CN116967653A - 一种用于冷冲模堆焊的焊条及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于冷冲模堆焊的焊条，包括：焊芯和药皮，药皮均匀设置在焊芯的外周，药皮包括以下质量百分数的原料：高碳铬铁31～33％，碳化钨15～17％，钨粉9～11％，大理石7～8.5％，钒铁5～7％，钼铁4～5.5％，铌铁3～4.5％，金云母3～4％，锰硅合金2～4％，硅铁2～4％，碳化硼2～5％，萤石1～2.5％，高碳锰铁1～2.5％，石墨0.5～1.2％,钛铁1～2.5％。本发明的焊条抗气孔性能高，焊接后的焊缝硬度强，表皮光滑、压涂性好、具有较强的硬度，以及较好的耐磨性和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种用于冷冲模堆焊的焊条及制作方法。
背景技术
模具是工业生产的基础工艺装配，广泛应用于机械、汽车、电子通讯、家电等行业，其中80％以上的产品零件均通过模具生产而成，而冷冲模具在所有模具中所占比重最大，占整个模具市场的60％以上，因此对冷冲模具使用过程中的修复非常值得研究。冷冲模具全称为冷冲压模具，多为安装在压力机上的，对放置在内的板料在室温下施加变形力，使其产生变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的特殊专用工具。根据工艺性质可分为冲裁模、拉伸模、弯曲模、成形模等，根据工序组合程度可分为单工序模、复合模以及连续模。冲压模具工作要承受冲击、振、摩擦、高压拉伸、弯扭等负荷甚至较高温度工作(冷挤压),工作条件复杂易发磨损、疲劳、断裂、变形等现象模具工作零件材料要求比普通零件高,要求其性能具有：1.具有高耐磨性硬度，保证冲裁工作顺利。2.要求模具工作零件高强度硬度、高耐磨性避免冲击折断。3.一定的强度和韧性。所以冷冲模具修复用冷冲模堆焊焊条也需要有同样的特点，但是目前的焊条不具备相应的性能。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种用于冷冲模堆焊的焊条及制作方法，以改善现有技术中焊条熔覆金属不耐磨、硬度低、强度小、韧性不足的技术问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种用于冷冲模堆焊的焊条，包括：焊芯和药皮，药皮均匀设置在焊芯的外周，药皮包括以下质量百分数的原料：
高碳铬铁31～33％，碳化钨15～17％，钨粉9～11％，大理石7～8.5％，钒铁5～7％，钼铁4～5.5％，铌铁3～4.5％，金云母3～4％，锰硅合金2～4％，硅铁2～4％，碳化硼2～5％，萤石1～2.5％，高碳锰铁1～2.5％，石墨0.5～1.2％,钛铁1～2.5％。
于本发明一示例中，高碳铬铁中铬元素的含量为60～68wt％；碳化钨中钨的含量大于等于96wt％；钨粉中钨含量大于等于99wt％；大理石中碳酸钙含量大于等于96wt％；钒铁中钒含量为50～55wt％；钼铁中钼含量为55～60wt％；铌铁中铌含量为50～60wt％；锰硅合金中锰含量为62～67wt％，硅含量为20～23wt％；硅铁中硅含量为42～48wt％；高碳锰铁中锰含量为65～75wt％。
于本发明一示例中，药皮中石墨的粒度目数为80～120目。
于本发明一示例中，药皮中除石墨外的原料的粒度目数为40～80目。
于本发明一示例中，焊芯的直径范围为2.5～4.0mm，焊芯为H08钢芯。
于本发明一示例中，提供一种如上述中任一项的焊条的制作方法，包括：
配置药皮；
向药皮中加入粘结剂，搅拌均匀形成药皮混合物；
将药皮混合物压涂在焊芯表面，烘干，得到焊条。
于本发明一示例中，粘结剂为水玻璃粘结剂，粘结剂的质量为药皮混合物总质量的20～23％。
于本发明一示例中，药皮混合物干燥后的重量占焊条总重量的45～50％。
于本发明一示例中，药皮混合物向焊芯压涂的压力为8～12MPa。
于本发明一示例中，药皮混合物烘干的温度为350～380℃，药皮混合物烘干的时间为1～2h。
本发明提供一种用于冷冲模堆焊的焊条及制作方法，在药皮中添加大理石从而在电弧温度下起造渣、造气功能，可以提高焊条的抗气孔性能；添加高碳锰铁、高碳铬铁、钒铁、钼铁、碳化钨、钨粉和石墨以向焊缝渗入合金，其中铬元素、钼元素、钨元素、碳元素可以提高焊缝硬度，钼元素和钒元素可以细化熔敷金属的组织，提高焊缝的韧性。本发明制备的冷冲模堆焊焊条表皮光滑、压涂性好、具有较强的硬度，以及较好的耐磨性和韧性。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明一实施例中焊条制作方法的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，本发明提供一种用于冷冲模堆焊的焊条及制作方法，在药皮中添加大理石从而在电弧温度下起造渣、造气功能，可以提高焊条的抗气孔性能；在药皮中添加高碳锰铁、高碳铬铁、钒铁、钼铁、碳化钨、钨粉和石墨以向焊缝渗入合金，其中铬元素、钼元素、钨元素、碳元素可以提高焊缝硬度，钼元素和钒元素可以细化熔敷金属的组织，提高焊缝的韧性。本发明的焊条表皮光滑、压涂性好、具有较强的硬度，以及较好的耐磨性和韧性，能够有效改善现有技术中焊条焊接修复区域不耐磨、硬度低、强度小、韧性不足的技术问题。
该用于冷冲模堆焊的焊条，包括：焊芯和药皮，药皮均匀设置在焊芯的外周，药皮包括以下质量百分数的原料：高碳铬铁31～33％，碳化钨15～17％，钨粉9～11％，大理石7～8.5％，钒铁5～7％，钼铁4～5.5％，铌铁3～4.5％，金云母3～4％，锰硅合金2～4％，硅铁2～4％，碳化硼2～5％，萤石1～2.5％，高碳锰铁1～2.5％，石墨0.5～1.2％,钛铁1～2.5％。
其中，药皮各组分的质量百分比和作用详述如下：
高碳铬铁：高碳铬铁中铬元素的含量为60～68wt％，高碳铬铁的主要作用是渗合金，加入一定量的高碳铬铁可以提高焊缝硬度。药皮中高碳铬铁的重量占比为31～33％，例如高碳铬铁的重量占比可以为31％、32％或33％等上述占比范围内的任一数值。
碳化钨：钨的含量大于等于96wt％，碳化钨的主要作用是渗合金，钨可以增加回火稳定性、红硬性、热强性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性，还可以降低钢的过热敏感性、增加淬透性、提高硬度和切削性。药皮中碳化钨的重量占比为15～17％，例如碳化钨的重量占比可以为15％、15.5％或17％等上述占比范围内的任一数值。
大理石：大理石中碳酸钙含量大于等于96wt％，大理石主要起造气、造渣的作用，在焊接过程中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳气体，产生的二氧化碳可以使熔池始终处于惰性气体保护中。药皮中大理石的重量占比为7～8.5％，例如大理石的重量占比可以为7％、7.5％或8.5％等上述占比范围内的任一数值。
萤石：萤石中氟化钙含量大于等于95％，萤石主要起造渣的作用，在焊接过程中钙元素能起到脱氧、脱硫的作用，氟元素能起到除氢作用，因此萤石可以起到净化熔敷金属的作用。药皮中萤石的重量占比为1～2.5％，例如萤石的重量占比可以为1％、2％或2.5％等上述占比范围内的任一数值。
石墨：石墨的主要作用为向熔敷金属中过渡碳元素，从而提高熔敷金属的硬度。石墨同时还可以起到脱氧、改善压涂性的作用，但是石墨的添加量过多会增加飞溅。药皮中石墨的重量占比为0.5～1.2％，比如石墨的重量占比可以为0.5％、0.8％或者1.2％等上述占比范围内的任一数值。
高碳锰铁：高碳锰铁中锰元素的含量为65～75wt％，高碳锰铁主要用作脱氧剂、渗合金及脱硫剂，高碳锰铁量过多会增加飞溅。药皮中高碳锰铁的重量占比为1～2.5％，例如高碳锰铁的重量占比可以是1％、1.5％或2.5％等上述占比范围内的任一数值。
硅铁：硅铁中硅元素的含量为42～48wt％，硅铁主要用作脱氧剂、渗合金，硅铁量过多会增加飞溅，降低韧性。药皮中硅铁的重量占比为2～4％，例如硅铁的重量占比可以是2％、2.5％或4％等上述占比范围内的任一数值。
钛铁：钛铁主要用作脱氧剂，钛铁量过多会增加飞溅。药皮中钛铁的重量占比为1～2.5％，例如钛铁的重量占比可以是1％、1.5％或2.5％等上述占比范围内的任一数值。
钼铁：钼铁中钼元素含量为55～60wt％，钼铁的主要作用为向熔敷金属中过渡合金元素，钼可以提高焊缝金属的硬化性能，同时还可以提高焊缝金属的耐腐蚀性，细化晶粒，提高钢的淬透性。药皮中钼铁的重量占比为4～5.5％，例如钛铁的重量占比可以是4％、5％或5.5％等上述占比范围内的任一数值。
钒铁：钒铁中钒元素的含量为50～55wt％，钒铁的主要用是渗合金，钒可以提高焊缝的耐磨性，还可以细化晶粒的作用，能提高钢的冲击韧性，但是钒过量后会使耐磨性下降。药皮中钒铁的重量占比为5～7％，例如钒铁的重量占比可以为5％、6％或7％等上述占比范围内的任一数值。
铌铁：铌铁中铌元素的含量为50～60wt％，铌铁的主要作用为向熔敷金属中过渡合金元素，使焊缝熔敷金属具备某些特殊性能。药皮中铌铁的重量占比为3～4.5％，例如铌铁的重量占比可以是3％、4％或4.5％等上述占比范围内的任一数值。
钨粉：钨粉中钨含量大于等于99wt％，钨粉的主要用是渗合金，钨可以增加回火稳定性、红硬性、热强性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性，还可以降低钢的过热敏感性、增加淬透性、提高硬度和切削性。药皮中钨粉的重量占比为9～11％，例如钼粉的重量占比可以为9％、9.5％或11％等上述占比范围内的任一数值。
金云母：金云母中二氧化硅含量为42～55wt％，金云母的主要作用是提高涂料塑性、流动性、和滑性，改善涂料压涂性能，提高焊条压涂质量、减少焊条偏心度。药皮中金云母的重量占比为3～4％，例如金云母的重量占比可以为3％、3.8％或4％等上述占比范围内的任一数值。
锰硅合金：锰硅合金中锰元素的含量为62～67wt％，硅元素的含量为20～23％，锰硅合金的主要作用是脱氧剂，提高焊缝金属的性能，降低焊缝金属中的含氧量。药皮中锰硅合金的重量占比为2～4％，例如锰硅合金的重量占比可以为2％、3％或4％等上述占比范围内的任一数值。
碳化硼：碳化硼含量为大于等于96wt％，碳化硼主要作为稳弧剂，在焊接过程中使电弧保持稳定燃烧，使电弧集中并具有一定的刚度。药皮中碳化硼的重量占比为2～5％，例如碳化硼的重量占比可以为2％、3.2％或5％等上述占比范围内的任一数值。
于本发明一实施例中，药皮中石墨的粒度目数为80～120目。药皮中石墨的粒度目数可以为80～120目中的任意值，例如：药皮中石墨的粒度目数为80目、99目或120目。药皮中除石墨外的原料的粒度目数为40～80目。药皮中除石墨外的原料的粒度目数可以为40～80目中的任意值，例如：药皮中除石墨外的原料的粒度目数为40目、66目或80目。目粒度是指原料颗粒的尺寸，目数越大，表示颗粒越细。
于本发明一实施例中，焊芯的直径范围为2.5～4.0mm。焊芯的直径可以为2.5～4.0mm中的任意值，例如：焊芯的直径为2.5mm、3.3mm或4.0mm。焊芯为H08钢芯。
于本发明一实施例中，还提供一种如上述任一项所述的焊条的制作方法，包括：
步骤S1，配置药皮。具体为，以高碳铬铁31～33％，碳化钨15～17％，钨粉9～11％，大理石7～8.5％，钒铁5～7％，钼铁4～5.5％，铌铁3～4.5％，金云母3～4％，锰硅合金2～4％，硅铁2～4％，碳化硼2～5％，萤石1～2.5％，高碳锰铁1～2.5％，石墨0.5～1.2％,钛铁1～2.5％的质量比例混合配置药皮。
步骤S2，向药皮中加入粘结剂，搅拌均匀形成药皮混合物。粘结剂为水玻璃粘结剂，水玻璃粘结剂的模数为水玻璃粘结剂中氧化纳和二氧化硅的比值，水玻璃粘结剂的模数为2.8～3.1例如粘结剂的模数为2.8、3或3.1，粘结剂的质量为药皮混合物总质量的20～23％。
步骤S3，将药皮混合物压涂在焊芯表面，烘干，得到焊条。药皮混合物干燥后的重量占焊条总重量的45～50％。药皮混合物的烘干温度为350～380℃。药皮混合物烘干的时间为1～2h。药皮混合物向焊芯压涂的压力为8～12Mpa。
于本发明一实施例中，粘结剂的质量可以为药皮总质量的20～23％中的任意值，例如：粘结剂的质量可以为药皮总质量的20％、22.5％或23％。药皮混合物干燥后的重量可以占焊条总重量的45～50％中的任意值，例如：药皮混合物干燥后的重量占焊条总重量的45％、48.7％或50％。药皮混合物的烘干温度可以为350～380℃中的任意值，例如：药皮混合物的烘干温度为350℃、366.9℃或380℃。药皮混合物烘干的时间为1～2h中任意值，例如药皮混合物烘干的时间为1h、1.35h或2h。药皮混合物向焊芯压涂的压力为8～12Mpa中的任意值，例如8Mpa、9Mpa或12Mpa.
下面通过一些具体的实施例对本发明进行详述。以下实施例中所使用的药品均可通过一般的商业手段获得。
实施例1：
本实施例的冷冲模堆焊焊条包括焊芯和药皮，其中，所述药皮包括以下组分及各组分的重量份数分别为：高碳铬铁31％份，碳化钨15％份，钨粉11％份，大理石8％份，钒铁6％份，钼铁4％份，铌铁4％份，金云母3％份，锰硅合金4％份，硅铁3％份，碳化硼4％份，萤石2％份，高碳锰铁2％份，石墨1％份,钛铁2％份。
制备时选用直径为2.5mm的H08A焊芯，向上述药皮中添加干粉混合物总质量23％的水玻璃粘结剂，搅拌混合均匀形成药皮混合物，将药皮混合物以8MPa压涂在焊芯表面，350℃烘干1h得到冷冲模堆焊焊条，药皮混合物干燥后的质量占冷冲模堆焊焊条总质量的45％。
实施例2：
本实施例的冷冲模堆焊焊条包括焊芯和药皮，其中，所述药皮包括以下组分及各组分的重量份数分别为：高碳铬铁33％份，碳化钨17％份，钨粉9％份，大理石7％份，钒铁7％份，钼铁5％份，铌铁3％份，金云母3.5％份，锰硅合金3％份，硅铁4％份，碳化硼5％份，萤石1％份，高碳锰铁1％份，石墨0.5％份,钛铁1％份。
制备时选用直径为3.2mm的H08A焊芯，向上述药皮中添加干粉混合物总质量22％的水玻璃粘结剂，搅拌混合均匀形成药皮混合物，将药皮混合物以12MPa压涂在焊芯表面，360℃烘干1.5h得到冷冲模堆焊焊条，药皮混合物干燥后的质量占冷冲模堆焊焊条总质量的47％。
实施例3：
本实施例的冷冲模堆焊焊条包括焊芯和药皮，其中，所述药皮包括以下组分及各组分的重量份数分别为：高碳铬铁32％份，碳化钨16％份，钨粉10％份，大理石8.5％份，钒铁5％份，钼铁5.5％份，铌铁4.5％份，金云母4％份，锰硅合金2％份，硅铁2％份，碳化硼2％份，萤石2.5％份，高碳锰铁2.5％份，石墨1.2％份，钛铁2.5％份。
制备时选用直径为4mm的H08A焊芯，向上述药皮中添加干粉混合物总质量20％的水玻璃粘结剂，搅拌混合均匀形成药皮混合物，将药皮混合物以10MPa压涂在焊芯表面，380℃烘干2h得到冷冲模堆焊焊条，药皮混合物干燥后的质量占冷冲模堆焊焊条总质量的50％。
按相关标准规范对上述实施例1、实施例2、实施例3提供的焊条进行各项焊接试验，熔敷金属化学成分如下表1，硬度测试如下表2：
表1熔敷金属化学成分
表2焊接性能三点硬度测试
实施例1至3试验结果表明，本发明冷冲模堆焊焊条焊接工艺性良好，且具有良好的硬度、耐磨性和抗裂性，熔敷金属HRC硬度均匀、稳定。
本发明一种用于冷冲模堆焊的焊条及制作方法，在药皮中添加大理石在电弧温度下起造渣、造气功能，可以提高焊条的抗气孔性能；添加高碳锰铁、高碳铬铁、钒铁、钼铁、钛铁、钨粉和石墨向焊缝渗合金，其中铬元素、钼元素、钨元素、碳元素可以提高焊缝硬度，钼元素和钒元素可以细化熔敷金属的组织，提高焊缝的韧性。本发明制备的冷冲模堆焊焊条表皮光滑、压涂性好、具有较强的淬透性和淬硬性，以及较好的耐磨性和尺寸稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于冷冲模堆焊的焊条，其特征在于，包括：
焊芯和药皮，所述药皮均匀设置在所述焊芯的外周，所述药皮包括以下质量百分数的原料：
高碳铬铁31～33％，碳化钨15～17％，钨粉9～11％，大理石7～8.5％，钒铁5～7％，钼铁4～5.5％，铌铁3～4.5％，金云母3～4％，锰硅合金2～4％，硅铁2～4％，碳化硼2～5％，萤石1～2.5％，高碳锰铁1～2.5％，石墨0.5～1.2％,钛铁1～2.5％。
2.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述高碳铬铁中铬元素的含量为60～68wt％；所述碳化钨中钨的含量大于等于96wt％；所述钨粉中钨含量大于等于99wt％；所述大理石中碳酸钙含量大于等于96wt％；所述钒铁中钒含量为50～55wt％；所述钼铁中钼含量为55～60wt％；所述铌铁中铌含量为50～60wt％；所述锰硅合金中锰含量为62～67wt％，硅含量为20～23wt％；所述硅铁中硅含量为42～48wt％；所述高碳锰铁中锰含量为65～75wt％。
3.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述药皮中所述石墨的粒度目数为80～120目。
4.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述药皮中除所述石墨外的所述原料的粒度目数为40～80目。
5.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述焊芯的直径范围为2.5～4.0mm，所述焊芯为H08钢芯。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的焊条的制作方法，其特征在于，包括：
配置药皮；
向所述药皮中加入粘结剂，搅拌均匀形成药皮混合物；
将所述药皮混合物压涂在焊芯表面，烘干，得到所述焊条。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述粘结剂为水玻璃粘结剂，所述粘结剂的质量为所述药皮混合物总质量的20～23％。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述药皮混合物干燥后的重量占所述焊条总重量的45～50％。
9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述药皮混合物向所述焊芯压涂的压力为8～12MPa。
10.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述药皮混合物烘干的温度为350～380℃，所述药皮混合物烘干的时间为1～2h。
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