專利名稱：白口鐵軋輥焊補的焊條及其工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬鑄鐵焊補技術領域，特別是用于白口鐵及白口鐵軋輥的焊補修復。
白口鐵具有硬度高、耐磨性好、價格低廉等優點，被廣泛用于制造熱軋輥、冷軋輥，型鋼導衛板及礦山機械等，但由于白口鐵硬而脆，隨溫度降低收縮率大，在使用過程中容易發生掉皮，局部疲勞龜裂，鑄造缺陷外露等，從而導致白口鐵鑄件報廢率很高。如無限冷硬白口鑄鐵軋輥，在軋鋼過程中，承受很大的軋制壓力、傳動力距以及彎曲力距、扭轉力距，并反復經受著從50℃到700℃的溫度波動，軋輥表面承受較大的接觸應力、磨損、疲勞等，在交變重復的熱應力和機械應力作用下，軋輥表面容易引起熱疲勞和機械疲勞，造成局部剝離掉皮，嚴重影響軋輥的使用壽命。
由于白口鐵硬、脆，塑性極低，故其可焊性甚差。美國焊接學會1982年出版的《焊接手冊》指出白口鑄鐵在常規條件下是不可焊的。到目前為止，對于白口鑄鐵的焊補，特別是白口鐵熱軋輥的焊補修復，在國內外尚未見有資料報導。
本發明的目的在于研究適用于白口鑄鐵焊接的專用焊條及其焊接工藝，解決長期以來在鑄鐵焊補技術領域中認為白口鑄鐵是不可焊補的這一難題，通過焊補修復，延長白口鐵軋輥的使用壽命。
白口鐵軋輥中心內部是球墨鑄鐵，軋輥表層一般為20～35mm厚的白口鐵，顯微組織為連續的硬、脆的滲碳體的基體上分布著少量珠光體。軋輥的白口鐵組織在350℃以下，其ak＜0.01J/cm2，δ＝0，HRC＝60～70，體積收縮率為4.5～5.4%，線收縮率為1.6～2.3%。當焊補軋輥時，軋輥承受焊接熱應變的能力極差，用已有的鑄鐵焊條和傳統工藝焊補，不可避免要沿溶合區產生剝離性裂紋。
為了使焊補后的白口鑄鐵能滿足使用要求和焊縫有較長的使用壽命，本發明研制出BT-1和BT-2兩種焊條，白口鐵軋輥焊縫由BT-1焊條和BT-2焊條焊接而成。整個焊縫由兩部分組成，BT-1焊條為焊縫底部的高塑性鎳一鐵層;BT-2焊條為焊縫上部的硬度較高、耐磨性與白口鐵相匹配的表面層，使焊縫軟硬結合，同時熔敷金屬在耐磨性、線膨脹系數上與白口鐵相接近，并且與白口鐵有良好的溶合性，而且焊縫韌性較高，有較強的抗裂性、抗疲勞性和較高的抗回火穩定性，提高熔合區抗剝離裂紋的能力。在焊接工藝上，擴大焊縫與母材熔合區的接觸面，并且采用能最大限度的消除焊接熱應力的措施，防止剝離性裂紋產生。
用于焊補白口鐵軋輥掉皮底部的BT-1焊條，藥皮中加有足量的石墨和適量的球化劑，所熔敷的金屬組織為高鎳奧氏體和球狀石墨，與白口鐵有良好的熔合性，塑性較高，錘擊時有較好的延展性，并且有較高的抗裂性。
BT-1焊條的焊芯為鎳鐵芯，其藥皮配比(按重量%)分別為大理石15～19%，瑩石20～24%，
碳酸鋇26～31%，石墨5.1～6.1%，稀土鎂8.1～9.0%，硅鈣合金3.8～4.4%，鋁粉2.5～3.2%，固體鈉水玻璃3.5～4.2%。
用K-Na混合水玻璃粘結。
BT-1焊條藥皮中加有較多的石墨，使焊縫結晶過程中析出大量的球狀石墨，促使焊縫膨脹而降低焊縫收縮量;加入適量的鋇、鈣和稀土鎂做球化劑，對石墨有較強的球化能力，從而提高焊縫的抗裂性。
BT-2焊條用于焊補白口鐵軋輥掉皮的復蓋層，所熔敷的金屬組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體。熔敷的金屬合金系統能夠滿足軋輥表面對耐磨性、硬度、抗回火穩定的要求，在400～600℃之間，其線膨脹系數與白口鐵在同一溫度范圍的線膨脹系數十分接近，可適應軋鋼時的溫度波動。
BT-2焊條的焊芯為H08A，其藥皮配比(按重量%)分別為大理石26～32%，瑩石9.5～10.3%，鈦白粉9.2～11.2%，金紅石6.0～7.0%，中碳錳鐵2.9～3.6%，鈦鐵10.0～13.0%，
鎳粉8.0～8.8%，石墨1.0～1.5%，鎢鐵1.4～2.1%，釩鐵1.8～2.5%，鉬鐵6.0～7.0%，高碳鉻鐵4.1～5.6%，固體鈉水玻璃2.8～3.6%，鉀鈉合金變質劑3.5～5.5%。
用K-Na高模數水玻璃粘結。
BT-2焊條藥皮成份中加入的W-Fe，石墨，高C鉻鐵，V-Fe，m0-Fe，使熔敷金屬形成C-W-Cr-m0-V的耐磨合金系統，其中C與W、Cr、V可形成多種高硬度的碳化物，提高焊縫的耐磨性。加入鎳，可增加少量殘余奧氏體。加入適量的鋁粉，提高脫氧能力。加入鉀鈉合金變質劑，使熔合區網狀Fe3C斷裂成團球狀，提高焊縫與母材的咬合性和熔合區抗剝離裂紋的能力。
BT-2焊條熔敷金屬的化學成份為C0.4～0.46%，Si0.16～0.22%，Mn1.0～1.40%，Cr1.50～1.70%，Mo1.8～2.20%，Ni4.0～4.50%，W0.65～0.75%，V0.30～0.37。
BT-2焊條熔敷金屬的沖擊韌性aK＝2.0～3.0Kg·m/cm2，硬度HRC＝43～48。熔敷金屬的硬度稍低于母材，但耐磨性與白口鑄鐵相當，既保證了焊縫的耐磨性，又提高了焊縫的抗裂性。
在焊接工藝上，采用異質焊縫手工電弧冷焊工藝，突破了灰口鑄鐵的常規冷焊工藝，其焊接工藝為1.焊接白口鐵軋輥焊縫用BT-1焊條打底層，用BT-2焊條作焊縫的復蓋層，使焊縫軟硬結合。
2.熔敷金屬先分塊弧立堆焊，使其熱脹冷縮處于自由狀態。焊縫與周邊白口鐵的熔合區在焊補的最后階段形成。
3.在堆焊底層時，采用240A電流焊補，用電弧沖擊熔池，形成大熔深，使母材與熔敷金屬充分混合，擴大底層與母材的接觸面，焊縫底部熔合區形成一個較大的曲折熔合面。
4.當焊接后熔池剛凝固時應及時重錘擊，隨著堆焊層增高，錘擊用力和錘擊次數可相應減少，既要保證讓高溫金屬充分延展，降低焊接熱應力，又不至因沖擊力造成熔合區機械性疲勞破壞。
5.焊接破口的邊緣與底部夾角按90°修整，使焊縫上、下部收縮量相同，以降低軋輥表面熔合區裂紋傾向。
6.在焊接過程中，以分散跳躍式點狀焊為基本操作手法。
采用該焊補工藝，具有明顯的降低焊接熱應力，防止剝離性裂紋發生的效果。
本發明解決了白口鐵軋輥長期以來難以焊補的技術關鍵，延長了白口鐵軋輥的使用壽命，并可用于冶金、礦山機械中的白口鐵件的焊補修復，還可用于各種鑄鐵、高碳鋼等可焊性較差的大型結構件的焊補修復，具有明顯的社會效益和經濟效益。本發明成本低廉，工藝簡單，操作方便，易于推廣使用。
實施例對白口鐵軋輥掉皮缺陷的焊補。
1.焊補前掉皮部位的修整。
圖1、圖2為白口鐵軋輥掉皮部位的軸向剖視圖。〔1〕為軋輥表層。用砂輪片、扁鑿、手錘對軋輥的掉皮〔2〕和脫離層〔3〕進行徹底清理。坡口〔4〕邊緣與底部夾角按90°修整。
2.坡口底層的堆焊圖3為坡口的俯視圖，圖4為坡口的剖視圖。在清理好的坡口底部，先標出焊點〔5〕，焊點之間及與邊緣間隔約為30mm，采用BT-1焊條在標出的焊點上進行跳躍式點狀焊。BT-1焊條的焊芯為鎳鐵芯，焊條藥皮成份為大理石19%，瑩石24%，碳酸鋇31%，石墨6%，稀土鎂8.5%，硅鈣合金4.3%，鋁粉3.2%，固體鈉水玻璃4%，用K-Na混合水玻璃粘結。
焊條直徑φ4.0mm，L＝400mm，電流240A，層間溫度70℃，在焊接時用電弧不斷沖擊熔池，形成大熔深〔6〕，熄弧后，在熔池剛凝固時應及時重錘擊，不便于錘擊的邊緣點用扁鑿錘擊，焊后的焊點體積φ30mm，高5mm。
3.第二層以上分塊弧立堆焊圖5為分塊弧立堆焊俯視圖。圖6為分塊弧立堆焊剖視圖。在焊接完底層后，把整個堆焊區劃分成40×40mm面積若干塊，其分塊弧立堆焊面積〔7〕之間及與周圍白口鐵之間留有間隙〔10〕、〔11〕，間隙寬約6～8mm，然后用BT-1焊條在劃分的塊上進行堆焊。焊接電流180A，層間溫度70℃。當用BT-1焊條堆焊到離軋輥工作面10mm時，換用BT-2焊條焊到高于軋輥工作面2～3mm時停止堆焊。BT-2焊條的焊芯為H08A，焊條藥皮成份為大理石28%，瑩石10%，鈦白粉10%，金紅石6%，中碳錳鐵3.0%，鈦鐵11%，鎳粉8.0%，石墨1.5%，鎢鐵1.5%，釩鐵2%，高碳鉻鐵5%，鉬鐵6%，固體鈉水玻璃3.5%，鉀鈉合金變質劑4.5%。用K-Na高模數水玻璃粘結。
焊接時仍為點狀分散焊，每次熔化焊條后應進行錘擊。堆焊層越高，錘擊用力和次數可相應減少。分塊弧立堆焊的下部為BT-1焊條焊層〔8〕，上部為BT-2焊條焊層〔9〕。
4.分塊弧立間隙的焊補圖7為熔敷金屬與四周白口鐵間隙的剖視圖，圖8為圖7間隙的俯視圖。圖9為焊縫的剖視圖。間隙焊補分兩步進行。
(1)熔敷金屬內部間隙的焊補。熔敷金屬內部間隙〔10〕用BT-1焊條打底層，BT-2焊條作復蓋層。焊接電流180A，層間溫度70℃。仍采用跳躍分散焊，熄弧后應立即錘擊，達到層間溫度后再焊另一段。用BT-1焊條焊到對應高度后改用BT-2焊條，與整個焊縫焊平。
(2)熔敷金屬與周邊白口鐵間隙的焊補。將熔敷金屬與周邊白口鐵間隙〔11〕分成35～40mm若干段，焊接每層時均按圖8中A→B→C→D→E→F→G順序進行。焊接底層時用BT-1焊條，電流240A，層間溫度70℃。焊接第二層改用180A電流，在完成間隙〔11〕的BT-1焊條焊層〔12〕焊補時，改用BT-2焊條焊到低于軋輥表面2～3mm時停止，間隙〔11〕的BT-2焊條焊層〔13〕焊完后，再進行間隙〔11〕BT-2焊條焊層的表面〔14〕焊補，電流180A，層間溫度50℃，焊接時仍按圖8中A→B→C……順序進行，采用點狀焊分三次焊滿一段，如按圖8中(1)→(2)→(3)進行。焊點應高出軋輥表面2～3mm。整個掉皮部位的焊縫〔15〕焊完后，用砂輪將焊縫打磨到軋輥的工作表面。
權利要求
1.用于冷焊的鑄鐵焊條，其特征在于白口鐵軋輥焊縫由BT-1焊條和BT-2焊條焊接而成。兩種焊條的藥皮成分配比份別為(1)BT-1焊條的焊芯為鎳鐵芯，其藥皮配比(按重量%)大理石15～19%，瑩石20～24%，碳酸鋇26～31%，石墨5.1～6.0%，稀土鎂8.1～9.0%，硅鈣合金3.8～4.4%，鋁粉2.5～3.2%，固體鈉水玻璃3.5～4.2%。用K-Na混合水玻璃粘結。(2)BT-2焊條的焊芯為HO8A，其藥皮配比(按重量%)大理石26～32%，瑩石9.5～10.3%，鈦白粉9.2～11.2%，金紅石6.0～7.0%，中碳錳鐵2.9～3.6%，鈦鐵10.0～13.0%，鎳粉8.0～8.8%，石墨1.0～1.5%，鎢鐵1.4～2.1%，釩鐵1.8～2.5%，鉬鐵6.0～7.0%，高碳鉻鐵4.1～5.6%，固體鈉水玻璃2.8～3.6%，鉀鈉合金變質劑3.5～5.5%。用K-Na高模數水玻璃粘結。
2.用于鑄鐵的冷焊焊接工藝，其特征在于焊接白口鐵軋輥用BT-1焊條打底層，用BT-2焊條作復蓋層，焊縫軟硬結合。熔敷金屬先分塊弧立堆焊。在焊接底層時，用電弧沖擊熔池形成大熔深，擴大底層與母材的接觸面，焊縫底部熔合區形成一個較大的曲折熔合面。熔敷金屬之間與周邊白口鐵留有間隙，焊縫與周邊白口鐵的熔合區在焊補的最后階段形成。
3.根據權利要求1所述的焊條，其特征在于BT-2焊條熔敷金屬的化學成份為C 0.40～0.46%，Si 0.16～0.22%，Mn 1.0～1.4%，Cr 1.5～1.70%，Ni 4.0～4.50%，W 0.65～0.75%，V 0.30～0.37%。
4.根據權利要求2所述的焊接工藝，其特征在于焊接坡口的邊緣與底部夾角按90°修整。
5.根據權利要求2所述的焊接工藝，其特征在于當焊接后熔池剛凝固時應及時重錘擊，隨著堆焊層增高，錘擊用力和錘擊次數可相應減少。
全文摘要
本發明的白口鐵軋輥焊補的焊條及其工藝，屬鑄鐵焊補技術領域。本發明研制出用于白口鐵軋輥焊補的BT—1、TB—2兩種焊條。BT—1焊條作焊縫底層，BT—2焊條作焊縫覆蓋層，焊縫軟硬結合。在焊接工藝上采用熔敷金屬分塊孤立堆焊；擴大熔敷金屬與母材的接觸面；并采用能最大限度地消除焊接熱應力的措施，經焊后的白口鐵軋輥能滿足使用要求，焊縫有較長的使用壽命。本發明還可用于各種鑄鐵、高碳鋼等可焊性較差的大型結構件的焊補修復。
文檔編號B23P6/04GK1033167SQ8710140
公開日1989年5月31日 申請日期1987年11月19日 優先權日1987年11月19日
發明者鄒增大, 任登義 申請人:山東工業大學