一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按質量百分數為：85～92％的高碳鉻鐵、2～5％的錳粉、1～2％的鋁鎂合金、0.5～1.5％的硅鐵、1～3％的石墨、0.5～2％的硼鐵、0.5～1.5％的氟硅酸鈉。藥芯在空心焊絲內的填充率為58～65％。本發明提供的焊絲，成本低廉，硬度高，耐磨性好，且多層焊無需清渣，氣孔敏感性極小。
【專利說明】一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料加工工程中的焊接領域，具體地涉及一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲。
【背景技術】
[0002]高鉻鑄鐵組織內部存在高硬度的碳化物，提供了優良的耐磨性，加之成本低廉，因此在礦山、機械。水泥和冶金等領域獲得廣泛應用。具體說來，高鉻鑄鐵結構分為亞共晶、共晶和過共晶三種。其中過共晶組織中含有大量孤立高硬度的初生碳化物，耐低應力磨損能力更加突出。傳統的高鉻鑄鐵一股采用鑄造方法制造，但是使用該法只能獲得含碳、鉻量相對較低的亞共晶或共晶組織。如果繼續增加碳、鉻含量，試圖形成過共晶組織時，鑄件中會不可避免產生疏松、縮孔、熱裂紋等缺陷。
[0003]采用先進堆焊技術，可以彌補鑄造方法無法獲得過共晶的缺憾，獲得無缺陷的過共晶聞絡鑄鐵堆焊合金，其藥芯中添加聞碳絡鐵，以保證焊后組織中含有更聞的碳、絡含量，從而使得高鉻鑄鐵堆焊合金具有更佳的耐磨性能。如北京工業大學發明了《高抗裂耐磨高鉻鑄鐵型堆焊藥芯焊絲》(200510127968.1)，其高碳鉻鐵添加量40?60%，其硬度范圍HRC56?60 ;天津大橋發明了《一種高鉻鑄鐵明弧堆焊藥芯焊絲及其制備》(專利號201110446957.5)，其高碳鉻鐵添加量40?60%，其硬度范圍HRC60?61。可見，添加高比例的高碳鉻鐵組分，是獲得高碳高鉻化學成分，進而形成含有更多初生碳化物的組織，從而具備更高耐磨性的關鍵。通過分析國內外已有的相關專利發現，目前尚無關于藥芯中高碳鉻鐵添加量超過80%的堆焊藥芯焊絲的報道。其原因是自保護藥芯焊絲的研制難度較大，往往需要有較多的造渣造氣劑實現自保護效果，使得藥芯空間受限。
【發明內容】
[0004]發明目的:為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲。
[0005]技術內容:為實現上述技術目的，本發明提出一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，所述的藥芯包含如下質量百分數的組分:85?92%的高碳鉻鐵；2?5%的錳粉；1?2%的鋁鎂合金；0.5?1.5%的硅鐵；1?3%的石墨；0.5?2%的硼鐵；0.5?1.5%的氟硅酸鈉，藥芯占焊絲總重量的比例為58?65%。
[0006]優選地，所述的高鉻鑄鐵含碳量為9?IOwt %，含鉻量為60?70wt%，其余為鐵；所述的鋁鎂合金含鋁量為47?53wt%，其余為鎂；所述的硅鐵含硅量為72?80wt%，其余為鐵；所述的硼鐵含硼量為19?25wt%,其余為鐵。
[0007]所述藥芯的所有組分的粒徑大于或等于80目。
[0008]優選地，所述低碳鋼帶為H08A碳鋼鋼帶。
[0009]所述低碳鋼帶的厚度X寬度為:0.3 X 16mm或0.4X 18mm或0.5 X 21mm。[0010]所述焊絲的直徑為2.40mm、2.60mm、2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm 和 4.10mm 中
的任意一種。
[0011]上述低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲的制備方法，包括如下步驟:
[0012](I)利用成型軋輥將低碳鋼鋼帶軋成U形，然后通過送粉裝置將本發明的藥芯材料按本發明焊絲總重的58?65%加入到U形槽中；
[0013](2)將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達到2.40?4.10mm，得到最終產品。
[0014]在上述藥芯中各組分主要作用如下:
[0015]高碳鉻鐵:其成分為:向堆焊金屬中過渡合金元素Cr，并提供C元素，以在焊接過程中形成碳化物耐磨硬質相。
[0016]錳粉:在焊接過程中脫氧脫硫，部分錳受熱形成錳蒸汽降低周圍氮分壓和氧分壓；向焊縫金屬中過渡合金元素，提高堆焊金屬的強度和硬度。
[0017]鋁鎂合金:脫氧、固氮。
[0018]硅鐵:脫氧，降低熔滴表面張力，并改善熔池流動性。
[0019]石墨:脫氧，向熔池中提供C元素。
[0020]硼鐵:降低熔滴表面張力，改善熔池流動性和焊縫成形。并且有利于形成硼碳硬質相，進一步提高硬質相的體積分數和堆焊金屬的硬度。
[0021]氟硅酸鈉:穩定電弧，改善熔池流動性。
[0022]有益效果:與現有技術相比，本發明具有如下技術效果:
[0023]1、實現了高碳鉻鐵添加量超過80wt%，其范圍為85?90wt%。通過錳粉、鋁鎂合金、硅鐵、石墨、硼鐵、氟硅酸鈉的合理調配，成功解決了焊絲的自保護問題，避免了氣孔等缺陷的發生。
[0024]2、由于高碳鉻鐵添加量的進一步提高，堆焊組織中生成更多的初生碳化物，從而進一步提高堆焊合金的硬度(63?67HRC)。
[0025]3、由于聞碳絡鐵的添加量的提聞，使得藥芯焊絲填充率隨之有所提聞(58?65% )，提高了材料的利用率。
[0026]4、由于高碳鉻鐵價格便宜，且藥芯中未加任何貴重元素，自保護堆焊藥芯焊絲的制造成本大大降低。
【具體實施方式】
[0027]根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，實施例所描述的具體的藥芯組分配比、工藝條件及其結果僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。
[0028]實施例1
[0029]藥芯成分按以下質量進行配制:85g的高碳鉻鐵、5g的錳粉、2g的鋁鎂合金、1.5g硅鐵、3g的石墨、2g的硼鐵、1.5g的氟硅酸鈉。共IOOg粉末。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機內，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U形的16X0.3_的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為58%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為 4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm 的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40~4.1Omm的焊絲產品。焊接電流為280~400A，焊接電壓為28~36V，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
[0030]實施例2
[0031]藥芯成分按以下質量進行配制:91g的高碳鉻鐵、2g的錳粉、1.5g的鋁鎂合金、
0.5g硅鐵、2.5g的石墨、1.5g的硼鐵、Ig的氟硅酸鈉。共100g粉末。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機內，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U形的16X0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為62 %。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為 4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm 的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40~4.1Omm的焊絲產品。焊接電流為280~400A，焊接電壓為28~36V，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表
[0032]實施例3
[0033]藥芯成分按以下質量進行配制:92g的高碳鉻鐵、4g的錳粉、Ig的鋁鎂合金、Ig硅鐵、Ig的石墨、0.5g的硼鐵、0.5g的氟硅酸鈉。共100g粉末。所取的粉末均通過80目的篩子。將所取各種粉末置入混粉機內，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U形的16X0.3_的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為65%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其分別通過直徑為 4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85mm、2.60mm、2.40mm 的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.40~4.1Omm的焊絲產品。焊接電流為280~400A，焊接電壓為28~36V，焊接速度為2.4m/min。堆焊金屬硬度及耐磨性見表1。
[0034]表1所打硬度采用HR-150A洛氏硬度計，荷載150Kg，對每一個測試樣取5點硬度，計算平均硬度值。
[0035]磨損實驗采用MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗機。
[0036]將每個實施例的堆焊層切五個尺寸為57X25X6mm磨損試樣。磨損實驗參數如下:橡膠輪直徑:178mm，橡膠輪轉速:240轉/分，橡膠輪硬度:70 (邵爾硬度)，載荷:10Kg，橡膠輪轉數:預磨1000轉，正式試驗轉1000轉，磨料:40~70目的石英砂。堆焊金屬的耐磨性能以正式磨損的失重量來衡量。在每次實驗前、后將試樣置入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗3~5分鐘，待干后稱重記錄。實驗用Q235鋼作為對比樣，對比件失重量與測量件失重量之比作為堆焊樣的相對耐磨性ε。
[0037]表1各實施例堆焊金屬硬度及耐磨性
[0038]
【權利要求】
1.一種低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，其特征在于，所述的藥芯包含如下質量百分數的組分:85?92%的高碳鉻鐵；2?5%的錳粉；1?2%的鋁鎂合金；0.5?1.5%的硅鐵；1?3%的石墨；0.5?2%的硼鐵；0.5?.1.5%的氟硅酸鈉，藥芯占焊絲總重量的比例為58?65%。
2.根據權利要求1所述的低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述的高鉻鑄鐵含碳量為9?IOwt%，含鉻量為60?70Wt%，其余為鐵；所述的鋁鎂合金含鋁量為.47?53wt%，其余為鎂；所述的硅鐵含硅量為72?80wt%，其余為鐵；所述的硼鐵含硼量為19?25wt%，其余為鐵。
3.根據權利要求1所述的低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯的所有組分的粒徑大于或等于80目。
4.根據權利要求1所述的低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述低碳鋼帶為H08A碳鋼鋼帶。
5.根據權利要求1或4所述的低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述低碳鋼帶的厚度X寬度為0.3 X 16mm或0.4X 18mm或0.5X21mm。
6.根據權利要求1所述的低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲，其特征在于，所述焊絲的直徑為 2.40mm、2.60mm、2.85mm、3.15mm、3.45mm、3.80mm 和 4.1Omm 中的任意一種。
7.權利要求1所述的低成本高硬度自保護堆焊藥芯焊絲的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)利用成型軋輥將低碳鋼鋼帶軋成U形，然后通過送粉裝置將本發明的藥芯材料按本發明焊絲總重的58?65%加入到U形槽中； (2)將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達到.2.40?4.10mm，得到最終產品。
【文檔編號】B23K35/368GK103753052SQ201410030784
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】劉大雙, 吳銘方, 魏萍 申請人:江蘇科技大學