CN113210930B

CN113210930B - 一种热锻模修复用药芯焊丝及其使用方法

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Publication number: CN113210930B
Application number: CN202110558286.5A
Authority: CN
Inventors: 李旭; 王和欣; 张森; 沈佳晴; 刘晓阳; 李运增; 王俊杰
Original assignee: TAISHAN SCIENCE AND TECHNOLOGY; Tai'an Ruilang Technology Co ltd
Current assignee: TAISHAN SCIENCE AND TECHNOLOGY; Tai'an Ruilang Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2041-05-21
Also published as: CN113210930A

Abstract

本发明提供了一种热锻模修复用药芯焊丝及其使用方法，所述药芯焊丝包括合金钢带外皮和药芯药粉，其中合金钢带外皮中各组分及其占钢带外皮总质量的百分比为：C0.20～0.29％，Si0.60～0.70％，Mn0.5～0.8％，S≤0.01％，P≤0.015％，Cr12～13％，Ni2～3％，Mo4.0～4.9％，V0.3～0.5％，余量为Fe；药芯药粉中各组分及其占药芯药粉总质量的百分比为：金红石55～60％，氟化钠3～5％，磁铁矿1～2％，钾冰晶石3～5％，锆英砂5～8％，钛酸钾4～7％，氧化铈2～3％，余量为Fe；本发明所述药芯焊丝通过合金钢带外皮过渡主要的合金元素，提高了合金元素的过渡率，使得堆焊金属具有较好的耐磨硬度和耐冲击韧性，提高了热锻模具的使用寿命。

Description

一种热锻模修复用药芯焊丝及其使用方法

【技术领域】

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种热锻模修复用药芯焊丝及其使用方法。

【背景技术】

热锻模是热锻制造工艺中"模锻"生产所用的模具，其中热锻模的常用材质为热锻模钢(如5CrMnMo)是目前国内外广泛应用的一种空冷硬化模具钢，该钢具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不易产生热疲劳裂纹，它既可作压铸模，又可作热锻模，是一种强韧兼备质优价廉的钢种。热锻模具由于在反复受热和冷却，并在承受着高的单位压力和冲击作用条件下工作，工作一段时间以后，表面会发生损坏(通常一套新模具使用100件数左右就会出现问题，即使用100次左右就会发现表面缺陷)，此时可采用表面堆焊技术对其修复，采用堆焊方法修复模具，不仅节约大量贵重的模具钢、简化加工工艺、缩短模具的制造周期，而且符合“绿色制造”发展的要求。

但是使用现有的堆焊材料修复后的热锻模使用寿命短，如专利CN201410748560.6、CN201510015261.5均公开了一种热锻模修复用药芯焊丝，但是这两种均是使用碳钢钢带包裹药芯粉料，主要合金元素均通过药芯粉料过渡，由于药芯中加入矿物质较少使得难以实现全位置焊接，而且使用该专利技术修复后的热锻模的使用寿命均不是很高(最高13500件)。

【发明内容】

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于，提供一种能够实现全位置焊接，而且修复后的热锻模使用寿命长的药芯焊丝及其使用方法。

本发明采用如下技术方案：一种热锻模修复用药芯焊丝，包括合金钢带外皮和药芯药粉，所述合金钢带外皮的组成成分及各成分的质量百分比为：C：0.20～0.29％，Si：0.60～0.70％，Mn：0.5～0.8％，S≤0.01％，P≤0.015％，Cr：12～13％，Ni：2～3％，Mo：4.0～4.9％，V：0.3～0.5％，余量为Fe。

优选地，药芯药粉的组分及各组分的质量百分比为：金红石：55～60％，氟化钠：3～5％，磁铁矿：1～2％，钾冰晶石：3～5％，锆英砂：5～8％，钛酸钾：4～7％，氧化铈：2～3％，余量为Fe。

金红石的主要成分为TiO₂，主要作用是增加熔滴的氧化性，降低表面张力，细化熔滴，电离出Ti离子降低电弧电离的电位，提高电弧稳定性，金红石含量过低不能保证全位置焊接的工艺性，含量过高会导致焊缝含氧量高，不利于焊接金属良好的低温韧性；本申请所述金红石中TiO₂的含量≥98％。

氟化钠(NaF)主要作用是去氢，防止焊接熔池中产生气孔；氟化钠加入量过少，电弧稳定性不足，易产生焊缝气孔压坑，加入量过多，电弧变长，烟尘和飞溅增大；本申请所述氟化钠(NaF)的含量≥99％。

磁铁矿的主要成分为Fe₃O₄，主要作用是作为强氧化剂给熔池增氧，可降低熔渣熔点，增加熔渣流动性，减少熔滴表面张力，细化熔滴，还有去氢效果；磁铁矿含量过低时，对烟尘抑制作用不明显，含量过高时，会使得焊缝增氧，降低熔敷金属低温冲击韧性；本申请所述磁铁矿中Fe₃O₄的含量≥98％。

钾冰晶石(K₃AlF₆)主要作用是作为造渣剂调节熔渣的物理性能、稳弧剂改善药芯焊丝的工艺性能；钾冰晶石含量过低，去氢效果不显著，含量过高时电弧稳定性降低，容易断弧；本申请所述钾冰晶石(K₃AlF₆)中F的含量≥53％、Al≥13％、K的含量≤32％。

锆英砂的主要成分为ZrO₂和SiO₂，主要作用是提高焊渣熔点，在立焊时能够使焊渣迅速凝固，防止铁水下坠，获得成型良好的焊缝，锆英砂含量过高会引入较多的酸性氧化物，不利于低温韧性；本申请所用锆英砂中ZrO₂的含量≥99％。

钛酸钾(K₂TiO₃)主要作用是降低电弧电压，稳定电弧，减少飞溅；本申请所述钛酸钾(K₂TiO₃)中TiO₂的含量50～60％、K₂O≥5％、Na₂O的含量13～15％。

氧化铈(CeO₂)作为稀土，其主要作用是控制晶粒尺寸并细化焊缝组织，使得堆焊金属的硬度提高；本申请所述氧化铈中的CeO₂的含量≥99％。

优选地，所述药芯药粉的重量为药芯焊丝总重量的30～31％。

优选地，所述药芯焊丝的横截面直径为1.6mm～2.4mm。

本发明的另一目的在于，提供上述药芯焊丝在修复热锻模时的使用方法：包括以下条件：采用体积百分比为95％Ar+5％CO₂的混合气体保护，在室温25℃，相对湿度35％的条件下，焊接电流为260～300A，电压26～30V，焊接速度18～20cm/min。

本发明的有益效果：

本发明所述药芯焊丝通过合金钢带外皮过渡主要的合金元素(碳、铬、钒、镍)，一方面提高合金元素的过渡率，使得堆焊金属具有较好的耐磨硬度，在各个方向上都有良好的高温强度和韧性，且本申请所述焊丝具有增强抵抗模具主要失效机理的能力，因此能显著提高模具使用寿命(平均使用寿命两万件左右)；另一方面，药芯药粉中加入合适比例的矿物质，可实现全位置焊接，操作灵活，大幅提高了生产效率；而且，由于稳弧剂(氟化钠和钾冰晶石等)的加入使得焊接工艺性优良；

本发明所述药芯焊丝能够满足热锻模堆焊用的苛刻使用环境，且所述药芯焊丝采用无缝生产技术制备保证焊丝具有较低的扩散氢，大幅度提高熔敷金属的抗裂性，焊接时配合富氩(95％Ar+5％CO₂)气体进行保护，使该焊丝焊接时呈细熔滴射流过渡，熔敷效率高且无未熔合的敏感性。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本发明用以下具体实施例进行说明，但绝非仅限于此。以下所述为本发明较好的实施例，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的限制，应当指出的是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

本申请实施例所制备的药芯焊丝的合金钢带外皮中各成分的作用及含量如下：

C是提高焊缝金属强度和硬度的主要元素，C含量过低时，熔敷金属强度和硬度差；C含量过高时，不仅使焊缝金属强度和硬度增加，塑性降低，还会在焊接过程中使飞溅增多，所以合金钢带外皮中C的质量百分含量应控制在0.20～0.29％。

Si是重要脱氧剂，焊丝中含有一定量的Si能降低焊缝金属的氧含量，提高焊缝金属强度，调节铁水的流动性，加入量过少时不能体现上述特征，过大时铁水变粘，焊缝强度过高，冲击韧性降低；因此，合金钢带外皮中Si的质量百分含量应控制在0.60～0.70％。

Mn是主要脱氧剂，降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性，加入量少时，体现上述特性不足，过大时焊缝强度过高，冲击韧性降低；因此，合金钢带外皮中的Mn的质量百分含量应控制在0.5～0.8％。

Cr是本焊丝提高回火强度的重要合金元素，过高或者过低都不能达到很好的回火强度匹配；因此，合金钢带外皮中Cr的质量百分含量应控制在12～13％。

Ni能提高焊缝金属韧性，但镍含量过高则会增大热裂敏感性；因此，合金钢带外皮中Ni的质量百分含量应控制在2～3％。

Mo能提高高温蠕变断裂强度，稳定马氏体结构，过高或者过低都难以体现上述特性；因此，合金钢带外皮中Mo的质量百分含量应控制在4.0～4.9％。

V是铁素体稳定元素，能形成复杂的碳化物，提高热疲劳，在高温下保持良好的热强性，加入量过少时，体现上述特性不足，另一方面，含量太高是不合适的，会导致形成粗大组织而导致韧性的下降；因此，合金钢带外皮中V的质量百分含量应控制在0.3～0.5％。

下述实施例制备的药芯焊丝，其焊缝化学成分质量百分比组成为：C：0.1～0.2％，Si：0.4～0.8％，Mn：0.5～0.8％，Cr：8～10％，Ni：1.4～2.2％，Mo：2.5～3.5％，V：0.2～0.35％，余量为Fe。

以下实施例中所述药芯焊丝的制备方法为：

按照表1比例配制药粉，并对药粉进行烘烤、混合、搅拌、保温；然后将上述钢带轧制成U形槽，再向U形槽中加入占药芯焊丝总重量的30～31％的药芯药粉，将U形槽激光焊合，使药芯药粉包裹其中，通过拉丝模逐道拉拔，减径至直径为1.6～2.4mm，表面镀铜后得到所述药芯焊丝。

表1药芯药粉中各组分的质量百分含量

组分	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					金红石(％)	55	56	58	60
氟化钠(％)	3	4	4	5
					磁铁矿(％)	1	1.5	1.5	2
钾冰晶石(％)	3	4	4	5
					锆英砂(％)	5	6	7	8
钛酸钾(％)	4	5	6	7
					氧化铈(％)	2	2.5	3	3
Fe(％)	27	21	16.5	10
					合计(％)	100	100	100	100

采用上述实施例1～4所述的药芯焊丝在95％Ar+5％CO₂保护下，在室温25℃，相对湿度35％的条件下，采用表2所示焊接规范对相同的模具进行堆焊：

表2焊接规范

对采用上述实施例所述的药芯焊丝堆焊后的硬度、700℃时的力学性能及模具使用寿命进行测试，结果如表3所示：

表3堆焊金属的硬度、性能与模具使用寿命

由表3中数据可知，采用本发明所述药芯焊丝修复后，堆焊金属的硬度、力学性能及模具使用寿命与现有技术相比均有很大提升。

采用本发明所述药芯焊丝修复后的焊缝具有以下特点：在各个方向上都有良好的高温强度和韧性(700℃时抗拉强度达到930Mpa以上，延伸率达到10％以上，冲击功125J/cm²以上)，由于本申请所述焊丝具有增强抵抗模具主要失效机理(如热龟裂、热裂纹、热磨损及塑性变形)的能力，因此，能够显著提高模具的使用寿命并获得更佳的经济效益，适用于高要求的压铸、热锻和热挤压行业。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种热锻模修复用药芯焊丝，包括合金钢带外皮和药芯药粉，其特征在于，所述合金钢带外皮中各组分及其占钢带外皮总质量的百分比为：C：0.20～0.29%，Si：0.60～0.70%，Mn：0.5～0.8%，S≤0.01%，P≤0.015%，Cr：12～13%，Ni：2～3%，Mo：4.0～4.9%，V：0.3～0.5%，余量为Fe；所述药芯药粉中各组分及其占药芯药粉总质量的百分比为：金红石：55～60%，氟化钠：3～5%，磁铁矿：1～2%，钾冰晶石：3～5%，锆英砂：5～8%，钛酸钾：4～7%，氧化铈：2～3%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，金红石中TiO2的含量≥98%；氟化钠中NaF的含量≥99%；磁铁矿中Fe3O4的含量≥98%；钾冰晶石中F的含量≥53%、Al的含量≥13%、K的含量≤32%；锆英砂中ZrO2的含量≥99%；钛酸钾中TiO2的含量为50～60%、K2O的含量≥5%、Na2O的含量为13～15%；氧化铈中CeO2的含量≥99%。

3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯药粉的重量为药芯焊丝总重量的30~31%。

4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的横截面直径为1.6mm～2.4mm。

5.采用权利要求1~4任一项所述药芯焊丝修复热锻模的方法，其特征在于，包括以下条件：采用体积百分比为95%Ar+5%CO2的混合气体保护，在室温25℃，相对湿度35%的条件下，焊接电流为260～300 A，电压为26～30 V，焊接速度为18～20cm/min。