CN116373408A - 一种新型埋弧焊堆焊耐磨板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐磨材料技术领域，特别是涉及一种新型埋弧焊堆焊耐磨板及其制造方法，包括母材，母材上焊接有第一层堆焊层，第一层堆焊层顶部焊接有第二层堆焊层，第一层堆焊层和第二层堆焊层结构完全相同，母材为完全退火处理的空淬贝氏体钢，第一层堆焊层焊接在母材表面时，母材表面形成贝氏体钢。本发明可以提高母材表面耐磨性，同时使母材还具有韧性，进而延长了耐磨板的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，特别是涉及一种新型埋弧焊堆焊耐磨板及其制造方法。
背景技术
高铬铸铁由于碳化物数量多、硬度高已被证明是最优秀的耐磨材料之一，在矿山、水泥、电力、建材和冶金等行业应用十分广泛。由于工况条件的限制，由高铬铸铁制作的耐磨衬板不易更换，如何延长耐磨衬板的使用寿命就成为当前要解决的首要问题。
传统普通高铬铸铁堆焊耐磨板母材为Q235铁基材料，Q235铁基材料耐磨性较差，当耐磨层材料被磨损完，基体材料会很快被磨损，从而导致磨料直接磨损设备内壁，造成巨大损失，因此亟需一种新型埋弧焊堆焊耐磨板及其制造方法来解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型埋弧焊堆焊耐磨板及其制造方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，包括母材，所述母材上焊接有第一层堆焊层，所述第一层堆焊层顶部焊接有第二层堆焊层，所述第一层堆焊层和所述第二层堆焊层结构完全相同，所述母材为完全退火处理的空淬贝氏体钢，所述第一层堆焊层焊接在所述母材表面时，所述母材表面形成贝氏体钢。
优选的，所述空淬贝氏体的质量分数为：C 0.23-0.33％，Mn 1.5-2.0％，Mo0.3-0.5％，Cr:1.3-2.0％其余为铁和总量小于0.5％的杂质。
优选的，所述第一层堆焊层的质量分数为：Cr:30-40％；C：4.0-6.0％；Mo:0.03-0.04％；Mn：1.0-2.0％；少量Si；少量B；余量为铁。
优选的，所述第一层堆焊层和所述第二层堆焊层由含有铬铁粉、锰铁粉和硼铁粉的合金粉焊接而成，所述合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉＝94：3：3。
优选的，所述第一层堆焊层和所述第二层堆焊层由含有铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉和少量钼粉的合金粉焊接而成，所述合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉：钼粉＝91:3:3:3。
优选的，所述第一层堆焊层和所述第二层堆焊层由含有铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉和少量钼粉的合金粉焊接而成，所述合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉：钼粉＝88:3:3:6。
一种新型埋弧焊堆焊耐磨板的制作方法，基于一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，包括以下步骤：
S1、将所述母材表面待焊接区域及邻近区域清理干净；
S2、将清理干净的所述母材完全退火处理；
S3、将耐磨合金粉末铺设在所述母材表面；
S4、对耐磨合金粉末进行埋弧堆焊焊接，形成所述第一层堆焊层；
S5、重复S3-S4，形成所述第二层堆焊层。
优选的，所述S2中，所述完全退火处理是将所述母材以20-50℃/min的加热速度由室温升至830-880℃后，保温2-5h后炉冷至室温。
优选的，所述S4中，对焊接轨迹的起点、终点以及轨迹进行设计，焊枪由起点开始起弧，并在焊接轨迹上提前铺设所述耐磨合金粉末；在电弧产生的高温作用下将所述耐磨合金粉末和所述母材一起熔化形成熔池，在熔池上方直接铺设焊剂，熔池冷却之后去除熔池上方的焊剂渣壳，形成所述第一层堆焊层。
优选的，焊接时，焊接电压为30-37V，焊接电流为350-440A，送粉速度为600-900g/min，焊速X方向为2200mm/min，焊速Y方向为200-260mm/min。
本发明具有如下技术效果：制作时，首先将空淬贝氏体钢进行完全退火处理，空淬贝氏体钢完全退火处理后将转化成由铁素体钢和珠光体钢构成的母材，随后在母材上焊接形成第一层堆焊层，在高温焊接的过程中，由于焊接时的高温作用，完全退火处理后的母材的表面的铁素体钢和珠光体钢再次转化成贝氏体钢，随后再在第一层堆焊层顶部焊接形成第二层堆焊层，第一层堆焊层和第二层堆焊层构成耐磨层，当耐磨层磨损以后，由于母材表面形成的贝氏体钢具有高耐磨性，使得耐磨板可以继续使用，同时由于母材远离第一层堆焊层的部分为铁素体钢和珠光体钢构成，使得母材还具有韧性，进而避免了耐磨板在使用中的脆裂现象，一定程度上延长了其使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明母材的热处理图；
图3为本发明母材与堆焊层连接处形成的贝氏体形态图；
图4为本发明母材保温退火预处理后形成退火态铁素体和珠光体形态图；
其中，1、母材；2、第一层堆焊层；3、第二层堆焊层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
参考图1至图4，本实施例提供一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，包括母材1，母材1上焊接有第一层堆焊层2，第一层堆焊层2顶部焊接有第二层堆焊层3，第一层堆焊层2和第二层堆焊层3结构完全相同，母材1为完全退火处理的空淬贝氏体钢，第一层堆焊层2焊接在母材1表面时，母材1表面形成贝氏体钢。
制作时，首先将空淬贝氏体钢进行完全退火处理，空淬贝氏体钢完全退火处理后将转化成由铁素体钢和珠光体钢构成的母材1，随后在母材1上焊接形成第一层堆焊层2，在高温焊接的过程中，由于焊接时的高温作用，完全退火处理后的母材1的表面的铁素体钢和珠光体钢再次转化成贝氏体钢，随后再在第一层堆焊层2顶部焊接形成第二层堆焊层3，第一层堆焊层2和第二层堆焊层3构成耐磨层，当耐磨层磨损以后，由于母材1表面形成的贝氏体钢具有高耐磨性，使得耐磨板可以继续使用，同时由于母材1远离第一层堆焊层2的部分为铁素体钢和珠光体钢构成，使得母材1还具有韧性，进而避免了耐磨板在使用中的脆裂现象，一定程度上延长了其使用寿命。
具体完全退火工艺为：以加热速度20-50℃/min由室温升至830-880℃，保温2-5h后炉冷至室温。退火后的贝氏体韧性更高，有利于焊接，同时强度上升，可以在耐磨层消耗完之后，提供一定的抗磨损性能，增加耐磨板的使用寿命。
进一步优化方案，空淬贝氏体的质量分数为：C 0.23-0.33％，Mn 1.5-2.0％，Mo0.3-0.5％，Cr:1.3-2.0％其余为铁和总量小于0.5％的杂质。
进一步优化方案，第一层堆焊层2的质量分数为：Cr:30-40％；C：4.0-6.0％；Mo:0.03-0.04％；Mn：1.0-2.0％；少量Si；少量B；余量为铁。
进一步优化方案，第一层堆焊层2和第二层堆焊层3由含有铬铁粉、锰铁粉和硼铁粉的合金粉焊接而成，合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉＝94：3：3。
耐磨合金粉末是铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉中的一种或其中多种组合。其特征如下表所示：
表1合金粉的化学成分(wt.％)
耐磨层的化学成分不仅受合金粉所影响，也受焊接参数影响。
堆焊合金粉的比值为：铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉＝94：3：3，堆焊参数如下表所示：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
堆焊后试样碳化物含量为48％，表面硬度为55.4HRC，与传统堆焊板相比，抗磨损性能提高。
一种新型埋弧焊堆焊耐磨板的制作方法，基于一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，包括以下步骤：
S1、将母材1表面待焊接区域及邻近区域清理干净；
将母材1表面待焊接区域及邻近区域清理干净,例如将被焊区域及其邻近区域上的杂质、油污等清理干净。
S2、将清理干净的母材1完全退火处理；
将母材1完全退火处理，进而将空淬贝氏体钢的母材1转化成由铁素体钢和珠光体钢构成的母材1。
S3、将耐磨合金粉末铺设在母材1表面；
S4、对耐磨合金粉末进行埋弧堆焊焊接，形成第一层堆焊层2；
S5、重复S3-S4，形成第二层堆焊层3。
母材1的厚度为6mm，第一层堆焊层2和第二层堆焊层3的厚度和为10mm。
进一步优化方案，S2中，完全退火处理是将母材1以20-50℃/min的加热速度由室温升至830-880℃后，保温2-5h后炉冷至室温。
进一步优化方案，S4中，对焊接轨迹的起点、终点以及轨迹进行设计，焊枪由起点开始起弧，并在焊接轨迹上提前铺设耐磨合金粉末；在电弧产生的高温作用下将耐磨合金粉末和母材1一起熔化形成熔池，在熔池上方直接铺设焊剂，熔池冷却之后去除熔池上方的焊剂渣壳，形成第一层堆焊层2。
适量的焊剂可以确保电弧的热输入量，并且防止熔池冷却过程中成分的氧化，减少合金分中元素的烧损程度并起到缓冷、回火保温的作用。
本发明中焊丝优选为的LX-SJ101、焊剂优选为F5A4-H10Mn2。
在焊接过程中，焊枪轨迹执行机构夹持焊枪，并控制焊枪按所需轨迹移动。焊枪轨迹执行机构可采用关节机器手(其轴数为2轴至10轴或者更多轴数)或者坐标机械手或操作机(运动轴数量大于1，实现焊枪移动或摆动的工装)，实现焊枪的平动、摆动、转动及以上运动的复合运动。焊枪移动轨迹可为直线、圆弧、螺旋型或摆动型的轨迹。
进一步优化方案，焊接时，焊接电压为30-37V，焊接电流为350-440A，送粉速度为600-900g/min，焊速X方向为2200mm/min，焊速Y方向为200-260mm/min。
焊速Y方向为焊接方向，即熔池的移动方向，X方向与Y方向垂直，原点为堆焊板第一道焊缝的起始位置，焊接时，焊枪的移动轨迹为Z字形，逐行焊接。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于，改变了焊接参数，焊接参数如下表所示：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例1相比，堆焊层中碳含量增加，试样表面碳化物含量增加，组织细化，硬度提高，堆焊后试样碳化物含量为62％，表面硬度为57.2HRC，抗磨损性能提高
实施例3：本实施例与实施例2的区别仅在于，调整了焊接参数，具体参数如下表所示：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例2相比增加了C质量分数，试样表面碳化物含量下降，组织细化，硬度升高，堆焊后试样碳化物含量为57％，表面硬度为57.4HRC，抗磨损性能提高。
实施例4：本实施例与实施例3的区别仅在于，改变了焊接参数，焊接参数如下表所示：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例3相比增加了C、Cr的质量分数，试样表面碳化物含量增加，碳化物组织粗大，硬度升高，堆焊后试样碳化物含量为62.6％，表面硬度为56HRC，抗磨损性能降低。
实施例5：本实施例与实施例4的区别仅在于，改变了焊接参数，焊接参数如下表所示：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例4相比减少了C质量分数，试样表面碳化物含量下降，组织细化，硬度升高，堆焊后试样碳化物含量为57％，表面硬度为57.6HRC，抗磨损性能提高。
实施例6：本实施例与实施例5的区别仅在于，改变了焊接参数，焊接参数如下表所示：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例5相比，增加了C质量分数，试样表面碳化物含量增加，碳化物组织粗大，硬度升高，堆焊后试样碳化物含量为64.5％，表面硬度为54HRC，抗磨损性能降低。
实施例7：本实施例与实施例4的区别仅在于，第一层堆焊层2和第二层堆焊层3由含有铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉和少量钼粉的合金粉焊接而成，铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉：钼粉＝91:3:3:3，钼粉的化学成分为：
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例4相比增加了C、Cr的质量分数，试样表面碳化物含量降低，碳化物组织细化，硬度升高，堆焊后试样碳化物含量为58.5％，表面硬度为61HRC，抗磨损性能增加。
实施例8：本实施例与实施例7的区别仅在于，第一层堆焊层2和第二层堆焊层3由含有铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉和少量钼粉的合金粉焊接而成，铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉：钼粉＝88:3:3:6。
所对应的第一层堆焊层2的质量分数的具体数值为：
与实施例7相比增加了C、Cr的质量分数，试样表面碳化物含量降低，碳化物组织粗大，硬度降低，堆焊后试样碳化物含量为50.3％，表面硬度为60HRC，抗磨损性能降低。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：包括母材(1)，所述母材(1)上焊接有第一层堆焊层(2)，所述第一层堆焊层(2)顶部焊接有第二层堆焊层(3)，所述第一层堆焊层(2)和所述第二层堆焊层(3)结构完全相同，所述母材(1)为完全退火处理的空淬贝氏体钢，所述第一层堆焊层(2)焊接在所述母材(1)表面时，所述母材(1)表面形成贝氏体钢。
2.根据权利要求1所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：所述空淬贝氏体的质量分数为：C 0.23-0.33％，Mn 1.5-2.0％，Mo 0.3-0.5％，Cr:1.3-2.0％其余为铁和总量小于0.5％的杂质。
3.根据权利要求1所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：所述第一层堆焊层(2)的质量分数为：Cr:30-40％；C：4.0-6.0％；Mo:0.03-0.04％；Mn：1.0-2.0％；少量Si；少量B；余量为铁。
4.根据权利要求1所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：所述第一层堆焊层(2)和所述第二层堆焊层(3)由含有铬铁粉、锰铁粉和硼铁粉的合金粉焊接而成，所述合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉＝94：3：3。
5.根据权利要求1所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：所述第一层堆焊层(2)和所述第二层堆焊层(3)由含有铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉和少量钼粉的合金粉焊接而成，所述合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉：钼粉＝91:3:3:3。
6.根据权利要求1所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：所述第一层堆焊层(2)和所述第二层堆焊层(3)由含有铬铁粉、锰铁粉、硼铁粉和少量钼粉的合金粉焊接而成，所述合金粉的成分的质量比为铬铁粉：锰铁粉：硼铁粉：钼粉＝88:3:3:6。
7.一种新型埋弧焊堆焊耐磨板的制作方法，基于权利要求1-6任一所述的一种新型埋弧焊堆焊耐磨板，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将所述母材(1)表面待焊接区域及邻近区域清理干净；
S2、将清理干净的所述母材(1)完全退火处理；
S3、将耐磨合金粉末铺设在所述母材(1)表面；
S4、对耐磨合金粉末进行埋弧堆焊焊接，形成所述第一层堆焊层(2)；
S5、重复S3-S4，形成所述第二层堆焊层(3)。
8.根据权利要求7所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板的制作方法，其特征在于：所述S2中，所述完全退火处理是将所述母材(1)以20-50℃/min的加热速度由室温升至830-880℃后，保温2-5h后炉冷至室温。
9.根据权利要求7所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板的制作方法，其特征在于：所述S4中，对焊接轨迹的起点、终点以及轨迹进行设计，焊枪由起点开始起弧，并在焊接轨迹上提前铺设所述耐磨合金粉末；在电弧产生的高温作用下将所述耐磨合金粉末和所述母材(1)一起熔化形成熔池，在熔池上方直接铺设焊剂，熔池冷却之后去除熔池上方的焊剂渣壳，形成所述第一层堆焊层(2)。
10.根据权利要求9所述一种新型埋弧焊堆焊耐磨板的制作方法，其特征在于：焊接时，焊接电压为30-37V，焊接电流为350-450A，送粉速度为600-900g/min，焊速X方向为2200mm/min，焊速Y方向为200-260mm/min。
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