CN114289926B

CN114289926B - 一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN114289926B
Application number: CN202210214006.3A
Authority: CN
Inventors: 王存; 王斌; 王一辛
Original assignee: Aobang New Material Tangshan Co ltd; Beijing Aobang New Material Co ltd
Current assignee: Aobang New Material Tangshan Co ltd; Beijing Aobang New Material Co ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114289926A

Abstract

本发明涉及一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝及其制备方法，涉及焊接技术领域，包括药芯和钢带，钢带包覆药芯；其中药芯包含重量占比为20%～35%的氧化物、重量占比为10%～30%的氟化物、重量占比为2%～5%的蓝晶石粉、重量占比为10%～15%的碳酸盐、重量占比为1%～4%的硫化钙和重量占比为30%～45%的包括铌铁的金属合金；钢带采用冷轧SPCC低碳钢带，本发明具有通过调节焊丝中药芯组分含量来改善熔渣的物理化学性能、线膨胀系数、微观形貌等提高药芯焊丝的脱渣性的优点。

Description

一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

辊压机是一种用途广泛的高效节能粉磨设备，尤其适用于水泥熟料的预粉磨。而且对石灰石，高炉矿渣，石灰砂岩，原煤，石膏，石英砂，铁矿石等的粉磨也很有效。辊压机磨辊表面承受着高应力磨粒磨损，工作条件极其恶劣，使用一段时间后必然要产生磨损。另外由于铁块等异物或者操作不当致使辊缝间距缝隙过小等，辊压机辊套会出现剥落或者低周疲劳剥落。

辊体材料为锻钢34CrNiMoA或42CrMo钢，非常昂贵，绝大多数情况下不可能更换，只有在现场对其进行修复或离线修复，因此在制造辊压机时就必须对其表面进行有效防护。

以往选用高铌硬面药芯焊丝对辊体进行修复，由于高铌药芯焊丝中铌含量比较高，使药芯焊丝在熔化过程中与空气中的氧、熔敷金属中的氧原子结合形成NbO，由于二价NbO和三价金属氧化物（Cr2O3、AL2O3等）形成具有体心立方结构的尖晶石性化合物（NbO.Me2O3），他们的体心立方晶格又搭建在焊缝金属表面上的氧化铁晶格上，与氧化铁牢固地结合在一起，这样FeO膜就像粘结剂一样把熔渣和焊缝金属牢固的黏在一起，使熔渣脱渣非常困难。在焊接作业时，需要手动除渣，比如通过打磨、敲击等方式部分去除渣壳。这一方面降低工作效率，另一方面残渣在进一步的加工中会成为气孔、裂纹或其他缺陷，影响产品质量。因此，焊丝拥有良好的脱渣性能是非常重要的。对比国内外生厂家，良好脱渣性的高铌硬面药芯焊丝尚未见公开报道。

因此，针对以上不足，需要提供一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝及其制备方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现今市面上暂未出现具有良好脱渣性的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，包括药芯和钢带，钢带包覆药芯；其中药芯包含重量占比为20%～35%的氧化物、重量占比为10%～30%的氟化物、重量占比为2%～5%的蓝晶石粉、重量占比为10%～15%的碳酸盐、重量占比为1%～4%的硫化钙和重量占比为30%～45%的包括铌铁的金属合金；钢带采用冷轧SPCC低碳钢带。

作为对本发明的进一步说明，优选地，氧化物采用二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、三氧化二铝中的三种或四种。

作为对本发明的进一步说明，优选地，氟化物采用氟化钙、氟化钡、氟化钠中的两种或三种。

作为对本发明的进一步说明，优选地，碳酸盐采用碳酸钙、碳酸钡、碳酸钠中的一种或两种以上。

作为对本发明的进一步说明，优选地，金属合金还包括高碳铬铁、锰铁、硅铁、钛铁、钒铁。

作为对本发明的进一步说明，优选地，药芯焊丝的直径介于2.4mm～3.2mm，药芯的组分颗粒度介于80目～150目。

本发明还提供一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

Ⅰ.将混合的部分氧化物、混合的部分氟化物和混合的部分碳酸盐置于混合器内进行搅拌；

Ⅱ.搅拌均匀后，向混合器内加入模数为2.8～3.1、粘度为43Be、钾钠重量比为2:1的钾钠水玻璃结合剂，令钾钠水玻璃结合剂与原料混合；

Ⅲ.将混合料置于100℃～200℃的环境中低温烘焙，再置于600℃～800℃的环境中高温烘焙，最后经过筛分获得混合药粉；

Ⅳ.将剩余的所有原料按比例加入混合器内，与混合药粉充分混合，随后将混好的药粉添加到冷轧SPCC的碳钢钢带上，然后经过成型、烘烤、拉拔减径制成药芯焊丝。

作为对本发明的进一步说明，优选地，添加药粉前，将冷轧SPCC碳钢钢带轧制成U型，添加完药粉后，将冷轧SPCC碳钢钢带滚压成圆筒状以包覆药粉。

作为对本发明的进一步说明，优选地，选取氧化物、氟化物、碳酸盐中的两种或三种最先置入混合器内进行搅拌，若只混合两种原料，则两种原料的混合量不低于各自总重量的90%。

作为对本发明的进一步说明，优选地，混合的部分氧化物为氧化物总重量的75%，混合的部分氟化物为氟化物总重量的75%，混合的部分碳酸盐为碳酸盐总重量的90%。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过添加蓝晶石粉使高铌药芯焊丝在熔化凝固过程中，渣壳与熔覆金属线膨胀系数变大，致使熔渣很容易从熔覆金属表面剥离，提高脱渣性。此外通过硫化钙矿物粉使高铌药芯焊丝在熔化过程汇总，吸收空气中或熔覆金属中的氧含量，致使氧与铌、铁等合金生成氧化铌、氧化铁的几率减少，不容易使熔渣内表面生成具有体心立方结构的尖晶石性化合物，大幅减少粘渣现象。

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，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，包括药芯和钢带，钢带包覆药芯使焊丝形成直径介于2.4mm～3.2mm圆柱状结构。钢带采用冷轧SPCC低碳钢带。药芯由多种药粉混合而成，其中包含重量占比为20%～35%的氧化物、重量占比为10%～30%的氟化物、重量占比为2%～5%的蓝晶石粉、重量占比为10%～15%的碳酸盐、重量占比为1%～4%的硫化钙和重量占比为30%～45%的金属合金。

氧化物采用二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、三氧化二铝中的三种或四种。通过加入少量二氧化硅的能增加熔渣高温粘度不会使熔敷金属氧化性过高，从而保证了焊缝较低的氧含量，但其含量过高时，会使渣的粘度过高，导致焊缝成形不好，还会形成夹渣。添加作为强造渣剂的二氧化钛，可以起到稳定电弧的作用，其具有较高的熔点，可以调节熔渣物理性能，能够快速冷凝，辅助焊道成型及脱渣。添加氧化镁和三氧化二铝可保证焊接电弧稳定，在电弧周围形成一种还原气氛，防止空气中的水蒸气、二氧化碳、氮气等有害气体进入熔敷金属，生产的焊接熔渣均匀覆盖在焊缝金属表面，减缓了焊缝金属的冷却速度，并获得良好的焊缝成形，保证熔渣具有合适的熔点、粘度、密度，熔渣在电弧的高温作用下形成渣壳，发生一系列化学冶金反应，除去氧化物及硫、磷等有害杂质。

氟化物采用氟化钙、氟化钡、氟化钠中的两种或三种。氟化物是一种造渣剂，能够调整焊渣的熔点，有着提高流动性并改善焊道形状的作用。氟化物能够与焊缝中氢结合成氟化氢气体溢出，有利于降低电弧气氛中氢的分压，从而起到去氢的作用，降低了焊缝中有害元素氢的含量，减少氢致裂纹的产生。而且氟化物10%～30%的重量占比，既能避免因含量太少导致的稀渣能力不足，又能避免因含量太多造成电弧稳定性下降的问题。

蓝晶石是一种耐火度高、高温体积膨胀大的天然耐火原料矿物，其在高温下体积膨胀，当温度降低时，体积变化很小，即系有不可逆性转化产生的体积膨胀特性。其一般应用到制造汽车等需要耐火材料的领域中。而将蓝晶石加入到焊丝中，利用其高温环境下体积膨胀的性能使焊剂拥有良好的脱渣性，在焊接时确保无渣壳残留，焊缝纯净。此外其体积膨胀能引导碳酸盐以及硫化钙产生的气体，避免焊缝因气泡而产生鼓包问题的同时，将熔渣推出或吹出焊缝，不仅提高焊缝的平整度，而且增强了焊缝的结构强度。

碳酸盐采用碳酸钙、碳酸钡、碳酸钠中的一种或两种以上。加入碳酸盐可使焊缝在焊接过程中碳酸盐高温分解产生气体，提高电弧吹力，保证铁水的流动性，提高焊缝的平整度。另外其结合蓝晶石能将含铌的熔渣黏连在一起，使得熔渣更易被吹动，进一步提升脱渣性。

加入硫化钙可在药芯焊丝熔化过程中与空气中或熔敷金属中的氧原子反应生成CaO和SO₂，可以降低电弧气氛中氧的分压，减少CO、CO₂气体的产生，CaO还是高碱度的化合物元素，能够使焊缝金属纯净化。另外生产的SO₂可以起到搅拌熔池，有利于熔渣上浮到熔池表面。但当其含量超过4%时会容易使熔敷金属增硫，而低于1%则起不到作用，因此合理的硫化钙配量。

金属合金采用铌铁、高碳铬铁、锰铁、硅铁、钛铁和钒铁的全部混合物。加入铌铁、高铬铸铁、钒铁合金的目的主要是增加熔敷金属中的合金成分，细化晶粒，提高耐磨性和强度。加入锰铁、硅铁、钛铁合金是脱氧剂，以净化焊缝。

Ⅳ.将剩余的所有原料按比例加入混合器内，与混合药粉充分混合，并使药芯的组分颗粒度均介于80目～150目；将冷轧SPCC碳钢钢带轧制成U型，随后将混好的药粉添加到冷轧SPCC的碳钢钢带上，将冷轧SPCC碳钢钢带滚压成型为圆筒状以包覆药粉，然后经过烘烤、拉拔减径制成药芯焊丝。

其中选取氧化物、氟化物、碳酸盐中的两种或三种最先置入混合器内进行搅拌，若只混合两种原料，则两种原料的混合量不低于各自总重量的90%，确保种类少的药粉在有限的混合空间下尽可能混合均匀，相比常规的混合方式，减少后续添加药粉的混合工作量，缩短约5%的工时，提升生产效率。若混合三种原料，则需要混合的部分氧化物为氧化物总重量的75%，混合的部分氟化物为氟化物总重量的75%，混合的部分碳酸盐为碳酸盐总重量的90%，采用该方式混合的药粉在水玻璃结合剂的作用下，即使药粉颗粒度大，但是不同种类以及不同颗粒度的颗粒之间也依然可以贴合紧实且具有良好的透气性。

结合上述方法制备以下三种药芯焊丝：

实施例1

选用16X0.3（宽度16mm，厚度0.3mm）的冷轧SPCC低碳钢带，并将其轧成U型。取二氧化硅：10份，二氧化钛：15份，氧化镁：3份，三氧化二铝：4份，氟化钙：8份，氟化钡：6份，蓝晶石：3份，碳酸钙：8份，碳酸钠：7份，硫化钙：2份，铌铁：5份，高碳铬铁：16份，钒铁：2份，锰铁：5份，硅铁：4份，钛铁：2份，共100份。将氧化镁、三氧化二铝、氟化钡、碳酸钠置于混合器内，搅拌均匀后加入钾钠水玻璃粘结剂，经过200℃低温烘焙，700℃的高温烘焙、筛分，即制得混合药粉。将混合粉与其他粉末置于混料机中充分混合均匀，将混好的药粉通过送粉器加入到U型钢带槽内，药粉填充率为36%。经过拉丝机3次拉拔减径至直径为2.8mm的焊丝。在焊接规范电压30-32V，电流430-480A下进行明弧焊接。其中焊接长度为500mm，测得未脱渣长度约为20mm，严重粘渣长度约为1mm，轻微粘渣长度约为10mm。根据GB/T 25776-2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》中对脱渣率的计算公式：

其中D为脱渣率；

为焊道总长度；

为未脱渣长度；

为严重粘渣长度；

为轻微粘渣长度。

将上述数据代入公式中可得该实施例的表面脱渣率约为95%，焊缝表面无裂纹，表面堆焊硬度为55HRC。

实施例2

选用16X0.3（宽度16mm，厚度0.3mm）的冷轧SPCC低碳钢带，并将其轧成U型。取二氧化硅：9份，二氧化钛：16份，氧化镁：2份，三氧化二铝：5份，氟化钙：7份，氟化钡：7份，蓝晶石：4份，碳酸钙：7份，碳酸钠：7份，硫化钙：2份，铌铁：5份，高碳铬铁：16份，钒铁：2份，锰铁：6份，硅铁：3份，钛铁：2份，共，100份。将氧化镁、三氧化二铝、氟化钡、碳酸钠置于混合器内，搅拌均匀后加入钾钠水玻璃粘结剂，经过200℃低温烘焙，700℃的高温烘焙、筛分，即制得混合药粉。将混合粉与其他粉末置于混料机中充分混合均匀，将混好的药粉通过送粉器加入到U型钢带槽内，药粉填充率为37%。经过拉丝机3次拉拔减径至直径为2.8mm的焊丝。在焊接规范电压30-32V，电流430-480A下进行明弧焊接。其中焊接长度为500mm，测得未脱渣长度约为10mm，严重粘渣长度约为1mm，轻微粘渣长度约为7mm。根据GB/T 25776-2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》中对脱渣率的计算公式：

其中D为脱渣率；

为焊道总长度；

为未脱渣长度；

为严重粘渣长度；

为轻微粘渣长度。

将上述数据代入公式中可得该实施例的表面脱渣率约为97%，焊缝表面无裂纹，表面堆焊硬度为53HRC。

实施例3

选用16X0.4（宽度16mm，厚度0.4mm）的冷轧SPCC低碳钢带，并将其轧成U型。取二氧化硅：10份，二氧化钛：14份，氧化镁：3份，三氧化二铝：3份，氟化钙：9份，氟化钡：4份，蓝晶石：5份，碳酸钙：4份，碳酸钠：8份，硫化钙：4份，铌铁：5份，高碳铬铁：15份，钒铁：3份，锰铁：5份，硅铁：5份，钛铁：3份，共，100份。将氧化镁、三氧化二铝、氟化钡、碳酸钠置于混合器内，搅拌均匀后加入钾钠水玻璃粘结剂，经过200℃低温烘焙，700℃的高温烘焙、筛分，即制得混合药粉。将混合粉与其他粉末置于混料机中充分混合均匀，将混好的药粉通过送粉器加入到U型钢带槽内，药粉填充率为35%。经过拉丝机3次拉拔减径至直径为2.8mm的焊丝。在焊接规范电压30-32V，电流430-480A下进行明弧焊接。其中焊接长度为500mm，测得未脱渣长度约为5mm，严重粘渣长度约为1mm，轻微粘渣长度约为3mm。根据GB/T 25776-2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》中对脱渣率的计算公式：

其中D为脱渣率；

为焊道总长度；

为未脱渣长度；

为严重粘渣长度；

为轻微粘渣长度。

将上述数据代入公式中可得该实施例的表面脱渣率约为98%，焊缝表面无裂纹，表面堆焊硬度为56HRC。

根据上述三种实施例的药芯焊丝与常规的焊丝进行比对，可得如下对比数据：

综上所述，通过上述方法制成的药芯焊丝，不仅药粉之间混合均匀，而且成型稳定，整个生产过程十分简单，有利于进行较低成本的大批量生产，尽量缩减企业的生产成本。此外药粉添加了水玻璃结合剂配合冷轧SPCC碳钢钢带有效避免药芯焊丝在运输过程中药粉受到颠簸振动而分散流出钢带外，在降低生产成本的同时确保药芯焊丝具有良好的抗振动运输性能和使用性能，极大地提升了产品综合品质，能够为企业将来提供较大的商业成功空间。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，其特征在于：包括药芯和钢带，钢带包覆药芯；其中药芯包含重量占比为20%～35%的氧化物、重量占比为10%～30%的氟化物、重量占比为2%～5%的蓝晶石粉、重量占比为10%～15%的碳酸盐、重量占比为1%～4%的硫化钙和重量占比为30%～45%的包括铌铁的金属合金；钢带采用冷轧SPCC低碳钢带。

2.根据权利要求1所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，其特征在于：氧化物采用二氧化硅、二氧化钛、氧化镁、三氧化二铝中的三种或四种。

3.根据权利要求2所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，其特征在于：氟化物采用氟化钙、氟化钡、氟化钠中的两种或三种。

4.根据权利要求1所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，其特征在于：碳酸盐采用碳酸钙、碳酸钡、碳酸钠中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，其特征在于：金属合金还包括高碳铬铁、锰铁、硅铁、钛铁和钒铁。

6.根据权利要求1所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝的直径介于2.4mm～3.2mm，药芯的组分颗粒度介于80目～150目。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

8.根据权利要求7所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝的制备方法，其特征在于：添加药粉前，将冷轧SPCC碳钢钢带轧制成U型，添加完药粉后，将冷轧SPCC碳钢钢带滚压成圆筒状以包覆药粉。

9.根据权利要求7所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝的制备方法，其特征在于：选取氧化物、氟化物、碳酸盐中的两种或三种最先置入混合器内进行搅拌，若只混合两种原料，则两种原料的混合量不低于各自总重量的90%。

10.根据权利要求9所述的一种用于辊压机硬面修复的高铌药芯焊丝的制备方法，其特征在于：混合的部分氧化物为氧化物总重量的75%，混合的部分氟化物为氟化物总重量的75%，混合的部分碳酸盐为碳酸盐总重量的90%。