本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域，具體地涉及一種含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)藥芯焊絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于自保護(hù)藥芯焊絲具有操作簡便，無需外加保護(hù)氣體，熔敷效率高的優(yōu)點(diǎn)，其在大型耐磨部件的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方面，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，自保護(hù)藥芯焊絲在焊接過程中只能依靠藥芯組分來實(shí)現(xiàn)脫氧、固氮、造氣等功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熔融金屬的保護(hù)。而諸多的脫氧劑，往往在某一個(gè)高溫時(shí)間段內(nèi)更易發(fā)生脫氧反應(yīng)，從而迅速被大量消耗，從而無法保證在整個(gè)焊接溫度變化區(qū)間范圍均有發(fā)生脫氧反應(yīng)，特別是在焊接后期熔池階段的脫氧效果。這就導(dǎo)致當(dāng)前自保護(hù)堆焊藥芯焊絲容易出現(xiàn)氣孔、飛濺大、焊縫成形差等難題，工藝性能尚存進(jìn)一步提升的空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)藥芯焊絲，本發(fā)明的另一目的是提供該藥芯焊絲的制備方法。
技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明的含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于低碳鋼帶中，所述藥芯包含如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分：62～75wt％的高碳鉻鐵，10％～25％的脫氧劑，余量為鐵粉，其中，所述脫氧劑為石墨、纖維素粉末、鋁鎂合金及硅錳合金所組成的機(jī)械混合物，所述石墨、纖維素粉末、鋁鎂合金及硅錳合金分別由至少兩種不同粒度組成，其中至少一種粒度為較粗粒度，如40目、50目、60目、70目、80目等，一種為較細(xì)粒度，如160目、170目、180目、200目、250目、300目等，所述藥芯占焊絲質(zhì)量的52～56wt％。
進(jìn)一步地，所述不同粒度的石墨由60目石墨和200目石墨以組合的方式加入，所述60目石墨的加入量相當(dāng)于藥芯質(zhì)量的1～3wt％，所述200目石墨的加入量相當(dāng)于所述藥芯質(zhì)量的1.5～2.5wt％。
進(jìn)一步地，所述不同粒度的纖維素粉末由60目纖維素粉末和200目纖維素粉末以組合的方式加入，所述60目纖維素粉末的加入量相當(dāng)于藥芯質(zhì)量的1～2.5wt％，所述200目纖維素粉末的加入量相當(dāng)于所述藥芯質(zhì)量的0.5～1wt％。
進(jìn)一步地，所述不同粒度的鋁鎂合金由60目鋁鎂合金和200目鋁鎂合金以組合的方式加入，所述60目鋁鎂合金和200目鋁鎂合金的加入量均相當(dāng)于所述藥芯質(zhì)量的1～3wt％。
進(jìn)一步地，所述不同粒度的硅錳合金由60目硅錳合金和200目硅錳合金以組合的方式加入，所述60目硅錳合金和200目硅錳合金的加入量均相當(dāng)于所述藥芯質(zhì)量的2～5wt％。
進(jìn)一步地，所述藥芯中的高碳鉻鐵及鐵粉組分的粒徑均等于80目。
進(jìn)一步地，所述的高碳鉻鐵含碳量為9.0～9.5wt％，含鉻量為62～72wt％，其余為鐵；所述的鋁鎂合金含鋁量為47～53wt％，其余為鎂；所述的硅錳合金含硅量為47～53wt％，其余為錳。
進(jìn)一步地，所述低碳鋼帶厚度×寬度為0.5×21mm。
進(jìn)一步地，所述焊絲的直徑為2.8mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm和4.2mm中的任意一種。
本發(fā)明進(jìn)一步提出上述含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)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帶軋成U形，然后通過送粉裝置將藥芯的粉末按照焊絲總重的52～56wt％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(dá)到2.8～4.2mm，得到最終產(chǎn)品。
在上述藥芯中各組分主要作用如下：
高碳鉻鐵：形成Cr7C3，Cr23C6，Cr3C等鉻的碳化物；并向基體組織中過渡C。
石墨：脫氧，造氣(CO)，降低氣孔敏感性；提供C元素。
纖維素：脫氧，造氣，增強(qiáng)自保護(hù)效果。
鋁鎂合金：脫氧，固氮(從空氣中侵入焊接金屬中的N)，增強(qiáng)自保護(hù)效果。
硅錳合金：脫氧，增強(qiáng)自保護(hù)效果；過渡合金元素Mn及元素Si。
由上述技術(shù)方案和藥芯中各組分的作用簡述可以明了，本發(fā)明由于同時(shí)在藥芯中添加不同粒度的脫氧劑，具體地包括不同粒度的石墨、纖維素、鋁鎂合金及硅錳合金。在整個(gè)焊接過程中，既有溫度極高的熔滴階段，又有溫度稍低的熔池階段，無論哪個(gè)階段都需要有效避免空氣污染才能得到合格的焊接熔敷金屬，通過前期大量的工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過不同粒度的上述藥芯組分可以明顯改善焊絲的自保護(hù)效果，這是因?yàn)椴煌６鹊姆勰┚哂胁煌难趸钚浴?/p>
通過成分粒度控制化學(xué)冶金反應(yīng)活性的新思路，在藥芯中添加極細(xì)的200目石墨、纖維素、鋁鎂合金及硅錳合金，利用其在焊接升溫階段進(jìn)行有效的先期脫氧，同時(shí)在藥芯中添加較粗的60目石墨、纖維素、鋁鎂合金及硅錳合金，使之保留在熔滴高溫階段及熔池階段，也能夠進(jìn)行有效的脫氧造氣，特別是能夠保證焊接后期熔池階段的脫氧效果，從而保證在整個(gè)焊絲受熱、熔化、形成熔滴、熔滴過渡、形成熔池并開始凝固的焊接冶金全程均具備良好的自保護(hù)效果，從而實(shí)現(xiàn)了本焊絲在沒有添加任何礦物粉造渣劑的情況下，仍然能夠具備良好的焊接工藝性能及焊接金屬表面成形，應(yīng)注意的是，其他不同粗細(xì)粒度的組合，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)該技術(shù)效果的，也落入本發(fā)明的構(gòu)思。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明通過成分粒度控制化學(xué)冶金反應(yīng)活性的新思路，在藥芯中分別組合添加極細(xì)的200目和較粗的60目石墨、纖維素、鋁鎂合金及硅錳合金，有效保證在整個(gè)焊絲受熱、熔化、形成熔滴、熔滴過渡、形成熔池并開始凝固的焊接冶金全程均具備良好的自保護(hù)效果，從而實(shí)現(xiàn)了本焊絲在沒有添加任何礦物粉造渣劑的情況下，仍然能夠具備良好的焊接工藝性能。
(2)本發(fā)明的藥芯焊絲無氣孔、飛濺小、焊道成形良好，合金均勻化程度高，堆焊層表面硬度均勻，不同焊絲平均硬度在60～65HRC范圍。耐磨性為Q235的20～35倍。
(3)本發(fā)明提供的制備方法簡單可重復(fù)，所制備的焊絲在使用時(shí)焊道表面基本無渣，多層焊無需清渣，焊絲制造成本低廉。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋說明。因理解的是，下述實(shí)施例是為了更好的解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。其中，下列各實(shí)施例中所使用的高碳鉻鐵含碳量為9.0～9.5wt％，含鉻量為62～72wt％，其余為鐵；所述的鋁鎂合金含鋁量為47～53wt％，其余為鎂；所述的硅錳合金含硅量為47～53wt％，其余為錳。
實(shí)施例1
一種含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：75g的80目高碳鉻鐵，10g的不同粒度脫氧劑，15g的80目鐵粉。其中，脫氧劑為不同粒度的石墨、纖維素粉末、鋁鎂合金及硅錳合金所組成的機(jī)械混合物，具體為：1g的60目石墨，1.5g的200目石墨，1g的60目纖維素粉末、0.5g的200目纖維素粉末，1g的60目鋁鎂合金、1g的200目鋁鎂合金，2g的60目硅錳合金、2g的200目硅錳合金。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21×0.5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為56％。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4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8～4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280～420A，焊接電壓為30～42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150～250℃，堆焊3層。堆焊層成形、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例2
一種含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：62g的80目高碳鉻鐵，25g的不同粒度脫氧劑，13g的80目鐵粉。其中，脫氧劑為不同粒度的石墨、纖維素粉末、鋁鎂合金及硅錳合金所組成的機(jī)械混合物，具體為：3g的60目石墨，2.5g的200目石墨，2.5g的60目纖維素粉末、1g的200目纖維素粉末，3g的60目鋁鎂合金、3g的200目鋁鎂合金，5g的60目硅錳合金、5g的200目硅錳合金。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21×0.5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為52％。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4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8～4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280～420A，焊接電壓為30～42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150～250℃，堆焊3層。堆焊層成形、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例3
一種含有不同粒度脫氧劑的低成本自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：包括低碳鋼帶和藥芯，藥芯填充于鋼帶中，藥芯成分按以下質(zhì)量進(jìn)行配制：68g的80目高碳鉻鐵，17.8g的不同粒度脫氧劑，14.2g的80目鐵粉。其中，脫氧劑為不同粒度的石墨、纖維素粉末、鋁鎂合金及硅錳合金所組成的機(jī)械混合物，具體為：2g的60目石墨，2g的200目石墨，2g的60目纖維素粉末、0.8g的200目纖維素粉末，2g的60目鋁鎂合金、2g的200目鋁鎂合金，4g的60目硅錳合金、3g的200目硅錳合金。將所取各種粉末置入混粉機(jī)內(nèi)，混合40分鐘，然后把混合粉末加入U(xiǎn)形的21×0.5mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為54％。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4.2mm、3.8mm、3.5mm、3.2mm、2.8mm的拉絲模中的一種或多種，逐道拉拔、減徑，最后獲得直徑為2.8～4.2mm的產(chǎn)品。焊接電流為280～420A，焊接電壓為30～42V，焊接速度為0.4m/min，層間溫度控制在150～250℃，堆焊3層。堆焊層成形、硬度及耐磨性見表1。
表1所列硬度采用HR-150A洛氏硬度計(jì)，荷載150Kg，對(duì)每一個(gè)測(cè)試樣取5點(diǎn)硬度，計(jì)算平均硬度值。磨損實(shí)驗(yàn)采用MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)。
將每個(gè)實(shí)施例的堆焊層切五個(gè)尺寸為57×25×6mm磨損試樣。磨損實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：橡膠輪直徑：178mm，橡膠輪轉(zhuǎn)速：240轉(zhuǎn)/分，橡膠輪硬度：70(邵爾硬度)，載荷：10Kg，橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)：預(yù)磨1000轉(zhuǎn)，正式試驗(yàn)轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用Q235鋼作為對(duì)比樣，對(duì)比件失重量與測(cè)量件失重量之比作為堆焊樣的相對(duì)耐磨性ε。
表1各實(shí)施例堆焊金屬硬度與耐磨性
以上實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思起到說明示例作用，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍內(nèi)，進(jìn)行修改和等同替換，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。