本發明屬于焊接材料制備技術領域，具體涉及一種堆焊焊條的制備方法。
背景技術：
隨著現代工業和科技的飛速發展，機械零件經常處于異常復雜和苛刻的條件下工作，大量的機械設備往往因磨損、腐蝕、磨蝕而報廢。尤其是長期在高溫環境下的工作件，很有可能出現因氧化、組織的回火或相變而軟化、蠕變破壞、反復承受加熱和冷卻而產生熱疲勞裂紋等問題，因而磨損更為突出。磨損不僅消耗能源、耗費材料，而且由于磨損而更換零件時需修理、停工等所消耗的人力和物力以及降低勞動生產率等，甚至造成設備與人身事故，可見提高材料的耐磨性具有重大的社會經濟意義。
采用堆焊的方法來制造產品或修復受損的機械零件，不僅可以恢復零件原來的尺寸，而且還可以進一步地提高工作面的耐磨性能，這對降低生產成本、節約材料、提高零件的使用壽命、減少配件的消耗等都有著重大的意義，特別是對于長期在高溫環境下的工作件，選用合適的高溫合金堆焊材料來修復或制造時，其意義就更為重大著。目前，己經開發的耐磨堆焊焊條的品種較多，主要分為鐵基耐磨堆焊焊條、鈷基耐磨堆焊焊條和鎳基耐磨堆焊焊條三大類。雖然這些堆焊材料都具有良好的工藝性能，但是堆焊焊條所用的藥皮在制備過程中都添加礦石粉末，在焊接過程中產生較多焊渣，難以清理，且形成的焊縫強度低，易開裂，耐磨性能較差，因此，研制一種不加礦石粉，焊后無熔渣，形成的焊縫強度高、不易開裂且耐磨性能好的堆焊焊條具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題：針對傳統堆焊焊條所用藥皮在制備過程中添加礦石粉末，在焊接過程中產生較多焊渣，難以清理，且形成的焊縫強度低，易開裂，耐磨性能較差的問題，提供了一種堆焊焊條的制備方法。
為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：
（1）稱取300～500g硅藻土，球磨過篩后倒入盛有2～4l沼液的發酵罐中，恒溫密閉發酵，待發酵結束，過濾得硅藻土濾渣，并將硅藻土濾渣干燥至恒重，得干燥濾渣；
（2）在坩堝中依次加入0.6～0.8g納米鐵粉，200～300g上述所得干燥濾渣，再將坩堝轉入炭化爐中，以60～80ml/min速率向爐內通入氬氣，并以8～10℃/min速率程序升溫至700～800℃，保溫炭化45～60min，停止通入氬氣，再以30～40ml/min速率向爐內通入還原性氣體，繼續升溫至1300～1500℃，保溫反應60～90min，待自然冷卻至室溫，出料，得燒結料；
（3）依次量取150～200ml正硅酸乙酯，200～220ml無水乙醇倒入三口燒瓶中，在恒溫攪拌狀態下，滴加20～30ml質量分數為15%氨水，控制在10～15min內滴完，待滴加完畢，再向三口燒瓶中倒入40～50ml質量分數為30%氫氧化鉀溶液，繼續恒溫攪拌反應45～60min，得粘結液；
（4）按重量份數計，在混料機中依次加入6～8份燒結料，0.6～0.8份鎂粉，1～3份鋁粉，5～7份硼粉，6～8份鈦粉，2～4份硅粉，30～40份鎳粉，10～15份鉻粉，20～30份上述所得粘結液，于溫度為55～60℃，轉速為600～800r/min條件下，恒溫攪拌混合45～60min，得藥皮濕料；
（5）將藥皮濕料與焊條芯置于焊條涂料機上壓制成型，再經干燥后，升溫至350～360℃，保溫2～4h，出料，即得堆焊焊條。
步驟（1）所述的恒溫密閉發酵條件為：發酵溫度為35～37℃，發酵罐攪拌轉速為200～300r/min，發酵時間為5～7天。
步驟（2）所述的還原性氣體是氫氣、一氧化碳和甲烷中的一種或兩種。
步驟（4）所述混料機中，還可以加入燒結料質量0.5～0.8倍的粒徑為180～200目的活性炭。
步驟（5）所述的藥皮濕料與焊條芯壓制時是按質量比為1.2:1～1.5:1。
步驟（5）所述的焊條芯為低碳鋼h08a型焊條芯。
本發明的有益效果是：
（1）本發明首先利用硅藻土與沼液混合發酵，在發酵過程中，沼液中有機質被硅藻土孔隙結構吸附，同時沼液中微生物聚集生長于硅藻土孔隙結構中，發酵產生的弱酸性環境可使硅藻土中部分酸溶性雜質得以溶解去除，再于氬氣保護狀態下，使硅藻土吸附的有機質得以炭化，隨后利用納米鐵粉的催化作用，催化硅藻土中二氧化硅與炭化有機質在還原性氣氛條件下，反應產生碳化硅，并與過剩的炭化有機質共同組成燒結料，在焊接過程中，可與空氣中氧氣發生氧化放熱反應，促進焊條熔融；
（2）本發明制備的焊條藥皮成分中，無傳統焊條所用的礦石粉末成分，因此在焊接過程中，焊接煙塵少，焊縫處基本無熔渣產生，不僅改善了焊接工人的工作環境，同時焊縫清理簡單，避免了傳統焊條出現焊后脫渣困難的問題，提高了焊接工作效率。
具體實施方式
首先稱取300～500g硅藻土，倒入球磨機中，按球料質量比為8：1～10：1加入氧化鋯球磨珠，球磨2～4h后過80～120目篩，再將球磨過篩后的硅藻土倒入盛有2～4l沼液的發酵罐中，于溫度為35～37℃，轉速為200～300r/min條件下，恒溫密閉發酵5～7天，過濾，得硅藻土濾渣，并將所得硅藻土濾渣置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾渣，隨后在坩堝中依次加入0.6～0.8g納米鐵粉，200～300g干燥濾渣，再將坩堝轉入炭化爐中，以60～80ml/min速率向爐內通入氬氣，并以8～10℃/min速率程序升溫至700～800℃，保溫炭化45～60min，停止通入氬氣，并以30～40ml/min速率向爐內通入還原性氣體，繼續升溫至1300～1500℃，保溫反應60～90min，待自然冷卻至室溫，出料，得燒結料，再依次量取150～200ml正硅酸乙酯，200～220ml無水乙醇倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數顯測速恒溫磁力攪拌器中，調節溫度至55～60℃，攪拌轉速至300～500r/min，在恒溫攪拌狀態下，滴加20～30ml質量分數為15%氨水，控制在10～15min內滴完，待滴加完畢，再向三口燒瓶中倒入40～50ml質量分數為30%氫氧化鉀溶液，繼續恒溫攪拌反應45～60min，得粘結液，按重量份數計，在混料機中依次加入6～8份燒結料，3～5份粒度為180～200目的活性炭，0.6～0.8份鎂粉，1～3份鋁粉，5～7份硼粉，6～8份鈦粉，2～4份硅粉，30～40份鎳粉，10～15份鉻粉，20～30份粘結液，于溫度為55～60℃，轉速為600～800r/min條件下，恒溫攪拌混合45～60min，得藥皮濕料，最后將藥皮濕料與低碳鋼h08a焊條芯按質量比為1.2:1～1.5:1置于焊條涂料機上壓制成型，再轉入烘箱中，于溫度為60～80℃條件下，干燥60～90min，再升溫至350～360℃，保溫2～4h后，出料，即得堆焊焊條。所述的還原性氣體是氫氣、一氧化碳和甲烷中的一種或兩種。
實例1
首先稱取300g硅藻土，倒入球磨機中，按球料質量比為8：1加入氧化鋯球磨珠，球磨2h后過80目篩，再將球磨過篩后的硅藻土倒入盛有2l沼液的發酵罐中，于溫度為35℃，轉速為200r/min條件下，恒溫密閉發酵5天，過濾，得硅藻土濾渣，并將所得硅藻土濾渣置于烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，得干燥濾渣，隨后在坩堝中依次加入0.6g納米鐵粉，200g干燥濾渣，再將坩堝轉入炭化爐中，以60ml/min速率向爐內通入氬氣，并以8℃/min速率程序升溫至700℃，保溫炭化45min，停止通入氬氣，并以30ml/min速率向爐內通入氫氣，繼續升溫至1300℃，保溫反應60min，待自然冷卻至室溫，出料，得燒結料，再依次量取150ml正硅酸乙酯，200ml無水乙醇倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數顯測速恒溫磁力攪拌器中，調節溫度至55℃，攪拌轉速至300r/min，在恒溫攪拌狀態下，滴加20ml質量分數為15%氨水，控制在10min內滴完，待滴加完畢，再向三口燒瓶中倒入40ml質量分數為30%氫氧化鉀溶液，繼續恒溫攪拌反應45min，得粘結液，按重量份數計，在混料機中依次加入6份燒結料，3份粒度為180目的活性炭，0.6份鎂粉，1份鋁粉，5份硼粉，6份鈦粉，2份硅粉，30份鎳粉，10份鉻粉，20份粘結液，于溫度為55℃，轉速為600r/min條件下，恒溫攪拌混合45min，得藥皮濕料，最后將藥皮濕料與低碳鋼h08a焊條芯按質量比為1.2:1置于焊條涂料機上壓制成型，再轉入烘箱中，于溫度為60℃條件下，干燥60min，再升溫至350℃，保溫2h后，出料，即得堆焊焊條。
首先將堆焊焊件表面在砂輪上打磨干凈，去掉焊件表面的氧化皮和鐵銹，并預熱至100℃，將預熱后的焊件及本發明制得的無渣耐磨堆焊焊條分別放置在直流弧焊機中指定位置，設制堆焊電流為100a，堆焊電壓為18v，層間溫度為100℃，隨后沿著焊件的焊接點連續堆焊一道焊縫，冷卻后再進行二次堆焊，共堆焊2層，待焊接工藝完成后，將堆焊焊件靜置冷卻至40℃，再用保溫棉覆蓋焊件進行保溫20min，最后待保溫完成，取下保溫棉即可。經檢測，本發明制得的無渣耐磨堆焊焊條在進行堆焊后在焊縫處幾乎無溶渣，焊件堆焊層硬度達hrc70，具有較好的耐磨性和機械加工性能，同時本發明焊條所形成的的焊縫強度高，可長期耐受高溫工作環境，在650℃環境下工作8個月未出現裂紋。
實例2
首先稱取400g硅藻土，倒入球磨機中，按球料質量比為9：1加入氧化鋯球磨珠，球磨3h后過100目篩，再將球磨過篩后的硅藻土倒入盛有3l沼液的發酵罐中，于溫度為36℃，轉速為250r/min條件下，恒溫密閉發酵6天，過濾，得硅藻土濾渣，并將所得硅藻土濾渣置于烘箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，得干燥濾渣，隨后在坩堝中依次加入0.7g納米鐵粉，250g干燥濾渣，再將坩堝轉入炭化爐中，以70ml/min速率向爐內通入氬氣，并以9℃/min速率程序升溫至750℃，保溫炭化53min，停止通入氬氣，并以35ml/min速率向爐內通入一氧化碳，繼續升溫至1400℃，保溫反應75min，待自然冷卻至室溫，出料，得燒結料，再依次量取175ml正硅酸乙酯，210ml無水乙醇倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數顯測速恒溫磁力攪拌器中，調節溫度至58℃，攪拌轉速至400r/min，在恒溫攪拌狀態下，滴加25ml質量分數為15%氨水，控制在13min內滴完，待滴加完畢，再向三口燒瓶中倒入45ml質量分數為30%氫氧化鉀溶液，繼續恒溫攪拌反應53min，得粘結液，按重量份數計，在混料機中依次加入7份燒結料，4份粒度為190目的活性炭，0.7份鎂粉，2份鋁粉，6份硼粉，7份鈦粉，3份硅粉，35份鎳粉，13份鉻粉，28份粘結液，于溫度為58℃，轉速為700r/min條件下，恒溫攪拌混合53min，得藥皮濕料，最后將藥皮濕料與低碳鋼h08a焊條芯按質量比為1.4:1置于焊條涂料機上壓制成型，再轉入烘箱中，于溫度為70℃條件下，干燥75min，再升溫至355℃，保溫3h后，出料，即得堆焊焊條。
首先將堆焊焊件表面在砂輪上打磨干凈，去掉焊件表面的氧化皮和鐵銹，并預熱至125℃，將預熱后的焊件及本發明制得的無渣耐磨堆焊焊條分別放置在直流弧焊機中指定位置，設制堆焊電流為110a，堆焊電壓為21v，層間溫度為125℃，隨后沿著焊件的焊接點連續堆焊一道焊縫，冷卻后再進行二次堆焊，共堆焊2層，待焊接工藝完成后，將堆焊焊件靜置冷卻至50℃，再用保溫棉覆蓋焊件進行保溫30min，最后待保溫完成，取下保溫棉即可。經檢測，本發明制得的無渣耐磨堆焊焊條在進行堆焊后在焊縫處幾乎無溶渣，焊件堆焊層硬度達hrc78，具有較好的耐磨性和機械加工性能，同時本發明焊條所形成的的焊縫強度高，可長期耐受高溫工作環境，在750℃環境下工作9個月未出現裂紋。
實例3
首先稱取500g硅藻土，倒入球磨機中，按球料質量比為10：1加入氧化鋯球磨珠，球磨4h后過120目篩，再將球磨過篩后的硅藻土倒入盛有4l沼液的發酵罐中，于溫度為37℃，轉速為300r/min條件下，恒溫密閉發酵7天，過濾，得硅藻土濾渣，并將所得硅藻土濾渣置于烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾渣，隨后在坩堝中依次加入0.8g納米鐵粉，300g干燥濾渣，再將坩堝轉入炭化爐中，以80ml/min速率向爐內通入氬氣，并以10℃/min速率程序升溫至800℃，保溫炭化60min，停止通入氬氣，并以40ml/min速率向爐內通入甲烷，繼續升溫至1500℃，保溫反應90min，待自然冷卻至室溫，出料，得燒結料，再依次量取200ml正硅酸乙酯，220ml無水乙醇倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數顯測速恒溫磁力攪拌器中，調節溫度至60℃，攪拌轉速至500r/min，在恒溫攪拌狀態下，滴加30ml質量分數為15%氨水，控制在15min內滴完，待滴加完畢，再向三口燒瓶中倒入50ml質量分數為30%氫氧化鉀溶液，繼續恒溫攪拌反應60min，得粘結液，按重量份數計，在混料機中依次加入8份燒結料，5份粒度為200目的活性炭，0.8份鎂粉，3份鋁粉，7份硼粉，8份鈦粉，4份硅粉，40份鎳粉，15份鉻粉，30份粘結液，于溫度為60℃，轉速為800r/min條件下，恒溫攪拌混合60min，得藥皮濕料，最后將藥皮濕料與低碳鋼h08a焊條芯按質量比為1.5:1置于焊條涂料機上壓制成型，再轉入烘箱中，于溫度為80℃條件下，干燥90min，再升溫至360℃，保溫4h后，出料，即得堆焊焊條。
首先將堆焊焊件表面在砂輪上打磨干凈，去掉焊件表面的氧化皮和鐵銹，并預熱至150℃，將預熱后的焊件及本發明制得的無渣耐磨堆焊焊條分別放置在直流弧焊機中指定位置，設制堆焊電流為120a，堆焊電壓為24v，層間溫度為150℃，隨后沿著焊件的焊接點連續堆焊一道焊縫，冷卻后再進行二次堆焊，共堆焊3層，待焊接完成后，將堆焊焊件靜置冷卻至60℃，再用保溫棉覆蓋焊件進行保溫40min，最后待保溫完成，取下保溫棉即可。經檢測，本發明制得的無渣耐磨堆焊焊條在進行堆焊后在焊縫處幾乎無溶渣，焊件堆焊層硬度達hrc85，具有較好的耐磨性和機械加工性能，同時本發明焊條所形成的的焊縫強度高，可長期耐受高溫工作環境，在850℃環境下工作10個月未出現裂紋。