一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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：52～58％的高碳鉻鐵；2～12％的硼鐵；6～10％的錳粉；2～5％的石墨；0～4％的硅鐵；1～3％的碳化鋯；0.5～1.5％的鋁鎂合金；0.5～2％的鈦酸鉀鈉，余量為鐵粉，藥芯填充率為46～50％。本發明焊絲在保持高硬度和優良耐磨性能的同時，還具有焊接飛濺數量少、飛濺顆粒尺寸小的特點，從而大大提高材料利用率和堆焊效率，降低清理飛濺成本。
【專利說明】—種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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，具體地涉及一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲。
【背景技術】
[0002]目前耐磨堆焊材料主要有手工焊條、帶級焊帶和焊絲。其中堆焊用焊絲主要有耐磨焊絲和自保護藥芯焊絲。自保護藥芯焊絲在堆焊過程中不需要外加氣體或焊劑保護，自動化程度高，焊道表面無渣，可以多層連續施焊而無需清渣，熔敷效率高，因此具有簡便、高效、低成本的優點。但是由于自保護藥芯焊絲完全靠自身實現自保護效果和形成焊縫，研發難度很大，當前市場上的自保護堆焊藥芯焊絲很容易在焊接過程中產生很大的飛濺，尤其包含較多的大顆粒飛濺，工程實踐中需要工人費勁清理，這不但破壞了堆焊過程的連續性，而且造成了熔敷金屬的浪費。
[0003]焊接飛濺一股分為大顆粒和小顆粒飛濺。必須及時清理往往是大顆粒飛濺。因此，盡快研制一種無渣自保護堆焊藥芯焊絲，該焊絲焊接飛濺數量少，以提高材料利用率；同時飛濺顆粒尺寸小，以免除清理成本，便成為緊迫的現實需求。
【發明內容】
[0004]發明目的:為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲。
[0005]技術內容:為實現上述技術目的，本發明提出一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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:52?58%的高碳鉻鐵、2?12%的硼鐵、6?10%的錳粉、2?5%的石墨、O?4%的硅鐵、I?3%的碳化鋯、0.5?1.5%的鋁鎂合金、0.5?2%的鈦酸鉀鈉，余量為鐵粉，藥芯占焊絲的比例為46?50%。
[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；所述的硼鐵含硼量為19?25wt%，其余為鐵；所述的硅鐵含硅量為72?80wt%，其余為鐵；所述的鋁鎂合金含鋁量為47?53wt%，其余為鎂。
[0007]優選地，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 4.1Omm 中
的任意一種。
[0011]上述飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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:
[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46?50%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]藥芯中各組分的作用如下:
[0015]高碳鉻鐵:高碳鉻鐵向堆焊金屬中過渡合金元素Cr，并提供C元素，其中的一部分C會起到脫氧作用，另一部分會過渡到熔敷金屬中并與強碳化物形成元素結合形成硬質相。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]石墨:脫氧，向熔池中提供C元素。
[0019]硅鐵:脫氧，降低熔滴表面張力，并改善熔池流動性。
[0020]碳化鋯:向堆焊金屬提供硬質耐磨質點。
[0021]鋁鎂合金:脫氧、固氮，增強電弧導電性。
[0022]鈦酸鉀鈉:柔化電弧，增強電弧穩定性。
[0023]有益效果:本發明在藥芯中添加穩弧劑(如鈦酸鉀鈉)，柔化了電弧，增強了電弧穩定性；添加能夠降低熔滴表面張力的元素(如硼鐵、硅鐵)，減小了飛濺顆粒尺寸；添加能夠增強電弧導電性的元素(如鈦酸鉀鈉、鋁鎂合金、石墨)，從而增強了電弧導電性；適當控制冶金氣體的析出量(如控制石墨添加量，避免過多CO析出增大飛濺)；適當控制焊接反應的放熱程度(如控制鋁鎂合金添加量，使之不過量)；保證石墨含量不超過5%，控制住氣體析出總量；并保證鋁鎂合金含量不超過1.5%，成功控制冶金反應的放熱程度；以上措施的綜合效果使得自保護堆焊藥芯焊絲的焊接飛濺數量很少，同時飛濺顆粒很小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明飛濺收集試驗示意圖(1-焊道；2-飛濺；3-焊絲；4-工件；5_水槽)。【具體實施方式】
[0025]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。其中，各實施例中所使用的高鉻鑄鐵含碳量為9?10Wt%，含鉻量為60?70wt%，其余為鐵；硼鐵含硼量為19?25wt%，其余為鐵；硅鐵含硅量為72?80wt%，其余為鐵；鋁鎂合金含鋁量為47?53wt%，其余為鎂。
[0026]實施例1
[0027]—種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲，藥芯成分按以下質量進行配制:52g的高碳鉻鐵、2g的硼鐵、6g的猛粉、5g的石墨、Ig的碳化錯、0.5g的招鎂合金、0.5g的鈦酸鉀鈉、33g鐵粉，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16 X 0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為46%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其順次通過直徑為
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。堆焊金屬飛濺數量、飛濺顆粒尺寸分布、硬度及耐磨性見表I。
[0028]實施例2
[0029]一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲，藥芯成分按以下質量進行配制:54g的聞碳絡鐵、5g的砸鐵、8g的猛粉、3g的石墨、Ig的娃鐵、2g的碳化錯、Ig的鋁鎂合金、Ig的鈦酸鉀鈉、25g鐵粉，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16 X 0.3mm的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為49%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其順次通過直徑為 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。堆焊金屬飛濺數量、飛濺顆粒尺寸分布、硬度及耐磨性見表I。
[0030]實施例3
[0031]一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲，藥芯成分按以下質量進行配制:56g的聞碳絡鐵、12g的砸鐵、8g的猛粉、4g的石墨、4g的娃鐵、2.5g的碳化鋯、Ig的鋁鎂合金、1.5g的鈦酸鉀鈉、Ilg鐵粉，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47 %。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其順次通過直徑為 4.10mm、3.80mm、3.45mm、3.15mm、2.85m.m、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。堆焊金屬飛濺數量、飛濺顆粒尺寸分布、硬度及耐磨性見表I。
[0032]實施例4
[0033]一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣自保護堆焊藥芯焊絲，藥芯成分按以下質量進行配制:58g的聞碳絡鐵、8g的砸鐵、IOg的猛粉、2g的石墨、3g的娃鐵、3g的碳化錯、
1.5g的鋁鎂合金、2g的鈦酸鉀鈉、12.5g鐵粉，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50%。再將U形槽合口，使藥粉包裹其中。接著使其順次通過直徑為 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。堆焊金屬飛濺數量、飛濺顆粒尺寸分布、硬度及耐磨性見表I。
[0034]表I所測量硬度采用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]測量飛濺的方法:首先在水槽中側置一墊底的鐵塊，然后將一塊尺寸為160mmX20mmX 15mm的試板置于墊塊上,在選定的焊接工藝參數下于試板上實施堆焊。焊縫寬度接近于試樣寬度15_，焊接飛濺將會盡數落入水槽中。焊后收集飛濺顆粒，待干后測量。示意圖見圖1。[0036]磨損實驗采用MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗機。
[0037]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。
[0038]表1各實施例堆焊金屬飛濺數量、飛濺顆粒尺寸、硬度及耐磨性
[0039]
【權利要求】
1.一種飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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:52?58%的高碳鉻鐵、2?12%的硼鐵、6?10%的錳粉、2?5%的石墨、O?4%的硅鐵、I?3%的碳化鋯、0.5?1.5%的鋁鎂合金、0.5?2%的鈦酸鉀鈉，余量為鐵粉，藥芯占焊絲的比例為46 ?50%。
2.根據權利要求1所述的飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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；所述的硼鐵含硼量為19?25wt%，其余為鐵；所述的硅鐵含硅量為72?80wt%，其余為鐵；所述的鋁鎂合金含鋁量為47?53wt%，其余為鎂。
3.根據權利要求1所述的飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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所述的飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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所述的飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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0.4 X 18mm或0.5 X 21mm。
6.根據權利要求1所述的飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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 4.10mm中的任意一種。
7.權利要求1所述的飛濺數量少且飛濺顆粒尺寸小的無渣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46?50%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】B23K35/30GK103753053SQ201410033784
【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