CN1212216C - 一种堆焊药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种堆焊用药芯焊丝。焊丝外皮由08钢带或其他低碳钢制成管状，焊丝管内填装合金粉。按重量百分比，其合金成分配比为：C：0.8～0.9wt%，Mo：0.1～0.5wt%，V：0.1～0.7wt%，Nb：0.5～2wt%，Cr：0.1～0.6wt%，Ti：0.1～0.3wt%，Ni：0.5～1.8wt%，Mn：0.5～1.5wt%，Si：1～2wt%，Re：0.001～0.1wt%，Re为混合稀土，可以是Y：0～0.1wt%，Yb：0～0.05wt%，La：0～0.05wt%，余量为Fe。本发明提供的药芯焊丝可采用埋弧焊和气体保护焊方法堆焊。堆焊金属硬度高，抗裂性好，适用面广，成本低。可用于辊材、冷冲压模具、冷剪刃、齿轮、凸轮、刀具、轴类等承受金属间磨损零的部件的堆焊。
Description
所属领域
本发明涉及一种焊丝。主要应用于以工作辊、模具、剪刃等常温下工作的冲压成型部件及齿轮、轴类的堆焊制造和修复。也适热成型部件的堆焊制造和修复。
背景技术
本发明是哈尔滨焊接研究所一项发明专利“一种粘着磨损用堆焊药芯焊丝”(专利申请号为：02132431.X)的再创造。
工业技术的进步使得现代化生产对机器零部件使用寿命要求越来越高，研究机械产品的表面耐磨保护和表面强化技术，提高零部件的使用寿命，对工业企业提高生产效率，保证产品质量，降低生产成本具有重要经济意义。
据统计，世界能源约有一半是以不同形式消耗在克服机械零件对偶表面相互作用的摩擦上，摩擦磨损是导致机械设备失效的主要原因之一。在工业发达国家，国民经济总产值中约有一半是用于更换磨损和类似情况而造成的废品。
70年代末，美国国家材料政策委员会曾向美国国会提出一份研究报告，该报告指出，由于磨擦磨损引起的损失，使美国每年支付1000亿美元的巨额资金，这项损失中的材料部分约为200亿美元。进入90年代以后，美国工业产生因磨损和腐蚀破坏每年造成的经济损失仍高达上千亿美元，约占国民经济总产值的2～4％，德国每年也要为此支付约100亿马克。
我国在70年代曾对机械行业十二个部门进行了磨损情况调查，结果表明，同国外同类产品相比，我国生产的设备部件寿命短、可靠性差、抗磨损性能低。其中，汽车、拖拉机的用钢量在新产品的消耗与维修配件的消耗几乎相等。近年来，我国工业技术发展迅猛，因磨损所造成的经济损失尚没有确切的统计数字，但仅据冶金、电力、采矿、农机等部门的不完全统计，每年备件因磨损消耗钢材在200万吨以上，加上能源消耗、零部件更换停工造成的经济损失也高达数百亿元人民币。
正因为上述原因，世界各国都在积极开展表面工程技术的研究与应用，以解决金属零部件的磨损失效问题，提高其耐磨使用寿命
金属间磨损是指金属零部件之间相互接触并产生滑动而造成的磨损。通常还伴有接触疲劳、冲击、氧化磨损、扩散等现象发生，有时还伴有磨料磨损，是金属零部件的重要磨损失效形式之一。对零部件使用寿命、可靠性有重要影响。如：冶金行业的钢板轧制，汽车工业的冲压生产，部件的磨损失效形式主要是粘着磨损。又如：航空发动机零件的30％，柴油机零件的65％也都主要承粘着磨损。此外，齿轮、凸轮、蜗轮、刀具、模具、量具等的磨损也均与粘着磨损有关。本发明提供的堆焊药芯焊丝，主要针对承受常温金属间磨损，利用药芯焊丝埋弧焊或气体保护焊技术解决这些部件的磨损失效问题，提高其使用寿命和重复利用率。
采用堆焊技术制造和修复金属零部件是重工业生产提高金属工件耐磨性的重要技术手段。由于重工业生产设备、部件体积大，对工作层厚度要求高，工件失效后的受损面积大(如冶金工业的轧辊、汽车工业的冲压模具等)，适于进行表面堆焊制造和修复，并且再失效的工作层可重新堆焊修复使用，可大大降低部件制造成本。
采用药芯焊丝进行堆焊的主要优势在于可实现合金含量高、塑性差、难以通过冶金拉拔制成实芯焊丝的堆焊材料制成自动化生产用焊丝，提高生产效率。此外，还可通过药芯的成分调整，实现有利用焊接冶金的熔滴过渡形式，提高熔敷金属性能和堆焊质量。另外，对于所含合金种类多、批号多的焊丝生产还具有配方调制成本低、效率高、灵活方便的特点。
02132431.X发明专利具有以下一些特点：
(1)堆焊金属硬度高，可达HRC60；
(2)抗金属间磨损性能好，与9Cr2Mo钢的淬火状态相当；
(3)抗裂性极佳，与堆焊过56吨的大型热轧辊不裂的堆焊材料(硬度为HRC48～52)抗裂性相当。该发明专利的不足之处在于其药芯焊丝合金元素含量较高，尤其该焊丝的Cr含量的重量百分比达7～16wt％，W含量的重量百分比为3～9wt％，因此，其制造成本也相对较高。不适宜对性能和成本要求都相对较低的市场需求。本发明主要针对这部分市场需求而开发研制的药芯焊丝。
技术方案
本发明一种堆焊药芯焊丝，其特征在于：焊丝外皮由08钢带或其他低碳钢制成管状，焊丝管内填装合金粉；焊丝的粉芯中各种粉料的重量配比为：C：0.8～0.9wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.1～0.7wt％，Nb：0.5～2wt％，Cr：0.1～0.6wt％，Ti：0.1～0.3wt％，Ni：0.5～1.8wt％，Mn：0.5～1.5wt％，Si：1～2wt％，Re：0.001～0.1wt％，Re为混合稀土，可以是Y：0～0.1wt％，Yb：0～0.05wt％，La：0～0.05wt％，余量为Fe。粉芯占焊丝的重量百分比为15～50wt％。
本发明的主要技术特点在于药芯焊丝具有高的碳含量和多种类合金元素的低含量，在配合微量稀土元素的共同作用下，使堆焊金属具有高硬度、高抗裂性和耐磨性，并达到降低成本的目的。
由于裂纹往往是金属零部件发生突然断裂的重要起因，会给工业生产带来巨大的安全隐患。因此，用于金属间磨损的堆焊材料具有高抗裂性能尤为重要。本发明提供的药芯焊丝更重要的性能特点在于其堆焊金属具有高抗裂性。
C是马氏体形成元素，是提高堆焊金属硬度的主要元素。通常情况下，过高的C含量会造成C的偏析，使堆焊金属脆化，在焊接应力的作用下易产生裂纹。但当加入少量多种类强碳化物形成元素Mo，V，Nb，Cr，Ti时，这些元素会在堆焊金属中首先与C作用，形成不溶于奥氏体的碳化物，吸收奥氏体中的C含量，使奥氏体中的C含量降低，在堆焊金属冷却后，可获得硬度高、综合性能较好、含C量相对较低的马氏体组织。当强碳化物形成元素Mo，V，Nb，Cr，Ti配比合适并有稀土元素作用时，还会形成弥散分布的碳化物，在增加液态金属的形核质点，细化晶粒，提高堆焊金属的韧性方面具有积极作用，达到抗裂性高的效果，同时还会提到堆焊金属的耐磨性。本发明通过大量试验获得的药芯焊丝，以上各元素的重量百分比含量分别为：C：0.8～0.9wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.1～0.7wt％，Nb：0.5～2wt％，Cr：0.1～0.6wt％，Ti：0.1～0.3wt％。以上加入的各元素，可以是单质，也可以是化合物。
Ni，Mn，Si为非碳化物形成元素，主要与Fe形成固溶体，对堆焊金属性能的影响主要在于固溶强化，增加堆焊金属的淬透性。此外，药芯焊丝中加入适量的Mn，Si还具有脱氧作用，Mn在堆焊金属中还具有脱硫的作用。其反应式为：
本发明提供的药芯焊丝的Ni，Mn，Si按重量百分比分含量分别为：Ni：0.5～1.8wt％，Mn：0.5～1.5wt％，Si：1～2wt％。加入的Ni，Mn，Si可以是单质，也可以是化合物。
稀土是强还原性元素，在电弧过渡过程中具有保护和净化熔滴的作用。另外，稀土在熔池中还具有脱O、脱S和变质作用，减少堆焊金属中的夹杂物含量，钇基稀土在焊接过程中还具有去H的作用。本发明提供的药芯焊丝具有高抗裂性的重要原因是药芯中含有适量的稀土元素，稀土含量为Re：0.001～0.1wt％，Re为混合稀土，可以是Y：0～0.1wt％，Yb：0～0.05wt％，La：0～0.05wt％。在混合稀土中不可避免地含有微量的Al，Ca，Mg等元素，所含Al，Ca，Mg之和不超过焊丝总重量的0.03％wt％。
附图说明
图1堆焊工艺参数表；
图2为直Y坡口对接接头刚性拘束裂纹试验图；
图3堆焊焊道次序和数量图；
实施例
本发明采用埋弧焊方法对发明的药芯焊丝与YS-16药芯焊丝进行了抗裂性对比试验，试验采用直Y坡口非标准对接接头刚性拘束裂纹试验法，如图1、2所示。
堆焊试板的材质为Q235钢，试板的所有连接角焊缝均用J507焊条焊两层，在拘束坡口内堆焊8道被测堆焊金属，将坡口填满。堆焊的层间温度为100℃，焊后空冷至室温，表面进行着色探伤。堆焊工艺参数见表1所示。
试验结果为，本发明提供的堆焊药芯焊丝无裂纹产生，而堆焊药YS-16芯焊丝在最后一层焊道的收弧处有一处微裂纹。
本发明提供的药芯焊丝采用埋弧焊方法获得的堆焊金属主要性能指标为：
(1).药芯焊丝堆焊金属硬度值≥HRC57；
(2).抗裂性优于哈尔滨焊接研究所研制的YS-16药芯焊丝，YS-16是热轧工作辊堆焊制造用药芯焊丝，其堆焊金属硬度值为HRC50～52，该焊丝已稳定应用于生产，抗裂性优良，成功地堆焊56T大型热轧工作辊无裂，综合技术指标达到国际先进水平。
Claims (2)
1.一种堆焊药芯焊丝，其特征在于：焊丝外皮由08钢带或其他低碳钢制成管状，焊丝管内填装合金粉；焊丝的粉芯中各种粉料的重量配比为：C：0.8～0.9wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.1～0.7wt％，Nb：0.5～2wt％，Cr：0.1～0.6wt％，Ti：0.1～0.3wt％，Ni：0.5～1.8wt％，Mn：0.5～1.5wt％，Si：1～2wt％，Re：0.001～0.1wt％，余量为Fe，粉芯占焊丝的重量百分比为15～50wt％。
2.如权利要求1所述的一种堆焊药芯焊丝，其特征在于：所述的Re为混合稀土，是Y：0～0.1wt％，Yb：0～0.05wt％，La：0～0.05wt％。
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