0～5.0％，镍金属粉9.3～10.1％，金红石1.8～2.2％，萤石6.3～7.6％，硼砂12.3～13.8％，碳酸钾7.2～8.0％，还原铁粉余量。本发明所述的药芯焊丝作为用于明焊的管状硬质合金堆焊金属丝，焊接形成的熔敷金属不含常规焊丝中常用的增加硬度的铬元素，但仍然展现出了非常高的硬度和耐磨性。此外，根据本发明的药芯焊丝不含铬元素及其它非环保组分，减少了铬等的污染，环保效果优良，并且所含组分成本低廉。

Description

一种环保的高耐磨性药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，更具体地，涉及一种环保的高耐磨性药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
药芯焊丝，也称为粉芯焊丝、管状焊丝，可分为加气保护和不加气保护两大类。药芯焊丝的外侧表面与实芯焊丝相同，是由塑性较好的低碳钢或低合金钢等材料制成的，而内侧则加入了药芯，以赋予焊丝不同的焊接功能。药芯焊丝的制造方法通常是先把钢带轧制成U形断面形状，再把按剂量配好的药芯装填到U形钢带中，用压轧机轧紧，最后经拉拔制成不同规格的药芯焊丝。
目前，市场上的药芯焊丝通常含有大量的铬元素，以为焊接件提供较好的力学性能，但是，铬元素对环境具有一定的污染性，且成本较高，因此本领域技术人员也在寻求开发一种不含铬元素且也不含其它非环保组分的药芯焊丝。
发明内容
[技术问题]
针对现有技术存在的不足，本发明的一个目的在于提供一种环保的高耐磨性药芯焊丝，其作为用于明焊的管状硬质合金堆焊金属丝，焊接形成的熔敷金属不含常规焊丝中常用的增加硬度的铬元素，但仍然展现出了非常高的硬度和耐磨性。此外，根据本发明的药芯焊丝不含铬元素及其它非环保组分，减少了铬等的污染，环保效果优良，并且所含组分成本低廉。
本发明的另一个目的在于提供一种上述环保的高耐磨性药芯焊丝的制备方法。
[技术方案]
为了实现上述目的，根据本发明的一个实施方式提供了一种环保的高耐磨性药芯焊丝，其包括钢皮和药芯，所述药芯包含以下重量百分比的组分：
Figure BDA0002600744080000021
在本发明中，所述药芯焊丝在焊接过程中生成的熔敷金属的化学成分包括以下重量百分比的元素：C 0.3～0.8％、Mn 1.8～3.0％、Si 1.0～2.0％、Ni 1.8～3.0％、Ti 0.1～0.5％、B 1.8～2.2％、余量为Fe以及不可避免的杂质。所述药芯焊丝虽然不含常用的铬元素，但能够在熔敷金属晶体基体中形成硬质的硼化物，从而赋予熔敷金属很高的硬度(可达65HRC以上)，并且在堆焊层中还分布有碳化硼，带来了非常优良的耐磨性。另外，所述药芯焊丝形成的熔敷金属流动性好，铺散均匀，飞溅小。此外，本发明所述的环保的高耐磨性药芯焊丝属于自保护焊丝，在焊接时不需要Ar、CO2等保护气体，因而更加环保和节约成本。
进一步地，所述钢皮采用Q235A低碳钢。采用该型号的钢皮，柔韧性和延伸性较好，便于加工制造所述药芯焊丝，并且还能够有效保护药芯与外界隔绝，提高焊丝稳定性。
进一步地，所述药芯的填充率为20～30％，优选25％。在此填充率下，所述药芯焊丝能够保证药芯充分发挥助焊助熔的作用。
所述硅铁粉中Si的含量可以为43～47重量％，优选45重量％。
所述铝硅酸盐可以为高岭土或沸石。
所述锰铁粉中Mn的含量可以为80～90重量％，优选85重量％。
进一步地，所述药芯焊丝的直径可以为2.0～1.4mm，优选1.6mm。
根据本发明的一个实施方式提供了上述药芯焊丝的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将药芯各组分混合均匀；
(2)将钢带轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为目标直径尺寸的焊丝。
在本发明中，通过将药芯各组分封闭于钢带中形成直径较粗的初级焊丝，然后根据需要，利用钢带的延展性将其拉拔为适宜直径的焊丝。
进一步地，在所述制备方法中，所述药芯的各组分在混合之前在270℃～280℃下烘干1～1.5小时。
进一步地，所述钢带的厚度可以为0.25～0.40mm，宽度可以为7.5～12.5mm。
进一步地，在所述制备方法中，所述钢带在轧制成U型槽之前用无水乙醇进行清洁。
[有益效果]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
根据本发明的环保的高耐磨性药芯焊丝焊接形成的熔敷金属不含常规焊丝中常用的铬元素，但仍然展现出了非常高的硬度(可达65HRC以上)和耐磨性。因此，本发明的药芯焊丝能够用于在农业、采石场、采矿以及公共工程领域中长期经受土壤、砂和磨料磨损的部件的堆焊，如混凝土、土方工程中所用的搅拌轴、叶轮、斗、铲子、螺旋输送和破碎机等，从而使得焊接部位能够提供优良的耐磨性、硬度等。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更清楚地理解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但应当理解的是，以下实施例仅为本发明的优选实施方式，而本发明要求保护的范围并不仅局限于此。
<实施例>
实施例1
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在270℃下烘干1.5小时，之后将7.0kg的硅铁粉(Si含量为45重量％)、3.4kg的沸石、4.5kg的锰铁粉(Mn含量为85重量％)、9.7kg的镍金属粉、2.0kg的金红石、6.9kg的萤石、13.0kg的硼砂、8.0kg的碳酸钾以及45.5kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例2
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在280℃下烘干1小时，之后将6.5kg的硅铁粉(Si含量为43重量％)、3.6kg的高岭土、4.5kg的锰铁粉(Mn含量为80重量％)、10.1kg的镍金属粉、1.8kg的金红石、6.5kg的萤石、12.6kg的硼砂、7.7kg的碳酸钾以及46.7kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例3
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在270℃下烘干1.5小时，之后将7.5kg的硅铁粉(Si含量为47重量％)、3.8kg的高岭土、4.0kg的锰铁粉(Mn含量为80重量％)、9.5kg的镍金属粉、1.9kg的金红石、6.3kg的萤石、12.3kg的硼砂、8.0kg的碳酸钾以及46.7kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例4
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在270℃下烘干1.2小时，之后将6.8kg的硅铁粉(Si含量为45重量％)、3.2kg的沸石、4.2kg的锰铁粉(Mn含量为85重量％)、9.3kg的镍金属粉、2.1kg的金红石、7.6kg的萤石、12.8kg的硼砂、7.5kg的碳酸钾以及46.5kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例5
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在275℃下烘干1.3小时，之后将7.2kg的硅铁粉(Si含量为45重量％)、3.0kg的高岭土、5.0kg的锰铁粉(Mn含量为90重量％)、9.6kg的镍金属粉、2.2kg的金红石、6.3kg的萤石、12.3kg的硼砂、7.2kg的碳酸钾以及47.2kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例6
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在270℃下烘干1.2小时，之后将7.5kg的硅铁粉(Si含量为43重量％)、3.4kg的沸石、4.2kg的锰铁粉(Mn含量为85重量％)、9.9kg的镍金属粉、1.9kg的金红石、7.1kg的萤石、13.4kg的硼砂、7.4kg的碳酸钾以及45.2kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例7
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在280℃下烘干1.4小时，之后将6.7kg的硅铁粉(Si含量为47重量％)、3.6kg的高岭土、4.4kg的锰铁粉(Mn含量为90重量％)、10.0kg的镍金属粉、2.0kg的金红石、6.4kg的萤石、13.8kg的硼砂、7.6kg的碳酸钾以及45.5kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例8
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在275℃下烘干1小时，之后将7.0kg的硅铁粉(Si含量为47重量％)、3.5kg的沸石、4.6kg的锰铁粉(Mn含量为85重量％)、9.3kg的镍金属粉、1.8kg的金红石、7.4kg的萤石、13.6kg的硼砂、7.8kg的碳酸钾以及45.0kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例9
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在280℃下烘干1.5小时，之后将6.5kg的硅铁粉(Si含量为43重量％)、3.0kg的沸石、4.0kg的锰铁粉(Mn含量为80重量％)、10.1kg的镍金属粉、2.2kg的金红石、7.2kg的萤石、13.0kg的硼砂、7.5kg的碳酸钾以及46.5kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
实施例10
采用以下根据本发明的制备方法来制备环保的高耐磨性药芯焊丝：
(1)将药芯各组分在275℃下烘干1小时，之后将7.3kg的硅铁粉(Si含量为45重量％)、3.8kg的高岭土、5.0kg的锰铁粉(Mn含量为80重量％)、9.5kg的镍金属粉、2.0kg的金红石、7.6kg的萤石、13.8kg的硼砂、7.2kg的碳酸钾以及43.8kg的还原铁粉混合均匀；
(2)将厚度为0.30mm且宽度为10.0mm的Q235A低碳钢钢带用无水乙醇擦拭干净，之后轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为直径为1.6mm的焊丝(填充率25％)。
对比实施例1
除了采用6.0kg的硅铁粉(Si含量为45重量％)、4.2kg的沸石、3.5kg的锰铁粉(Mn含量为85重量％)、10.5kg的镍金属粉、1.5kg的金红石、8.0kg的萤石、11.8kg的硼砂、8.5kg的碳酸钾以及46.0kg的还原铁粉作为药芯组分之外，以与实施例1相同的方式制备药芯焊丝。
对比实施例2
除了采用8.0kg的硅铁粉(Si含量为45重量％)、2.5kg的沸石、5.5kg的锰铁粉(Mn含量为85重量％)、8.8kg的镍金属粉、2.5kg的金红石、6.0kg的萤石、14.2kg的硼砂、6.7kg的碳酸钾以及45.8kg的还原铁粉作为药芯组分之外，以与实施例1相同的方式制备药芯焊丝。
<测试实施例>
对上述实施例1至10中根据本发明的制备方法制得的环保的高耐磨性药芯焊丝以及对比实施例1至2制得的药芯焊丝进行电弧焊接试验，并对焊接件熔敷金属的各项力学性能进行测定，其中，根据国家标准GB/T230.1-2004《金属洛氏硬度试验第1部分试验方法》来测定硬度(HRC)，以及根据国家标准GB/12444.1-1990《金属磨损试验方法MM型磨损试验》来测定耐磨性，其结果显示于以下表1中。
其中，焊接工艺条件如下所示：
焊接钢板：Q235B型钢板(350mm×150mm×20mm)
焊接方式：平焊
电弧电压：25～28V
焊接电流：180～200A
焊接速度：25cm/min
送丝速度：150cm/min。
[表1]
测定项目 硬度(HRC) 磨损性/g
实施例1 65.5 0.082
实施例2 67.5 0.093
实施例3 65.5 0.079
实施例4 68.0 0.081
实施例5 67.5 0.082
实施例6 66.0 0.075
实施例7 66.0 0.088
实施例8 65.9 0.094
实施例9 66.2 0.103
实施例10 66.3 0.099
对比实施例1 52.0 0.35
对比实施例2 51.8 0.27
参见上述表1，可以看出，根据本发明的药芯焊丝焊接后所形成的熔敷金属均具有较高的硬度和耐磨性，表明上述药芯焊丝具有非常优良的性能。
相比之下，对比实施例1和2的药芯焊丝的药芯组分含量在本发明的限定范围之外，其展现出的硬度和耐磨性则明显不如本发明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种环保的高耐磨性药芯焊丝，其特征在于，包括钢皮和药芯，所述药芯包含以下重量百分比的组分：
Figure FDA0002600744070000011
2.根据权利要求1所述的环保的高耐磨性药芯焊丝，其特征在于，所述钢皮采用Q235A低碳钢。
3.根据权利要求1所述的环保的高耐磨性药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的填充率为20～30％。
4.根据权利要求1所述的环保的高耐磨性药芯焊丝，其特征在于，所述硅铁粉中Si的含量为43～47重量％，所述锰铁粉中Mn的含量为80～90重量％。
5.根据权利要求1所述的环保的高耐磨性药芯焊丝，其特征在于，所述铝硅酸盐为高岭土或沸石。
6.根据权利要求1所述的环保的高耐磨性药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径为2.0～1.4mm。
7.权利要求1至6任一项所述的环保的高耐磨性药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将药芯各组分混合均匀；
(2)将钢带轧制成U型槽；
(3)将混合均匀的药芯填充到U型槽中，并用成型机将所述U型槽碾压闭合，形成初级焊丝；
(4)将初级焊丝拉拔为目标直径尺寸的焊丝。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述药芯的各组分在混合之前在270℃～280℃下烘干1～1.5小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述钢带的厚度为0.25～0.40mm，宽度为7.5～12.5mm。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述钢带在轧制成U型槽之前用无水乙醇进行清洁。
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