CN114310036A

CN114310036A - 一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝

Info

Publication number: CN114310036A
Application number: CN202210035952.1A
Authority: CN
Inventors: 张建忠
Original assignee: Jiangsu Fuermu Welding Shares Co ltd
Current assignee: Jiangsu Fuermu Welding Shares Co ltd
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2042-01-13
Also published as: CN114310036B

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体是一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，包括药芯粉和外皮，药芯粉的化学成分为：表面镀铜的碳酸铯粉15%‑18%，羟基镍粉8%‑12%，金红石粉6%‑8%，长石粉2%‑3.5%，碳化硅晶须5%‑9%，锰粉5%‑8%，硅铁粉4%‑6%，余量为FHT100·25还原铁粉。本发明可在高原气候条件下焊接，电弧燃烧稳定，堆焊合金成分均匀，无气孔、裂纹、夹渣等缺陷；堆焊合金硬度大且分布均匀、硬质相与基体结合牢固，无脱落开裂现象。本发明适用于矿山等工况下挤压辊的在线耐磨堆焊，延长了挤压辊表面堆焊层使用周期，是堆焊耐磨合金用药芯焊丝方面的创新。

Description

一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝。

背景技术

挤压辊是常用矿山设备辊压机的关键部件，主要用途是将矿石物料挤压粉碎，为水泥等后续生产提供原材料。但挤压辊体积大，直径从0.5米至4米左右，重量为几十吨，移动困难，表面磨损后常采用的办法是在线耐磨堆焊修复。而挤压辊的工作环境多以矿山为主，处于高原地带，空气稀薄，海拔4000米时，大气压强为50kPa，是常规平原环境大气压强101.3kPa的50%左右。

电弧的本质为气体持续的稳定的放电行为，常规药芯焊丝电弧是平原环境下的空气进行稳定持续的放电，但到海拔4000米以上高空时，单位体积内的空气减少50%左右，电弧状态受到了很大程度的影响，导致出现电弧不稳、电压低、熔合性差等问题，进而导致了熔池整体的冶金反应不充分，挤压辊表面堆焊的耐磨合金会出现组织不均匀，存在较多的气孔、夹渣等缺陷，减小了耐磨层的使用寿命。

中国专利CN112935625A提供了一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝（申请日期2021年2月5日），部分解决了高原气候条件下焊接问题，但存在如下技术缺陷：①为了避免氢脆现象，药芯粉中加入了氟化钡、氟化锂、氟化稀土，这些氟化物虽然能在熔池中分解出氟离子后与氢结合逸出，起到了除氢作用，但因为三种氟化物的熔点并不高（氟化钡的熔点为1368℃、氟化锂的熔点为848℃、氟化稀土的熔点为1460℃左右），在电弧燃烧的过程中就有相当多的氟化物发生分解，产生的氟离子严重恶化了电弧气氛，造成焊接电弧非常的不稳定；②药芯粉中加入碳酸钡，钡元素容易电离，有较好的稳定电弧作用，但实践中并不能完全抵抗高原气候条件下空气稀薄对电弧的损害，这是因为钡的电离能为502.9kJ/mol，高于常用的钾元素的电离能为418.8kJ/mol，造成电弧中带电粒子的减少，稳弧性差。

在药芯焊丝中填加硬质相，期望堆焊合金中得到金属基硬质相增强复合堆焊层，以增大堆焊合金的硬度，目前存在的技术问题是：①硬质相与基体结合不牢固，易脱落开裂；②硬质相分布不均匀，造成硬度差值大，耐磨层使用周期缩短。

如何解决上述问题，是本领域技术人员当前的工作之急。

发明内容

本发明提供一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，可解决如下技术问题：

1、高原气候条件下电弧燃烧稳定，堆焊合金成分均匀，无气孔、裂纹、夹渣等缺陷；

2、堆焊合金硬度大且分布均匀，硬质相与基体结合牢固，无脱落开裂现象。

本发明采用如下技术方案：

一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，包括药芯粉和外皮：

所述药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉12.0%-18.0%，羟基镍粉8.0%-12.0%，金红石粉6.0%-8.0%，长石粉2.0%-3.5%，碳化硅晶须5.0%-9.0%，锰粉5.0%-8.0%，硅铁粉4.0%-6.0%，余量为FHT100·25还原铁粉；

所述药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉14.0%-16.0%，羟基镍粉9.0%-11.0%，金红石粉6.5%-7.5%，长石粉2.5%-3.0%，碳化硅晶须6.0%-8.0%，锰粉6.0%-7.0%，硅铁粉4.5%-5.5%，余量为FHT100·25还原铁粉，所述碳酸铯粉未镀铜时的粒径为10μm-15μm，镀铜层厚度为50nm-80nm；

所述药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉15.0%，羟基镍粉10.0%，金红石粉7.0%，长石粉2.7%，碳化硅晶须7.0%，锰粉6.5%，硅铁粉5.0%，余量为FHT100·25还原铁粉。

所述碳化硅晶须的直径为100nm-150nm，长度80μm-150μm；

所述羟基镍粉、金红石粉、长石粉、锰粉、硅铁粉、FHT100·25还原铁粉的200目通过率为100%。

所述外皮采用低碳冷轧钢带制备，低碳冷轧钢带的厚度为0.2mm-1.5mm。

所述药芯粉质量占药芯焊丝总质量的30%-40%。

所述药芯焊丝直径为1.8mm-8.0mm。

如上所述的一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝的制备步骤如下：

1）碳酸铯粉的镀铜：采用离子溅射的方式在碳酸铯粉表面包裹一层铜膜。

2）选料：选择原料进行质量纯度控制。

3）筛粉：羟基镍粉、金红石粉、长石粉、锰粉、硅铁粉、FHT100·25还原铁粉用200目的筛网过筛。

4）药粉处理：将药粉放入敞口的石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度70℃±5℃，干燥时间0.5h-1.0h。

5）配粉和混粉：按比例称取药粉加入到混粉机内进行搅拌混合，成混合药粉。

6）低碳冷轧钢带轧制及药粉封装：将低碳冷轧钢带放置在药芯焊丝成型机的放带装置上，通过成型机将低碳冷轧钢带制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5）得到的混合药粉，再通过成型机将U型槽碾压闭合形成O型，使药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至1.8mm-8.0mm，得到药芯焊丝。

本发明具有以下有益技术效果：

1、模拟高原气候条件（大气压强50kPa-55kPa）下焊接电弧稳定、多层耐磨焊道熔合好，堆焊合金成分均匀，无气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

（1）由于碳酸铯容易在潮湿环境下分解，本发明采用在碳酸铯表面通过离子溅射的方式，使其表面包裹一薄层铜膜，有效保证了碳酸铯在药芯粉中的安全存放，而焊接时由于铜的熔点低（1083℃），铜膜在电弧中瞬间熔化，碳酸铯随即发生分解，产生铯离子和二氧化碳，铯的电离能为375.7J/mol，小于非高原气候条件下常用的钾和钠（钾元素的电离能为418.8kJ/mol、钠元素的电离能为495.8kJ/mol），碳酸铯在电弧中产生的铯离子会使电弧气氛具有极低的电离电位，电弧稳定性好，而二氧化碳则会增大气体密度，有效抵消了高原气候条件下空气稀薄的弱点；

（2）羰基镍粉纯度高、电阻率小、导电性好，其独特的三维链状结构可形成良好的导电网络，导电性能优于传统的电解镍粉，在电弧燃烧时，羰基镍粉可结合钾离子、锂离子，构成一个导电性强且具有极低电离电位的电弧气氛，适应高原气候条件焊接。

（3）实验表明：模拟高原气候条件下，采用本发明的药芯焊丝进行挤压辊的耐磨堆焊，其焊接电压为25V-32V，电弧燃烧稳定，耐磨层焊道熔合好，堆焊合金成分均匀，无气孔、裂纹、夹渣等缺陷。

2、挤压辊表面堆焊的耐磨合金硬度大且分布均匀、硬质相与基体结合牢固，无脱落开裂现象。

碳化硅晶须的硬度大、熔点高，在焊接时大部分不会分解，而且在熔池中呈网格状均匀分布，这种网格状结构可以使堆焊合金的硬度大且分布均匀，还能使其与基体结合牢固，避免了从基体脱落的倾向，有效提高了挤压辊耐磨堆焊层的使用周期。

具体实施方式

以下结合实施例和实验例对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例和实验例只用于解释本发明，并非限定本发明的范围。

实施例1：

药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉12.0%，羟基镍粉8.0%，金红石粉6.0%，长石粉2.0%，碳化硅晶须5.0%，锰粉5.0%，硅铁粉4.0%，余量为FHT100·25还原铁粉；

碳化硅晶须的直径为100nm-150nm，长度80μm-150μm。

羟基镍粉、金红石粉、长石粉、锰粉、硅铁粉、FHT100·25还原铁粉的200目通过率为100%。

外皮采用低碳冷轧钢带制备，低碳冷轧钢带的厚度为0.5mm。

药芯粉质量占药芯焊丝总质量的30%。

药芯焊丝直径为1.8mm。

2）选料：选择原料进行质量纯度控制。

4）药粉处理：将药粉放入敞口的石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度70℃±5℃，干燥时间0.8h。

6）低碳冷轧钢带轧制及药粉封装：将低碳冷轧钢带放置在药芯焊丝成型机的放带装置上，通过成型机将低碳冷轧钢带制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤5）得到的混合药粉，再通过成型机将U型槽碾压闭合形成O型，使药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至1.8mm，得到药芯焊丝。

实施例2：

药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉18.0%，羟基镍粉12.0%，金红石粉8.0%，长石粉3.5%，碳化硅晶须9.0%，锰粉8.0%，硅铁粉6.0%，余量为FHT100·25还原铁粉；

碳化硅晶须的直径为100nm-150nm，长度80μm-150μm。

外皮采用低碳冷轧钢带制备，低碳冷轧钢带的厚度为1.5mm。

药芯粉质量占药芯焊丝总质量的40%。

药芯焊丝直径为8.0mm。

如上所述的一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝的制备步骤如实施例1，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至8.0mm。

实施例3：

药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉15.0%，羟基镍粉10.0%，金红石粉7.0%，长石粉2.7%，碳化硅晶须7.0%，锰粉6.5%，硅铁粉5.0%，余量为FHT100·25还原铁粉。

碳化硅晶须的直径为100nm-150nm，长度80μm-150μm。

外皮采用低碳冷轧钢带制备，低碳冷轧钢带的厚度为0.2mm-1.5mm。

药芯粉质量占药芯焊丝总质量的35%。

药芯焊丝直径为5.0mm。

如上所述的一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝的制备步骤如实施例1，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至5.0mm。

实验例1：

与实施例3基本相同，其区别在于：将药芯粉化学成分中的碳酸铯换成相应质量的碳酸钾。

实验例2：

与实施例3基本相同，其区别在于：将药芯粉化学成分中的碳酸铯换成相应质量的碳酸钡。

实验例3：

与实施例3基本相同，其区别在于：将药芯粉化学成分中的碳酸铯换成相应质量的碳酸锂。

实验例4：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中碳酸铯表面不镀铜。

实验例5：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中无表面镀铜的碳酸铯。

实验例6：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中无羟基镍粉。

实验例7：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中羟基镍粉换成普通镍粉。

实验例8：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中增加17%的氟化钡和2%的氟化锂，相应减少FHT100·25还原铁粉的质量。

实验例9：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中碳化硅晶须换成相应质量的碳化硅纳米颗粒。

实验例10：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中碳化硅晶须换成相应质量的碳化硅微米颗粒。

实验例11：

与实施例3基本相同，其区别在于：药芯粉化学成分中无碳化硅晶须。

将实施例和实验例制备的药芯焊丝在实验室模拟高原气候条件（大气压强50kPa-55kPa、气温2℃-5℃、湿度18%-30%）条件下进行堆焊，测试其硬度及与基体结合性，用目视法观测表面开裂情况，用无损检测方法检测内部裂纹情况，每个项目进行10次实验取其结果的平均值，检测结果如表1所示。

表1

项目

电弧稳定性

焊接电压/V

堆焊合金中有无气孔

堆焊合金中有无裂纹

堆焊合金硬度HRC

堆焊合金硬度最大值与最小值之差HRC

堆焊合金与基体结合性

实施例1

好

25.0

无

68.9

0.8

好

实施例2

好

25.2

无

70.1

0.9

好

实施例3

好

26.1

无

69.5

0.8

好

实验例1

较好

22.6

有

66.8

2.6

一般

实验例2

一般

20.8

有

67.1

2.5

一般

实验例3

较好

21.9

有

66.1

2.9

一般

实验例4

差

17.8

有

63.5

4.2

一般

实验例5

差

15.1

有

61.9

6.5

差

实验例6

一般

22.6

有

65.9

3.5

一般

实验例7

一般

22.9

有

66.8

3.1

一般

实验例8

较好

23.1

有

65.5

4.0

一般

实验例9

好

25.6

无

63.2

3.6

较差

实验例10

好

25.4

无

62.5

5.5

差

实验例11

好

25.1

无

52.9

0.9

--

1）本发明的实施例1-3说明，在药芯粉采用镀铜的碳酸铯粉、羟基镍粉，配以其它必要的化学成分，可在高原气候条件下进行焊接，焊接电压可在25V以上，焊接电弧稳定，堆焊合金成分均匀，无气孔和裂纹。

2）实验例1-5说明，在药芯粉将表面镀铜的碳酸铯粉换成其它物质或表面不镀铜或不采该物质，焊接电弧稳定性都不好，堆焊合金中有气孔和裂纹存在，组织不均匀。

3）实验例6、7说明，在药芯粉无羟基镍粉或将羟基镍粉换成普通镍粉，焊接电弧稳定性都不好，堆焊合金中有气孔和裂纹存在，组织不均匀。

4）实验例8说明，在药芯粉中增加氟化钡和氟化锂，因为在电弧中电离出氟离子，恶化了电弧气氛，焊接电弧稳定性差，堆焊合金中有气孔和裂纹存在，组织不均匀。

5）实验例9、10说明，在药芯粉中的碳化硅晶须换成相应质量的碳化硅纳米或微级颗粒，其分布不均匀，堆焊合金的硬度值相差较大，与基体结合也不牢固，易脱落。

6）实验例11说明，在药芯粉不填加碳化硅晶须，虽然堆焊合金成分均匀，但硬度低，无法满足使用要求。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，包括药芯粉和外皮，其特征在于：

所述药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉12.0%-18.0%，羟基镍粉8.0%-12.0%，金红石粉6.0%-8.0%，长石粉2.0%-35%，碳化硅晶须5.0%-9.0%，锰粉5.0%-8.0%，硅铁粉4.0%-6.0%，余量为FHT10·25还原铁粉；

所述碳酸铯粉未镀铜时的粒径为10μm-15μm，镀铜层厚度为50nm-80nm；

所述碳化硅晶须的直径为100nm-150nm，长度80μm-150μm；

所述外皮采用低碳冷轧钢带制备。

2.根据权利要求1所述的挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉14.0%-16.0%，羟基镍粉9.0%-11.0%，金红石粉6.5%-7.5%，长石粉2.5%-3.0%，碳化硅晶须6.0%-8.0%，锰粉6.0%-7.0%，硅铁粉4.5%-5.5%，余量为FHT100·25还原铁粉。

3.根据权利要求1或2所述的挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯粉的化学成分及用量按质量百分比计为：表面镀铜的碳酸铯粉15.0%，羟基镍粉10.0%，金红石粉7.0%，长石粉2.7%，碳化硅晶须7.0%，锰粉6.5%，硅铁粉5.0%，余量为FHT100·25还原铁粉。

4.根据权利要求1所述的挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，其特征在于，所述羟基镍粉、金红石粉、长石粉、锰粉、硅铁粉、FHT100·25还原铁粉的200目通过率为100%。

5.根据权利要求1所述的挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，其特征在于：所述低碳冷轧钢带的厚度为0.2mm-1.5mm。

6.根据权利要求1所述的挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯粉质量占药芯焊丝总质量的30%-40%。

7.根据权利要求1-所述的挤压辊表面堆焊耐磨合金用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝直径为1.8mm-8.0mm。