CN113977131A

CN113977131A - 一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用

Info

Publication number: CN113977131A
Application number: CN202111451662.7A
Authority: CN
Inventors: 柳小坚; 项晶
Original assignee: Beijing Zhishuang Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Zhishuang Technology Development Co ltd
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2041-12-01
Also published as: CN113977131B

Abstract

本发明公开了一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用，主要用于高冲击条件下遭受严重的磨粒磨损部件的堆焊，该药芯焊丝由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：碳6.0‑10％，硅3.0‑6.0％，锰4.0‑8.0％，铬8.0‑15％，钛10‑15％，钼3.0‑6.0％，铌4.0‑8.0％，钒1.0‑3.0％，金红石10‑20％，钛白粉5.0‑10％，氟化钠10‑15％，生石灰1‑5％，铁粉余量。本发明研制的药芯焊接材料硬度高、耐磨性好、抗裂性能优异，堆焊后耐磨带层洛氏硬度可达到HRC57以上，且焊接工艺稳定，可不预热堆焊，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观。

Description

一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体而言，涉及一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用。

背景技术

目前在石油勘探开发，尤其是钻井作业过程中，钻头、钻杆等钻具的磨损问题，一直严重影响着油田开发进度和生产作业效率，其主要问题表现为：首先钻头的磨损，导致其使用寿命的下降，甚至失效；其次钻头在钻杆内作业，钻杆随之旋转，其外表面与钻孔四周的泥土、岩石等接触，产生磨粒磨损，所形成挤压力可导致钻杆局部变形，进而提高了其旋转掘进的阻力，加剧钻杆表面磨损，严重时直接磨穿钻杆，极大影响石油勘探作业的作业安全和效率，尤其停工返修等会造成严重的经济损失和资源浪费。基于此，为了提高钻具的使用寿命，目前最新开发出一种碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，其具有强度高、韧性好、耐磨性强的特点，且该种药芯焊丝焊接工艺稳定，可不预热堆焊，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观。由于其研发难度高、技术性强，目前国内暂无同类型产品。

由于碳化钛型高抗裂性药芯焊丝在实际生产中需求很大，尤其野外作业的大型工件和复杂结构件现场堆焊修复时，需要在各种位置堆焊，但目前国内市场没有此类焊丝的研发记录。因此，研制碳化钛型高抗裂性药芯焊丝成为亟待解决的重要问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用。

本发明是这样实现的:

本发明提供一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：碳6.0-10％，硅3.0-6.0％，锰4.0-8.0％，铬8.0-15％，钛10-15％，钼3.0-6.0％，铌4.0-8.0％，钒1.0-3.0％，金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，铁粉余量。

本发明还提供一种上述碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：将药芯焊丝的药芯原料进行混合，得到药芯粉料；采用外皮原料封装药芯粉料，得到药芯焊丝半成品；将药芯焊丝半成品进行拉拔，得到碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝。

本发明还提供一种上述碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝在石油钻杆接头、水泥厂辊压机或矿石破碎机堆焊中的应用。

本发明具有以下有益效果:

本发明提供了一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用。该碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，药芯按质量百分比由以下组分组成：碳6.0-10％，硅3.0-6.0％，锰4.0-8.0％，铬8.0-15％，钛10-15％，钼3.0-6.0％，铌4.0-8.0％，钒1.0-3.0％，金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，铁粉余量。本发明的药芯焊丝由合金体系和TiO₂-NaF-CaO造渣体系两个部分，合金体系可强化堆焊后熔敷金属耐磨性、韧性及抗裂性等；造渣体系可稳定电弧，改善成型，减小飞溅，提高抗气孔能力等。采用碳化钛型高抗裂性药芯焊丝焊接工艺稳定，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观，硬度高，耐磨性好等性能要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1-图4分别为实施例1-4的试焊焊缝照片；

图5-图8分别为对比例1-4的试焊焊缝照片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的目的在于提供一种碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，该种药芯焊丝需满足焊接工艺稳定，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观，硬度高，耐磨性好等性能要求。

本发明的另一个目的是提供一套提高焊丝抗裂性能的改进措施。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：碳6.0-10％，硅3.0-6.0％，锰4.0-8.0％，铬8.0-15％，钛10-15％，钼3.0-6.0％，铌4.0-8.0％，钒1.0-3.0％，金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，铁粉余量，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明实施例提供了一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，该药芯焊丝由外皮和药芯组成，且药芯由合金体系和造渣体系两个部分组成，其中，合金体系中的熔敷金属由以下元素组成：碳、硅、锰、铬、钛、钼、铌、钒和铁，合金体系可强化堆焊后熔敷金属耐磨性、韧性及抗裂性等；造渣体系采用TiO₂-NaF-CaO渣系，其中TiO₂-来自金红石和钛白粉，NaF来自氟化钠，CaO来自生石灰，造渣体系可稳定电弧，改善成型，减小飞溅，提高抗气孔能力等。

进一步的，该药芯焊丝的合金体系中熔敷金属来自合金、石墨或金属粉末；

优选地，碳C来自石墨或其它含C物质，石墨中C含量大于99％；

优选地，硅Si来自硅铁FeSi75，硅铁中Si含量为72％-80％；

优选地，锰Mn为电解锰，电解锰中Mn含量为99.9％；

优选地，铬Cr来自高碳铬铁FeCr67C6.0，高碳铬铁中Cr含量为60％-70％，C含量为1.0％-4.0％；

优选地，钛Ti来自钛铁FeTi50，钛铁中Ti含量为35％；

优选地，钼Mo为钼粉，钼粉中Mo含量为99.5％；

优选地，铌Nb为铌粉，铌粉中Nb含量为99.9％；

优选地，钒V来自钒铁FeV40，钒铁中V含量为35％-50％；

进一步的，该药芯焊丝采用TiO₂-NaF-CaO渣系，且渣系组成为：金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，其中，钛白粉和金红石提供TiO₂来源，氟化钠提供NaF来源，生石灰提供CaO来源，本发明实施例提供的药芯焊丝采用TiO₂-NaF-CaO造渣体系，可使制备的药芯焊丝具有以下的优点：

(1)、药芯焊丝采用TiO₂-NaF-CaO渣系，渣系中的TiO₂与石墨在高温下相互作用生成TiC，反应过程分为三个阶段：

2TiO₂+C＝Ti₂O₃+CO↑

Ti₂O₃+C＝2TiO+CO↑

TiO+2C＝TiC+CO↑

生成的TiC作为超质硬强化相弥散分布在堆焊层中，提升堆焊层硬度，并充分利用TiC在钢基体的弥散分布特征以提高自身抗裂性。

(2)、药芯焊丝采用TiO_2-NaF-CaO造渣体系，可有效控制TiC钢结合金的孔隙度，为TiC硬质相含量和尺寸范围的调整提供了条件。

(3)、通过向TiO₂-NaF-CaO造渣体系中加入氟化钠和生石灰进行调渣，使焊丝碱度升高至B1≈2.3，保证了焊丝的高碱度，可净化焊缝。

(4)、药芯焊丝采用TiO₂-NaF-CaO造渣系，可使熔敷金属扩散氢含量得到显著降低，其降低扩散氢含量主要有两个途径：反应生成HF去氢；熔滴反应阶段，CaF₂包裹在熔滴表面，减少金属与氢等气体原子接触。

(5)、NaF加入后可以减少TiO₂的加入量，保证焊丝的工艺性能。

进一步的，该药芯焊丝中加入Cr、Nb、Mo、V等元素有效的控制了晶粒细化和晶粒长大，为TiC结硬质合金钢获得优越的机械性能包括韧性和抗裂性等。其中，合金元素体系中加入一定量Nb，堆焊层抗裂性能得到较大提升；Cr主要来源于高碳铬铁，降低成本的同时，也便于调整焊丝的含C量；高碳铬铁，还有利于增强焊缝脱氧，提高贵重金属过渡。

进一步的，药芯焊丝的外皮材料为超低碳钢钢带，且超低碳钢钢带中C含量≤0.02，采用上述规格的超低碳钢钢带作为外皮材料，可以降低钢带硬度方便焊丝生产，同时还可以提高焊缝韧性和抗裂性。

进一步的，药芯焊丝中的焊丝粉体药芯在空心焊丝内的填充率为15-20％，药芯焊丝的直径为1.6-2.0mm。

进一步的，采用上述的碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，焊接工艺稳定，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观，硬度高，耐磨性好等性能要求。堆焊后耐磨带层洛氏硬度可达到HRC57以上，可不预热堆焊。

第二方面，本发明实施例还提供了一种上述碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：原材料检测，原材料包括药粉和钢带；

优选地，药粉的颗粒度控制在60-100目，微细粉末的比例为1:3；

优选地，钢带为超低碳钢钢带，C含量≤0.02；

优选地，钢带的尺寸为0.4*10mm，表面光洁、光滑、无裂纹、孔洞、氧化皮和腐蚀痕迹等。

步骤2：烘粉、筛粉，药粉用远红外电阻炉进行烘干，并用振动筛将所有药粉按工艺要求的数目过筛。

优选地，药粉中所有金属粉用100-150℃的温度烘干1-2小时，烘干后60-80目过筛；

优选地，药粉中所有矿物粉用500-550℃的温度进行烧结，时间为3-4小时，烘干后碾碎80-100目过筛。以上的操作可确保TiC在钢基体中的均匀性，有效避免焊缝基体成分偏析，增强焊缝抗裂性能，同时确保矿物粉中结晶水的较低含量，进一步减少熔敷金属中扩散氢含量，有效降低气孔的产生。

步骤3：配粉、混粉，将药粉按质量百分比分别称取：碳6.0-10％，硅3.0-6.0％，锰4.0-8.0％，铬8.0-15％，钛10-15％，钼3.0-6.0％，铌4.0-8.0％，钒1.0-3.0％，金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，铁粉余量，以上组分质量百分比之和为100％；

优选地，将步骤3所示药粉放入混粉机中充分混合，混粉时间为1-2小时。

步骤4：钢带纵剪，使用滚剪刀将较宽的钢带沿钢带纵向剪切成10mm宽尺寸。

优选地，钢带的厚度为0.4mm。

步骤5：钢带清洗、重绕，将步骤4完成后钢带用超声波机进行清洗，清洗时加入少量清洗剂。

步骤6：轧丝，将步骤5完成后的钢带由平面状态轧制成U型，填充步骤3完成后药粉，轧制成O型半成品。

优选地，填充药粉的填充率为15-20％。

步骤7：拉丝，使用协调辊式拉丝机将步骤6完成后的半成品焊丝进行一步拉制到成品焊丝尺寸。

优选地，步骤7完成后成品焊丝直径为1.6-2.0mm。

步骤8：精密层绕，将步骤7完成后的焊丝重新绕制成小包装10公斤焊丝盘上，并在校直轮上进行校直。

优选地，步骤7完成后的焊丝绕在工字轮上。

步骤9：包装，将步骤8完成后的小包装焊丝盘用塑料袋进行抽真空密封包装，包装袋内放置干燥剂，塑封袋外用硬纸盒进行最后包装。

优选地，步骤9应在包装盒外粘贴焊丝注明标识信息，包括生产日期、生产批次、焊丝直径、公斤数量等信息。

第三方面，本发明实施例还提供了一种上述碳化钛高抗裂型堆焊药芯在石油钻杆接头、水泥厂辊压机或矿石破碎机堆焊中的应用。

以药芯焊丝在石油钻杆耐磨带实际生产中的应用实例为例。应用实例的试验样品为标准石油钻杆接头，接头尺寸规格符合API SPEC 5DP规定范围。

优选地，应用实例焊接为气体保护堆焊，保护气体为CO₂，气体纯度为99.99％；

优选地，应用实例焊接工艺参数如下表1所示：

表1应用实例焊接工艺参数

焊丝直径(mm)	焊接电流(A)	焊接电压(V)	预热温度(℃)	焊丝直径(mm)
					1.6	260-320	26-30	260-350	1.6

优选地，应用实例堆焊后耐磨带厚度为3-4mm。

需要说明的是：当环境温度高于35℃时堆焊钻杆耐磨带，在不具备对钻杆接头加热条件的情况下，5-1/2″以下尺寸钻杆可以不用加热直接堆焊钻杆耐磨带(不适用于新钻杆耐磨带堆焊工艺)。5寸(5”)及其以下钻杆不需要加热，尺寸大于5寸(5”)需要按照表1所示进行预热。

以上应用实例堆焊后焊道成形平整、表面光洁、无气孔、无裂纹。应用实例表明本发明可保证钻杆接头耐磨带生产质量、提高工作效率，提高国产化率。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

以下所有实施例和对比例所用堆焊母材均为同一材质即4145H石油钻杆接头，钻杆接头尺寸规格如表2所示。

表2石油钻杆接头尺寸规格(执行标准：API SPEC 5DP 2020)

以下所有实施例和对比例所用堆焊设备均为同一型号焊机即ZS2000型石油钻具耐磨带自动堆焊机，该设备由PLC控制为核心，能满足各种钻具的耐磨带焊接，目前已充分应用于石油工具基地钻杆、加重钻杆、钻铤耐磨带焊接作业。

以下所有实施例和对比例堆焊时均为同一焊接参数，即电流为280A，电压为28V，保护气体为CO₂纯气体，气体流量为15L/min，气体纯度为99.99％，焊接参数如表3所示。

表3试验焊接参数

以下所有实施例和对比例焊后耐磨带均为同一尺寸要求，焊缝共三道，厚度均为3.0mm±0.8mm，三道焊缝总宽度即耐磨带宽度为76mm(+5.0mm，-2.0mm)如表4所示。

表4钻杆耐磨带尺寸要求(SY/T 6948-2013《石油钻具耐磨带》)

单道焊缝宽度	焊接道数	耐磨带厚度	耐磨带宽度
				28mm	三道	3.0mm±0.8mm	76(+5.0mm，-2.0mm)

实施例1

一种碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，包括药粉和钢带为超低碳钢钢带，药粉的配比是：石墨6.0％，硅铁6.6％，电解锰6.0％，高碳铬铁20.2％，钛铁15％，钼粉4.0％，铌粉7.0％，钒铁2.0％，金红石14％，钛白粉5％；氟化钠10％，生石灰3％，铁粉余量，填充率为16％。

实施例1焊丝按上述焊接工艺参数进行试焊，焊接效果良好如表6所示，飞溅小，焊缝成型美观，表面无裂纹如图1所示，硬度值如表6所示为HRC58。

实施例2

一种碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，包括药粉和钢带为超低碳钢钢带，药粉的配比是：石墨6.0％，硅铁6.6％，电解锰6.0％，高碳铬铁20.2％，钛铁15％，钼粉4.0％，铌粉7.0％，钒铁2.0％，金红石14％，钛白粉5％；氟化钠10％，生石灰3％，铁粉余量，填充率为20％。

实施例2焊丝按上述焊接工艺参数进行试焊，焊接效果良好如表6所示，飞溅小，焊缝成型美观，表面无裂纹如图2所示，硬度值如表6所示为HRC60。

实施例3

一种碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，包括药粉和钢带为超低碳钢钢带，药粉的配比是：石墨8.0％，硅铁4.6％，电解锰4.0％，高碳铬铁19％，钛铁15％，钼粉5.0％，铌粉6.0％，钒铁2.0％，金红石14％，钛白粉12％；氟化钠12％，生石灰1％，铁粉余量，填充率为16％。

实施例3焊丝按上述焊接工艺参数进行试焊，焊接效果良好如表6所示，飞溅小，焊缝成型美观，表面无裂纹如图3所示，硬度值如表6所示为HRC57。

实施例4

一种碳化钛型高抗裂性药芯焊丝，包括药粉和钢带为超低碳钢钢带，药粉的配比是：石墨8.0％，硅铁4.6％，电解锰4.0％，高碳铬铁19％，钛铁15％，钼粉5.0％，铌粉6.0％，钒铁2.0％，金红石14％，钛白粉12％；氟化钠12％，生石灰1％，铁粉余量，填充率为20％。

实施例4焊丝按上述焊接工艺参数进行试焊，焊接效果良好如表6所示，飞溅小，焊缝成型美观，表面无裂纹如图4所示，硬度值如表6所示为HRC58。

焊丝的抗裂性试验

试验采用普通Q235钢材料作试板，规格为200mm×100mm×20mm，对实施例1-4焊丝进行试验，在试板中央分别堆焊3道150mm长的焊缝，试验结果如下表5所示(表5中x表示无裂纹)，试板横向、纵向焊缝均未发现裂纹，由试验表明，本发明焊丝具有良好的抗裂性。

表5实施例1-4中的裂纹实验结果

对比例1

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：将药芯中的合金成分高碳铬铁、钼粉、铌粉、钒铁全部删去，填充率不变，并按实施例1的工艺参数进行试焊，焊接效果如表6所示，焊缝表面有裂纹如图5所示，硬度值如表6所示为HRC49。

对比例2

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：将药芯中的钛铁含量降低至10％(低于钛铁设计含量的最小值)，填充率不变，按实施例1的工艺参数进行试焊，焊接效果如表6所示，焊缝表面有裂纹如图6所示，且硬度值较低如表6所示为HRC45。

对比例3

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：将药芯中的氟化钠改为氟化锂且含量和填充率不变，并按实施例1的工艺参数进行试焊，焊接效果如表6所示，飞溅较大，焊缝表面有裂纹如图7所示，硬度值如表6所示为HRC57。

对比例4

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：将药芯中的生石灰改为碳酸钙且含量和填充率不变，并按实施例1的工艺参数进行试焊，焊接效果如表6所示，焊缝表面有气孔和裂纹如图8所示，硬度值如表6所示为HRC57。

表6实施例和对比例焊接工艺性能对比结果

焊丝编号	气孔	飞溅	裂纹	硬度值/HRC	是否符合设计要求
						实施例1	无	小	无	58	是
实施例2	无	小	无	60	是
						实施例3	无	小	无	57	是
实施例4	无	小	无	58	是
						对比例1	无	中	裂纹	49	否
对比例2	无	小	裂纹	45	否
						对比例3	无	大	裂纹	57	否
对比例4	有	小	裂纹	57	否

由实施例和对比例的结果可知：

(1)、实施例1-4全部根据本发明要求的成分红和比例进行配置，区别是在成分含量和填充量上进行范围内的调整，试焊测试结果均符合设计要求，即焊接效果良好，飞溅小，焊缝成型美观，表面无裂纹，硬度测试值大于HRC57。

(2)、为了进一步验证本发明配方设计的合理性，将本发明配方中关键性成分进行调整与替换并试制成焊丝小样对比例1-4，试焊测试结果均不符合设计要求，说明本发明的方案为最优方案，任意改变方案内容将无法获得本发明的预计使用效果。具体分析如下所示。

(3)、对比例1将药芯中的合金体系关键元素成分Cr铬铁、Mo钼粉、Nb铌粉、V钒铁全部去除，与实施例1相比对比例1所制焊丝经过试焊测试和硬度测试后发现焊缝表面出现裂纹且硬度值较低，说明与实施例1相比对比例1焊丝的抗裂性相对较差，由于焊丝缺少强化元素还使得焊缝的硬度值有所降低，进一步验证本发明方案中合金体系对于增强焊丝抗裂性的重要性。

(4)、对比例2将药芯焊丝药芯中合金体系的钛铁含量由本发明设计的钛铁含量15-23％降低至10％，与实施例1相比对比例2所制焊丝经过试焊测试和硬度测试后发现焊缝表面出现裂纹且硬度值大幅降低，钛铁含量减少直接导致超质硬强化相TiC在钢基体中的数量减少，导致焊缝硬度值降低，由于TiC在钢基体中为弥散分布，使得对比例2中的TiC由于数量较少不足以提高自身抗裂性，导致焊缝表面出现裂纹。进一步验证本发明方案中钛铁的添加量对于增强焊丝抗裂性的重要性。

(5)、对比例3将药芯中的造渣体系关键成分NaF氟化钠换成LiF氟化锂，与实施例1相比对比例3所制焊丝经过试焊测试后发现焊缝表面出现裂纹且飞溅较大，说明对比例3所用的氟化锂并不能改善焊丝的抗裂性，且氟化锂稳弧性低于氟化钠使得焊丝的焊接工艺性能较差，进一步验证本发明设计的药芯焊丝渣系组成方案为最优方案。

(6)、对比例4将药芯中的造渣体系关键成分CaO生石灰换成CaCO₃碳酸钙，与实施例1相比对比例4所制焊丝经过试焊测试后发现焊缝表面出现裂纹且有气孔生成，碳酸钙碱性弱于生石灰使得药芯碱度下降，焊缝中扩散氢含量升高，导致焊缝出现裂纹，说明对比例4所用的碳酸钙并不能改善焊丝的抗裂性，且碳酸钙焊接时生成CO₂残留于焊缝内，导致焊缝出现气孔。进一步验证本发明设计的药芯焊丝渣系成分对于提高焊丝抗裂性的重要性。

综上，本发明设计的药芯焊丝配方不仅能够满足抗裂性设计要求，还能保证配方成分组成含量的最优性。

可见，本发明实施例提供的药芯焊丝与同类型焊丝相比具有以下优势特点和优势：

(1)、本发明实施例提供的药芯焊丝由合金体系和造渣体系两个部分组成，合金体系可强化堆焊后熔敷金属耐磨性、韧性及抗裂性等；造渣体系可稳定电弧，改善成型，减小飞溅，提高抗气孔能力等。

(2)、本发明实施例提供的药芯焊丝采用TiC作为超质硬强化相以提升堆焊层硬度，并充分利用TiC在钢基体的弥散分布特征以提高自身抗裂性。

(3)、本发明实施例提供的药芯焊丝采用TiO₂-NaF-CaO造渣体系，可有效控制TiC钢结合金的孔隙度，为TiC硬质相含量和尺寸范围的调整提供了条件。

(4)、本发明实施例提供的药芯焊丝通过向TiO₂-NaF-CaO造渣体系中加入氟化钠和生石灰进行调渣，使焊丝碱度升高至B1≈2.3，熔敷金属扩散氢含量得到显著降低，进一步提高熔敷金属的抗裂性能。

(5)、本发明实施例提供的药芯焊丝通过向该药芯焊丝中加入Cr、Nb、Mo、V等元素有效的控制了晶粒细化和晶粒长大，可使TiC结硬质合金钢获得优越的机械性能包括韧性和抗裂性等。

(6)、本发明实施例提供的药芯焊丝中的药粉的所有矿物粉用500-550℃的温度进行烧结，时间为3-4小时，确保了TiC在钢基体中的均匀性，有效避免焊缝基体成分偏析，增强焊缝抗裂性能，同时确保矿物粉中结晶水的较低含量，进一步减少熔敷金属中扩散氢含量，有效降低气孔的产生。

(7)、本发明实施例提供的药芯焊丝采用C含量≤0.02的超低碳钢钢带作为外皮材料，可以降低钢带硬度方便焊丝生产，以及提高焊缝韧性和抗裂性。

(8)、本发明实施例提供的药芯焊丝焊接时采用CO₂气体保护焊接，可提高熔覆率和生产率，进一步降低生产成本。

(9)、本发明实施例提供的药芯焊丝焊接工艺稳定，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观，硬度高，耐磨性好等性能要求。

(10)、本发明实施例提供的药芯焊丝堆焊后耐磨带层洛氏硬度可达到HRC57以上，可不预热堆焊。

(11)、本发明实施例提供的药芯焊丝可保证钻杆接头耐磨带生产质量、提高工作效率，提高国产化率。

综上，本发明实施例提供一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝、制备方法和应用，药芯焊丝主要用于高冲击条件下遭受严重的磨粒磨损部件的堆焊，如石油钻杆耐磨带、水泥厂辊压机、矿石破碎机等，药芯按质量百分比由以下组分组成：碳6.0-10％，硅3.0-6.0％，锰4.0-8.0％，铬8.0-15％，钛10-15％，钼3.0-6.0％，铌4.0-8.0％，钒1.0-3.0％，金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，铁粉余量，以上组分质量百分比之和为100％。本发明研制的药芯焊接材料具有硬度高、耐磨性好、抗裂性能优异、有良好的抗气孔性等特点，堆焊后耐磨带层洛氏硬度可达到HRC57以上，且该种药芯焊丝焊接工艺稳定，可不预热堆焊，飞溅小，易脱渣且无裂纹，成型美观。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：碳6.0-10％，硅3.0-6.0％，锰4.0-8.0％，铬8.0-15％，钛10-15％，钼3.0-6.0％，铌4.0-8.0％，钒1.0-3.0％，金红石10-20％，钛白粉5.0-10％，氟化钠10-15％，生石灰1-5％，铁粉余量。

2.根据权利要求1所述的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝中的熔敷金属来自合金、石墨或金属粉末；

优选地，所述碳来自石墨或其它含C物质，石墨中C含量大于99％；

优选地，所述硅来自硅铁FeSi75，硅铁中Si含量为72％-80％；

优选地，所述锰为电解锰，电解锰中Mn含量为99.9％；

优选地，所述铬来自高碳铬铁FeCr67C6.0，高碳铬铁中Cr含量为60％-70％，C含量为1.0％-4.0％；

优选地，所述钛来自钛铁FeTi70，钛铁中Ti含量为65％；

优选地，所述钼为钼粉，钼粉中Mo含量为99.5％；

优选地，所述铌为铌粉，铌粉中Nb含量为99.9％；

优选地，所述钒来自钒铁FeV40，钒铁中V含量为35％-50％。

3.根据权利要求1所述的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述外皮所用带材为超低碳钢钢带，其中所述超低碳钢钢带中C含量≤0.02。

4.根据权利要求1所述的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝中药芯的填充率的质量比为15％-20％；

优选地，所述药芯焊丝的直径为1.6-2.0mm。

5.根据权利要求1所述的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝，其特征在于，采用所述碳化钛型高抗裂性药芯焊丝堆焊后的耐磨带层表面无裂纹，洛氏硬度在HRC57以上。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述药芯焊丝的药芯原料进行混合，得到药芯粉料；采用外皮原料封装所述药芯粉料，得到药芯焊丝半成品；将所述药芯焊丝半成品进行拉拔，得到所述碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述外皮原料和所述药芯原料在混合前进行预处理；

优选地，将钢带沿纵向剪切成壁厚为0.8mm，宽度为1.2mm的外皮材料；

优选地，将所述药芯原料中的金属粉在100-150℃下干燥1-2小时，烘干后过60-80目筛；

优选地，将所述药芯原料中的矿物粉在500-550℃下烧结3-4小时，烘干后碾碎过80-100目筛。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝或权利要求6-7中任一项所述的制备方法制备得到的碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝在石油钻杆接头、水泥厂辊压机或矿石破碎机堆焊中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述碳化钛高抗裂型堆焊药芯焊丝用于石油钻杆接头的堆焊条件为：≤5”的石油钻杆不需要加热直接进行堆焊，焊接电流为260-320A，焊接电压为26-30V，预热温度为260-350℃。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，堆焊时以CO₂为焊接保护气体，堆焊后耐磨带厚度为3-4mm。