專利名稱：一種高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接領(lǐng)域 技術(shù)，特別是一種高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
堆焊技術(shù)是使零部件表面獲得具有耐磨、耐蝕、耐熱等特殊性能的熔敷金屬而進(jìn) 行的焊接過程。在冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械、石油化工設(shè)備、交通運(yùn)輸、核電 設(shè)備、航天工業(yè)等部門的零部件的制造和修復(fù)中獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著國家工業(yè)化的不 斷發(fā)展，對新型硬質(zhì)合金材料和與之對應(yīng)的堆焊材料開發(fā)提出迫切要求。藥芯焊絲相對于 其它焊接材料，具有合金成分調(diào)配靈活方便，焊接工藝性優(yōu)秀，焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為新 一代自動化焊接材料中的佼佼者，在堆焊領(lǐng)域有逐步取代焊條與實(shí)芯焊絲的趨勢。從目前國內(nèi)外高硬度堆焊藥芯焊絲的研究狀況來看，焊縫金屬合金系統(tǒng)多為高 鉻鑄鐵型合金系統(tǒng)，如專利號 CN200510127968. 1、CN200510031856. 6、CN200710175676. 4 等公開的技術(shù)均屬這種類型的技術(shù)。雖然該合金系統(tǒng)具有很高的硬度，例如HRC>60，但其 堆敷金屬由于含碳量較高，組織形態(tài)呈奧氏體基體加大量析出碳化物，造成堆焊層脆性很 大極易開裂。在堆敷金屬承受交變沖擊載荷的情況下不適用。例如高速鋼零部件，熱剪 刃和冷軋輥的堆焊修復(fù)，要求堆焊熔敷層具有較高的強(qiáng)韌性匹配。此外，我國堆焊藥芯焊 絲品種主要以粗直徑焊絲為主，藥芯的填充率在35飛0%之間，如專利號CN96102347. 3、 CN200710191741. 2XN00103065. 5等公開的技術(shù)均屬這種類型的技術(shù)。填充率較高使得無 法拉拔成細(xì)直徑焊絲，只能用于平焊或角焊位置，操作靈活性較差。而細(xì)直徑的CO2氣體保 護(hù)藥芯焊絲堆焊適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)各種零件尺寸及各種位置的堆焊。其次，細(xì)直徑的CO2 氣體保護(hù)堆焊藥芯焊絲具有焊接電流密度大、熔敷系數(shù)高，電弧熱量集中、堆焊變形小的特 點(diǎn)，保證了自動化焊接的高效率。且CO2氣體氧化作用強(qiáng)，抗油、抗銹能力強(qiáng)，堆敷金屬的擴(kuò) 散氫含量較低，獲得高硬度的同時有較高的韌性匹配。目前國內(nèi)CO2氣體保護(hù)堆焊藥芯焊 絲產(chǎn)品較少，品種不全，且硬度和耐磨性偏低，抗裂性較差，在各行業(yè)中應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，從 而克服目前高硬度堆焊藥芯焊絲韌性較差以及細(xì)直徑CO2氣體保護(hù)堆焊藥芯焊絲種類較少 的問題；
本發(fā)明所要進(jìn)一步解決的技術(shù)問題是提供的硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲在 焊接過程中電弧穩(wěn)定，飛濺率低，熔渣覆蓋良好，焊縫成型美觀，表面無氣孔和壓坑；多層堆 焊后表面無裂紋，抗裂性能優(yōu)良，堆焊層硬度高達(dá)55飛1HRC，能夠適用于高應(yīng)力磨料磨損及 應(yīng)力交變載荷工況條件。
為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
本發(fā)明的一種硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括焊絲和藥芯組成，焊絲形狀 為中空的圓形細(xì)絲，焊絲原料采用普通低碳鋼冷軋鋼帶，填充藥芯粉末重量占焊絲總重量 的17 22% ；藥芯的組分及重量百分比為金紅石13 30%、氟化物5 26%，鎂砂3 14%， 石英0 10%，鉀長石2 8%，鋁鎂合金2 5%，金屬鉻14 33%，片狀石墨5 15%，45# 硅鐵2 5%，金屬錳7 11%，鉬鐵:5 12%，釩鐵:0 6%，硼鐵:0 5%，金屬鎢6 12%，稀土 2、％，余量為還原鐵粉；所述的氟化物為螢石、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、鉀冰晶石中的一種或幾 種任意比例的的混合物。

本發(fā)明的一種硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，更具體的技術(shù)方案可以是 所述的鋁鎂合金中鋁的質(zhì)量含量為47飛3%，鎂的質(zhì)量含量>47%;鉬鐵中鉬的質(zhì)量含量為 ^ 55% ；釩鐵中釩的質(zhì)量含量為38 45% ；硼鐵中硼的質(zhì)量含量為19 25% ；硅鐵中硅的質(zhì) 量含量為43 47%。本發(fā)明的一種硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，更具體的技術(shù)方案還可以 是所述的稀土中的質(zhì)量要求是其中主要化學(xué)成分REO彡83%,Ce02/RE0彡45，F(xiàn)彡26。更 進(jìn)一步具體的選擇是稀土牌號REF3-I。本發(fā)明的一種硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，更具體的技術(shù)方案還可以 是所述焊絲的直徑為φ 1. 2 Φ 1. 6mm。本發(fā)明的一種硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，更具體的技術(shù)方案還可以 是藥芯配方中藥粉的顆粒度控制在8(Γ160目，其中的礦物粉經(jīng)40(T60(TC烘干廣2小時， 合金粉經(jīng)10(Γ130 烘干廣2小時，后在混料機(jī)中均勻混合60分鐘。這些技術(shù)方案，包括具體的、進(jìn)一步具體的技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從 而達(dá)到更好的技術(shù)效果。藥芯中各組分的主要作用簡述如下
金紅石主要成分是TiO2，具有穩(wěn)弧、減小熔滴表面張力、細(xì)化熔滴、調(diào)節(jié)熔渣熔點(diǎn)和流 動性、改善焊縫成型、減少飛濺等作用。本發(fā)明中金紅石加入量為13 30%，金紅石少于13% 時，改善工藝性作用不明顯。金紅石高于30%時，焊縫表面易出現(xiàn)壓坑和氣孔缺陷，且焊縫 含氧量增高，抗裂性變差。氟化物主要成分包括螢石、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、鉀冰晶石中的一種或幾種。氟化 物在焊接電弧高溫的作用下分解出的F—與H+結(jié)合為非常穩(wěn)定的HF，降低了焊接金屬的擴(kuò) 散氫含量，使得焊縫金屬在具有較高耐磨性的同時具有一定的韌性。含量少于5%時，脫氫 效果不明顯。當(dāng)含量超過26%后，由于F與電弧中的電子結(jié)合成牢固的F—，減少了焊接電弧 中的自由電子，使焊接電弧的穩(wěn)定性變差，熔滴呈大顆粒過渡，焊接飛濺變大。氟化物加入 量控制在5 26%。鎂砂主要成分是MgO，能夠提高熔渣的堿度，使合金成分保持較高的過渡系數(shù)， 凈化焊縫，使熔渣的脫磷、脫硫的能力增強(qiáng)，提高焊縫金屬的抗熱裂紋能力，改善堆焊金屬 的綜合性能。含量少于3%時，凈化焊縫效果不明顯。當(dāng)含量超過14%后會顯著增大熔渣的 表面張力以及熔渣與熔化金屬的界面張力，使熔滴粗化，并且鎂砂的熔點(diǎn)較高，量過多時容 易產(chǎn)生壓坑和麻點(diǎn)，惡化焊接工藝性。鎂砂加入量控制在3 14%。石英主要成分是SiO2，可以調(diào)節(jié)熔渣的熔點(diǎn)及侵潤性，減少熔渣的界面張力，改善熔渣流動性和細(xì)化熔滴，調(diào)高藥芯焊絲的熔化效率。當(dāng)含量超過10%后會使熔渣酸度增 大，氧化性增強(qiáng)，焊縫中氧化物夾雜增多，抗裂性變差。加入量應(yīng)控制在(Γιο%。鉀長石主 要起穩(wěn)弧作用。其中所含K2O和Na2O高達(dá)12%以上，具有明顯的穩(wěn)定焊 接電弧、提高電弧電壓和細(xì)化熔滴、提高熔化系數(shù)的作用。含量少于2%時起不到穩(wěn)弧作用。 當(dāng)含量超過8%時，因長石中含有高熔點(diǎn)的Al2O3使熔渣的粘度過高，降低熔渣的流動性，使 焊接金屬的成形性變差，還易造成焊縫夾渣。鋁鎂合金主要起脫氧和穩(wěn)弧的作用。鋁是強(qiáng)脫氧劑，適量的鋁可以保證焊縫中合 金元素的過渡系數(shù)較高。鎂的燃點(diǎn)較低，易于在電弧中氣化，起到細(xì)化熔滴與穩(wěn)定電弧的作 用。但當(dāng)鋁鎂合金含量超過5%時，冶金反應(yīng)形成的高熔點(diǎn)Al2O3在熔渣中不易上浮，造成焊 縫夾雜。硅鐵與錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。Mn和Si聯(lián)合作用有利于降低焊縫中的氧 含量，與S結(jié)合形成MnS，防止低熔點(diǎn)FeS形成，防止焊縫金屬中產(chǎn)生熱裂紋的傾向，提高焊 縫的抗熱裂紋的能力。加入量過多時會對焊縫的韌性造成損害。碳碳是強(qiáng)烈的奧氏體化形成元素和降低Ms點(diǎn)元素。碳具有間隙固溶強(qiáng)化的作 用。向焊縫中過渡碳，將促進(jìn)孿晶馬氏體的形成，增加碳化物數(shù)量，減少碳化物質(zhì)點(diǎn)間距， 獲得高的硬度。但碳含量的增加會使焊縫的沖擊韌度顯著下降，使焊縫致脆出現(xiàn)裂紋。在 要求堆敷金屬具有良好的抗裂性時，應(yīng)盡量控制焊縫中的碳含量。本發(fā)明中石墨加入量在 5 15%。鉻鉻能提高鋼的淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，促進(jìn)馬氏體的形成，提升焊縫基體的硬 度和強(qiáng)度。并且鉻與碳能形成細(xì)小彌散的沉淀相Cr7C3、Cr23C6,分布在焊縫基體組織中，進(jìn) 一步提高硬度和強(qiáng)度。因此，本發(fā)明中鉻的加入量在14 33%。鉬鉬能增加鋼的淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，抑制回火脆性，與碳形成Mo2C,增進(jìn)二次 硬化效應(yīng)。隨著鉬含量的增加，堆敷金屬的硬度提高，耐磨性增強(qiáng)。本發(fā)明中鉬鐵的加入量 在5 12%。釩釩和碳易形成穩(wěn)定性很高的高硬度碳合物VC，進(jìn)一步提升焊縫的硬度。并且 適量的釩能有效地細(xì)化晶粒，在提高硬度的同時保證韌性，減少裂紋的發(fā)生。本發(fā)明中釩鐵 的加入量在0 6%。硼硼能提高合金的淬透性，獲得較多的馬氏體，而且硼和碳生成高熔點(diǎn)，高硬度 和高脆性碳化物，使焊縫的硬度和耐磨性得到提高。但是硼在焊接時易于產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致抗 裂性能下降，含量應(yīng)嚴(yán)格控制，本發(fā)明中硼鐵加入量在(Γ5%。鎢鎢能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高焊縫高溫穩(wěn)定性，且鎢與碳易生成高硬度的碳化物， 能保證焊縫具有良好的熱硬性。本發(fā)明中金屬鎢的加入量在6 12%。稀土 加入稀土元素可以細(xì)化晶粒，凈化晶界，提高焊縫的硬度和耐磨性等。在藥 芯焊絲中加入稀土元素，可使堆焊層性能非常穩(wěn)定，提高堆焊層質(zhì)量。本發(fā)明中稀土的加入
量2 8%。通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果
本發(fā)明中的高硬度堆焊藥芯焊絲在采用純二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接時，具有優(yōu)良的焊接 工藝性。焊接過程中電弧穩(wěn)定，飛濺率低，可進(jìn)行全位置焊接，熔渣覆蓋良好，脫渣容易，焊 縫成型美觀，無氣孔和壓坑。堆敷金屬是以板條馬氏體為基體與大量碳化物彌散強(qiáng)化相相配合的組織結(jié)構(gòu)，大量高硬度的碳化物彌散分布保證了堆焊金屬的高硬度及高耐磨性，板 條馬氏體基本的高韌性又保證了堆焊金屬的高抗裂性。因此，多層堆焊后焊縫表面無裂紋， 抗沖擊性能好，堆焊層硬度高達(dá)55飛1HRC，耐磨損性能優(yōu)良?？捎糜诟邞?yīng)力磨料磨損及應(yīng)力 交變載荷的工況條件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合藥芯組分的具體實(shí)施配比對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例提到的含量均為質(zhì)量含量。實(shí)施例1
金紅石13%，氟化物26%，鎂砂3%，鉀長石2%，鋁鎂合金2%，金屬鉻21%，片 狀石墨5%，45#硅鐵4%，金屬錳7%，鉬鐵5%，釩鐵3%，金屬鎢7%，稀土 2%，藥粉重 量填充率為18%。配方中，氟化物包括氟硅酸鈉和鉀冰晶石兩種，其中氟硅酸鈉18%，鉀冰晶石 8% ；鋁鎂合金中鋁的質(zhì)量含量為47 53%，鎂的質(zhì)量含量>47% ；鉬鐵中鉬的質(zhì)量含量為 ^ 55% ；釩鐵中釩的質(zhì)量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質(zhì)量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質(zhì) 量含量為43 47%。稀土規(guī)格為REO彡83%, Ce02/RE0彡45，F(xiàn)彡26%。實(shí)施例2
金紅石30%，氟化物5%，鎂砂3%，石英5%，鉀長石2%，鋁鎂合金2%，金屬鉻 14%，片狀石墨6%，45#硅鐵2%，金屬錳8%，鉬鐵7%，釩鐵6%，硼鐵2 %，金屬鎢 6%，稀土 2%。藥粉填充率為22%。配方中，氟化物為螢石；鋁鎂合金中鋁的質(zhì)量含量為47 53%，鎂的質(zhì)量含量 ^ 47% ；鉬鐵中鉬的質(zhì)量含量為> 55% ；釩鐵中釩的質(zhì)量含量為3纊45% ；硼鐵中硼的質(zhì)量 含量為19 25%；硅鐵中硅的質(zhì)量含量為43 47%。稀土規(guī)格為REO ^83%,Ce02/RE0彡45， F 彡 26%。實(shí)施例3
金紅石17%，氟化物7%，鎂砂5%，石英3%，鉀長石4%，鋁鎂合金3%，金屬鉻 20%，片狀石墨8%，45#硅鐵2%，金屬錳9%，鉬鐵6%，釩鐵4%，金屬鎢8%，稀土 4%， 余量為鐵粉。藥粉填充率為20%。配方中，氟化物包括螢石和鉀冰晶石兩種，其中螢石5%，鉀冰晶石2% ；鋁鎂合 金中鋁的質(zhì)量含量為47 53%，鎂的質(zhì)量含量> 47% ；鉬鐵中鉬的質(zhì)量含量為> 55% ；釩 鐵中釩的質(zhì)量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質(zhì)量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質(zhì)量含量為 43 47%。稀土規(guī)格為 REO 彡 83%, Ce02/RE0 彡 45，F(xiàn) 彡 26%。實(shí)施例4
金紅石15%、氟化物5%，鎂砂14%，鉀長石8%，鋁鎂合金5%，金屬鉻14%，片 狀石墨5%，45#硅鐵5%，金屬錳7%，鉬鐵6%，釩鐵0%，硼鐵8%，金屬鎢6%，稀土 2%，余量為鐵粉。藥粉填充率為20%。配方中，氟化物包括氟硅酸鈉和鉀冰晶石兩種，其中氟硅酸鈉3 %，鉀冰晶石 2% ；鋁鎂合金中鋁的質(zhì)量含量為47飛3%，鎂的質(zhì)量含量>47% ；鉬鐵中鉬的質(zhì)量含量為 ^ 55% ；釩鐵中釩的質(zhì)量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質(zhì)量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質(zhì)量含量為43 47%。稀土規(guī)格為REO彡83%, Ce02/RE0彡45，F(xiàn)彡26%。按照上述實(shí)施例將各種礦物粉與合金粉過篩稱量后充分混合均勻，顆粒度控制在 8(Γ160目，然后在藥芯焊絲制造設(shè)備上經(jīng)過Η08Α薄鋼帶的放卷、軋為U型、加入混均勻的藥 芯粉、軋制封口成0型、合理逐道拉拔減徑和繞絲成盤，制成直徑為1.2 1. 6mm的藥芯焊絲。 用KR-500型氣保焊機(jī)進(jìn)行焊縫堆焊試驗(yàn)，焊接電流16(Γ180Α，電弧電壓26 28V，干伸長度 25mm，氣體流量22 24L/min。堆焊層硬度試驗(yàn)采用HR-150洛氏試驗(yàn)機(jī)，載荷為150kg，對每 個實(shí)施例堆焊層取5個點(diǎn)打硬度，最后得到該例堆焊層的平均洛氏硬度值?？沽研栽囼?yàn)采 用焊前無預(yù)熱、焊后無緩冷條件堆焊5層，目測裂紋。堆焊層熔敷金屬硬度、抗裂性見表1。 采用STECTR0MAXX直讀光譜儀測試實(shí)施例堆焊層的化學(xué)成分，堆敷金屬的化學(xué)成分見表2。表1各實(shí)施例熔敷金屬的硬度、耐磨性及抗裂性
權(quán)利要求
1.一種高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，包括焊絲和藥芯組成，焊絲形狀為 中空的圓形細(xì)絲，其特征是焊絲原料采用普通低碳鋼冷軋鋼帶，填充藥芯粉末重量占焊 絲總重量的17 2洲；藥芯的組分及重量百分比為金紅石13 30%、氟化物516%，鎂 砂3 14%，石英0 10%，鉀長石2 8%，鋁鎂合金2 5%，金屬鉻14 33 %，片狀石墨 5 15%，45#硅鐵:2 5%，金屬錳7 11%，鉬鐵:5 12%，釩鐵:0 6%，硼鐵:0 5%，金屬鎢 6 12%，稀土 2、％，余量為還原鐵粉；所述的氟化物為螢石、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、鉀冰晶石 中的一種或幾種任意比例的的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的鋁 鎂合金中鋁的質(zhì)量含量為47 53%，鎂的質(zhì)量含量> 47% ；鉬鐵中鉬的質(zhì)量含量為> 55% ； 釩鐵中釩的質(zhì)量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質(zhì)量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質(zhì)量含量為 43 47%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的稀 土規(guī)格為 REO ≥ 83%, Ce02/RE0 ≥ 45，F(xiàn) ≥ 26。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的稀 土牌號為REF3-I。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的焊 絲的直徑為Φ 1.2 Φ 1.6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5任一項(xiàng)所述高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，其 特征是藥芯配方中藥粉的顆粒度控制在8(Γ160目，其中的礦物粉經(jīng)40(T60(TC烘干廣2 小時，合金粉經(jīng)10(Γ130 烘干廣2小時，后在混料機(jī)中均勻混合60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種高硬度二氧化碳?xì)怏w保護(hù)堆焊藥芯焊絲，焊絲原料采用普通低碳鋼冷軋鋼帶，填充藥芯粉末重量占焊絲總重量的17~22%；藥芯含金紅石13~30％、氟化物5~26％，鎂砂3~14％，石英0~10％，鉀長石2~8％，鋁鎂合金2~5%，金屬鉻14~33％，片狀石墨5~15％，45#硅鐵2~5％，金屬錳7~11％，鉬鐵5~12％，釩鐵0~6%，硼鐵0~5%，金屬鎢6~12%，稀土2~8%，余量為鐵。本發(fā)明中的焊絲焊接工藝優(yōu)良，焊接過程中電弧穩(wěn)定，可全位置焊接，熔渣覆蓋良好，脫渣容易，焊縫成型美觀；多層堆焊后焊縫表面無裂紋，抗沖擊性能好，堆焊層硬度高達(dá)55~61HRC，耐磨損性能優(yōu)良。
文檔編號B23K35/36GK102069322SQ201010603609
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者劉瞿, 王效蓮 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所