CN114535751B - 矿用刮板cmt梯度堆焊层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开矿用刮板CMT梯度堆焊层，其包括依次设置的刮板连接层、两层表面层；刮板连接层由刮板连接层低碳焊丝堆焊制得；每层表面层均由表面层高碳焊丝堆焊制得。专门用于解决磨损失效的矿用刮板的电弧堆焊修复再制造，既可以解决堆焊层开裂问题，也可以解决堆焊表面的高硬度需求。还公开了矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法。

Description

矿用刮板CMT梯度堆焊层及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种矿用刮板CMT梯度堆焊层，还涉及一种矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法。
背景技术
近年来，煤炭行业的不断发展，伴随着煤机装备应用范围和数量的不断增加。据统计，全国煤炭开采的综合机械化程度已经超过70％，与此同时，快速的发展也导致了煤矿机械装备的大量报废。矿用刮板输送机对实现煤炭采掘机械化起着重要作用，作为其关键零部件的刮板，由于煤矿开采量巨大，且开采环境恶劣，导致其磨损失效严重。目前，企业为了保证生产的正常运转，多采用以新刮板来更换磨损刮板。堆焊是再制造行业中一个重要的制造手段，利用焊接的方法把填充金属熔覆在机械设备或零部件表面，以获得所需要的性能和尺寸。由于堆焊层能与基体实现冶金结合，不仅显著的提高了工件的工作寿命，而且因为所使用的是废旧零部件作为再制造毛坯，节省了再制造费用，降低了修理及更换失效工件的时间，进而提高再制造效率，降低生产成本。因此，采用堆焊再制造技术进行磨损失效刮板的修复，具有重要的工程实际价值。
刮板材料通常由中碳调质钢制备(42CrMo)。由于刮板母材的碳含量较高，若采用与母材碳含量相当的焊丝进行堆焊，虽然堆焊层硬度满足要求，但是其表面堆焊层易出现裂纹。而若采用碳含量较低的焊丝进行堆焊，则堆焊层的耐磨性能又不满足要求。因此，针对刮板材料的化学成分及其服役工况需求，设计梯度堆焊层，使其既满足与基体的结合，又满足表面的高硬度需求，从而保证失效刮板的继续服役要求。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种矿用刮板CMT梯度堆焊层，专门用于解决磨损失效的矿用刮板的电弧堆焊修复再制造，既可以解决堆焊层开裂问题，也可以解决堆焊表面的高硬度需求。
本发明的第二个目的是提供一种矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，矿用刮板CMT梯度堆焊层，其包括依次设置的刮板连接层、两层表面层；
刮板连接层由刮板连接层低碳焊丝堆焊制得；每层表面层均由表面层高碳焊丝堆焊制得。
本发明的特征还在于，
刮板连接层低碳焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Si粉0.8～2.0％，Mn粉2～5％，Cr粉15～20％，Ni粉10～13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；
表面层高碳焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：C粉1.0～2.0％，Si粉0.8～1.0％，Mn粉2～3％，Cr粉20～25％，Mo粉5～10％，TiC粉2～3％，VC粉1～2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。
刮板连接层低碳焊丝的制备方法如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉0.8～2.0％，Mn粉2～5％，Cr粉15～20％，Ni粉10～13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180～200℃，保温时间为1～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2～4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28～30wt％。
刮板表面层高碳焊丝的制备方法如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.0～2.0％，Si粉0.8～1.0％，Mn粉2～3％，Cr粉20～25％，Mo粉5～10％，TiC粉2～3％，VC粉1～2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为200～250℃，保温时间为1～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2～4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30～32wt％。
本发明所采用的第二个技术方案是，矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板表面的待修复区域，使其露出金属光泽；
(2)用氧乙炔火焰预热刮板至260～280℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板表面的堆焊得到刮板连接层(2)；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2～3mm；层间温度控制在200～250℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层表面进行堆焊得到表面层，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层厚度为2～3mm；层间温度控制在200～250℃。
本发明的特征还在于，
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法针对矿用刮板磨损失效问题，从刮板材料(42CrMo)钢的化学成分和力学性能出发，设计梯度堆焊层材料：在与刮板母材直接连接处的焊丝，其碳含量较低，从而保证与刮板基体的高质量冶金结合；在低碳层基础上进行表面高碳焊丝的堆焊，从而保证堆焊层表面优异的高硬度和耐磨特性。
(2)本发明的刮板连接处低碳焊丝，具有超低碳、高合金元素含量的特点，从而既保证与刮板母材的有效结合，也满足了表面层焊丝对于元素的过渡。焊丝中含有一定量的Cr、Ni元素，保证了该堆焊层的强韧性；
(3)本发明的刮板表面高碳含量，采用多种途径保证其耐磨需求：采用较高的碳含量，保证了其高硬度特点；添加TiC、VC硬质颗粒，通过第二相强化进一步提高堆焊的硬度；添加Cr、Mo元素，既保证了高温耐磨性能，又使堆焊层具有强韧化的本质属性。
(4)本发明方法配合CMT冷金属过渡技术进行刮板表面的堆焊再制造，选择较低的热输入，有效降低层与层之间的稀释率，从而保证堆焊层较高的质量。
(5)本发明方法在进行刮板表面堆焊时，严格控制刮板的预热温度和层间温度，从而保证堆焊层与基体优异的结合性能，减小开裂的产生。
(6)本发明所形成的梯度堆焊层，兼具强韧性的特点，可满足多种恶劣工况的服役需求，服役寿命更加长久。
(7)本发明方法所开发的焊丝，药粉种类少，便于规模化生产。焊丝丝径1.2mm，即可进行MIG焊接，还可以进行TIG焊接，适应性广。
附图说明
图1为本发明矿用刮板CMT梯度堆焊层的结构示意图；
图2为本发明实施案例2制备的矿用刮板CMT梯度堆焊层宏观形貌图；
图3为本发明实施案例2制备的使用刮板连接层低碳焊丝得到的刮板连接层与刮板母材界面的显微组织图；
图4为本发明实施案例2使用刮板表面高碳焊丝得到的表面层的显微组织图；
图5为本发明实施案例2制备的刮板表面堆焊层的摩擦磨损形貌图。
图中，1.刮板，2.刮板连接层，3.表面层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供矿用刮板CMT梯度堆焊层，如图1所示，包括依次设置刮板连接层2、两层表面层3，刮板连接层2设置在刮板1的表面上；
刮板连接层2由刮板连接层低碳焊丝堆焊制得；每层表面层3均由表面层高碳焊丝堆焊制得。
刮板连接层低碳焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Si粉0.8～2.0％，Mn粉2～5％，Cr粉15～20％，Ni粉10～13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；
表面层高碳焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：C粉1.0～2.0％，Si粉0.8～1.0％，Mn粉2～3％，Cr粉20～25％，Mo粉5～10％，TiC粉2～3％，VC粉1～2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；刮板连接层低碳焊丝和表面层高碳焊丝所用的原料药粉的粒度均为200-300目，粉末的纯度均为≥99.90％。
刮板连接层低碳焊丝的制备方法如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉0.8～2.0％，Mn粉2～5％，Cr粉15～20％，Ni粉10～13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180～200℃，保温时间为1～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2～4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28～30wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
该药芯焊丝中各合金组分的作用和功能如下：
a)焊丝未添加碳元素，而超低碳钢带中的碳含量极低(约为0.025％)，因此该焊丝的碳含量远远低于刮板母材的碳含量(约为0.42％)。由于母材的碳含量较高，若采用较高碳含量的焊丝进行堆焊，则堆焊层易出现开裂，与此同时，由于母材较高的碳含量，其热影响区易出现淬火马氏体，硬度较高，开裂敏感性也较高。而选择超低碳的焊丝进行刮板表面的直接堆焊，则可以解决堆焊层含量及母材开裂的问题。
b)焊丝中添加了一定量的Si和Mn元素：Si和Mn元素的添加含量与母材中的含量相当，很好的实现了成分的匹配。与此同时，Si和Mn的添加对于提高堆焊层的强度和塑韧性，也起了一定作用。Si和Mn联合添加还具有脱氧的作用，抑制堆焊层气孔的发生。
c)焊丝中添加了一定量的Cr、Ni元素：由于焊丝中碳含量极低，因此了弥补强度的不足，添加了Cr元素，通过固溶在α-Fe基体中，引起晶格畸变，显著提高其固溶体的强度。由于摩擦磨损过程中会导致刮板表面的温度提高，而添加了一定量的Cr后，可以有效提高其高温强度。在Cr的基础上，添加了一定量的Ni元素，Ni的作用主要是提高堆焊层的塑韧性，保证与基体之间的可靠连接。
刮板表面层高碳焊丝的制备方法如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.0～2.0％，Si粉0.8～1.0％，Mn粉2～3％，Cr粉20～25％，Mo粉5～10％，TiC粉2～3％，VC粉1～2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为200～250℃，保温时间为1～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2～4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30～32wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
该药芯焊丝中各合金组分的作用和功能如下：
a)焊丝中添加了一定量的碳元素，考虑焊丝药粉的填充量和焊接过程中过渡系数，该处添加的碳含量实际过渡到焊缝中与母材的碳含量相当。高的碳含量，可以显著提高表面堆焊层的硬度，提高耐磨性能。并且碳对于提高硬度的成本较其他元素低，因此通过添加碳含量来提高堆焊层的硬度，可以降低焊丝的成本。
b)焊丝中添加了Si和Mn元素：该处焊丝中的Si和Mn元素含量较刮板连接处低碳焊丝中的低，这是由于Si和Mn也可以提高堆焊层的强度，但是当堆焊层碳含量较高时，Si和Mn含量的增加会提高其开裂敏感性，因此此处Si和Mn的含量较连接处低碳焊丝有所降低。不过，即使含量降低，其对于联合脱氧的作用依然在。
c)焊丝中添加了Cr粉：该处焊丝中的Cr元素较刮板连接处低碳焊丝中的Cr含量高，由于刮板基体中Cr含量较低，因此采用这种逐层过渡提高的方式，可以有效保证表面堆焊层较高的Cr含量。在刮板表面服役过程中，其其摩擦摩擦会伴随基体温度的升高，较高的Cr含量可以有效提高其服役稳定性。
d)焊丝中添加了Mo元素：虽然Cr也可以提高堆焊层的硬度，但是由于Mo原子半径较大，其固溶到α-Fe基体中引起的晶格畸变更加强烈，因此Mo元素对于提高堆焊层硬度的效果往往仅次于碳元素。但是碳元素的含量不能无限制提高，因此本发明采用添加Mo元素的方法，进一步来提高堆焊层的硬度。
e)焊丝中添加了TiC和VC：这两种物质熔点较高，当其添加在焊丝中时，易在堆焊焊缝中形成弥散分布的硬质相，从而实现第二相强化，弥补单纯通过提高合金元素来提高堆焊层硬度的不足。
本发明还提供上述的矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板1表面的待修复区域，使其露出金属光泽；
(2)用氧乙炔火焰预热刮板1至260～280℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板1表面的堆焊得到刮板连接层2；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2～3mm；层间温度控制在200～250℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层2表面进行堆焊得到表面层3，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层3厚度为2～3mm；层间温度控制在200～250℃。
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
实施例1
刮板连接层低碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉0.8％，Mn粉2％，Cr粉15％，Ni粉10％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
表面层高碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.0％，Si粉0.8％，Mn粉2％，Cr粉20％，Mo粉5％，TiC粉2％，VC粉1％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为200℃，保温时间为1h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例1制备的焊丝进行矿用刮板CMT梯度堆焊层制备(如图1所示)，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板1表面的待修复区域，使其露出金属光泽。
(2)用氧乙炔火焰预热刮板至260℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板1表面的堆焊得到刮板连接层2；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2mm；层间温度控制在200℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层2表面进行堆焊得到表面层3，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层3厚度为2mm；层间温度控制在200℃。
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
经测试，刮板表面堆焊层的硬度为53HRC；堆焊层的弯曲强度为250MPa；堆焊层与基体的结合强度为310MPa。
实施例2
刮板连接层低碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉2.0％，Mn粉5％，Cr粉20％，Ni粉13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为200℃，保温时间为4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在32wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
表面层高碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉2.0％，Si粉1.0％，Mn粉3％，Cr粉25％，Mo粉10％，TiC粉3％，VC粉2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为300目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为250℃，保温时间为4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在32wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例2制备的焊丝进行矿用刮板CMT梯度堆焊层制备(如图1所示)，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板1表面的待修复区域，使其露出金属光泽。
(2)用氧乙炔火焰预热刮板至280℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板1表面的堆焊得到刮板连接层2；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2mm；层间温度控制在250℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层2表面进行堆焊得到表面层3，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层3厚度为2mm；层间温度控制在250℃。
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
经测试，刮板表面堆焊层的硬度为52HRC；堆焊层的弯曲强度为260MPa；堆焊层与基体的结合强度为300MPa。。
从图2中可以看出，堆焊层焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。
从图3中可以看出，低碳焊丝与刮板基体之间结合良好，母材热影响区未出现淬火马氏体组织。
从图4中可以看出，表面堆焊层以马氏体组织为主，存在一定量的针状马氏体，晶粒尺寸较均匀。
从图5中可以看出，堆焊层表面耐磨粒磨损性能优异，可满足恶劣服役工况需求。
实施例3
刮板连接层低碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉1.4％，Mn粉4％，Cr粉17％，Ni粉12％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为250目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为190℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为3h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
表面层高碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.5％，Si粉0.9％，Mn粉2.5％，Cr粉23％，Mo粉7％，TiC粉2.5％，VC粉1.5％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为250目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为240℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为3h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例3制备的焊丝进行矿用刮板CMT梯度堆焊层制备(如图1所示)，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板1表面的待修复区域，使其露出金属光泽。
(2)用氧乙炔火焰预热刮板至270℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板1表面的堆焊得到刮板连接层2；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2mm；层间温度控制在230℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层2表面进行堆焊得到表面层3，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层3厚度为2mm；层间温度控制在230℃。
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
经测试，刮板表面堆焊层的硬度为54HRC；堆焊层的弯曲强度为270MPa；堆焊层与基体的结合强度为330MPa。。
实施例4
刮板连接层低碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉1.5％，Mn粉6％，Cr粉16％，Ni粉11％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为185℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2.5h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
表面层高碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.6％，Si粉0.85％，Mn粉2.6％，Cr粉22％，Mo粉6％，TiC粉2.2％，VC粉1.3％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为230℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2.5h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例4制备的焊丝进行矿用刮板CMT梯度堆焊层制备(如图1所示)，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板1表面的待修复区域，使其露出金属光泽。
(2)用氧乙炔火焰预热刮板至265℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板1表面的堆焊得到刮板连接层2；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2mm；层间温度控制在220℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层2表面进行堆焊得到表面层3，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层3厚度为2mm；层间温度控制在220℃。
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
经测试，刮板表面堆焊层的硬度为51HRC；堆焊层的弯曲强度为255MPa；堆焊层与基体的结合强度为335MPa。。
实施例5
刮板连接层低碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉0.9％，Mn粉3.5％，Cr粉19％，Ni粉12.5％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为195℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2.4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
表面层高碳焊丝制备的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.9％，Si粉0.95％，Mn粉2.3％，Cr粉21％，Mo粉9％，TiC粉2.3％，VC粉1.2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％。步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200目；步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为220℃，保温时间为1.4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2.4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28wt％；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
采用实施案例5制备的焊丝进行矿用刮板CMT梯度堆焊层制备(如图1所示)，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板1表面的待修复区域，使其露出金属光泽。
(2)用氧乙炔火焰预热刮板至275℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板1表面的堆焊得到刮板连接层2；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2mm；层间温度控制在240℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层2表面进行堆焊得到表面层3，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层3厚度为2mm；层间温度控制在240℃。
步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
经测试，刮板表面堆焊层的硬度为55HRC；堆焊层的弯曲强度为268MPa；堆焊层与基体的结合强度为339MPa。

Claims (7)

1.矿用刮板CMT梯度堆焊层，其特征在于，包括依次设置的刮板连接层(2)、两层表面层(3)；
刮板连接层(2)由刮板连接层低碳焊丝堆焊制得；每层表面层(3)均由表面层高碳焊丝堆焊制得；
所述刮板连接层低碳焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Si粉0.8～2.0％，Mn粉2～5％，Cr粉15～20％，Ni粉10～13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；刮板连接层低碳焊丝填充量控制在28～30wt％；
所述表面层高碳焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：C粉1.0～2.0％，Si粉0.8～1.0％，Mn粉2～3％，Cr粉20～25％，Mo粉5～10％，TiC粉2～3％，VC粉1～2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；刮板表面层高碳焊丝填充量控制在30～32wt％。
2.根据权利要求1所述的矿用刮板CMT梯度堆焊层，其特征在于，所述刮板连接层低碳焊丝的制备方法如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Si粉0.8～2.0％，Mn粉2～5％，Cr粉15～20％，Ni粉10～13％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180～200℃，保温时间为1～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2～4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
3.根据权利要求2所述的矿用刮板CMT梯度堆焊层，其特征在于，步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在28～30wt％。
4.根据权利要求1所述的矿用刮板CMT梯度堆焊层，其特征在于，所述刮板表面层高碳焊丝的制备方法如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：C粉1.0～2.0％，Si粉0.8～1.0％，Mn粉2～3％，Cr粉20～25％，Mo粉5～10％，TiC粉2～3％，VC粉1～2％，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为200～250℃，保温时间为1～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2～4h；
步骤3：采用低碳钢带为焊皮，采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
5.根据权利要求4所述的矿用刮板CMT梯度堆焊层，其特征在于，步骤3中，低碳钢带厚度0.3mm，宽度7mm；步骤3中，药芯焊丝填充量控制在30～32wt％。
6.根据权利要求1所述的矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)用角磨机打磨失效刮板(1)表面的待修复区域，使其露出金属光泽；
(2)用氧乙炔火焰预热刮板(1)至260～280℃；
(3)采用刮板连接层低碳焊丝进行刮板(1)表面的堆焊得到刮板连接层(2)；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，堆焊一层，堆焊层厚度为2～3mm；层间温度控制在200～250℃；
(4)采用表面层高碳焊丝在刮板连接层(2)表面进行堆焊得到表面层(3)，共进行2层堆焊；其中，焊接电源选择CMT焊机，焊接电流150～180A，保护气体为混合气，单层表面层(3)厚度为2～3mm；层间温度控制在200～250℃。
7.根据权利要求6所述的矿用刮板CMT梯度堆焊层的制备方法，其特征在于，步骤(3)及步骤(4)中使用的混合气按体积百分比由以下组分组成：80％Ar，20％CO2，以上组分体积百分比之和为100％。
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