专利名称：堆焊用自保护药芯焊丝和用途的制作方法
技术领域：
本发明属于复合材料加工领域，具体涉及高耐磨堆焊用自保护药芯焊丝，及用于磨煤辊及其磨盘，生料磨辊及其磨盘、各种大面积耐磨板等产品的堆焊。
背景技术：
目前国内的堆焊普遍采用手工电弧堆焊、埋弧堆焊等方式，但对于大型工件如磨煤辊及其磨盘，生料磨辊及其磨盘、各种大面积耐磨板等产品的堆焊时，目前的堆焊工艺存在不同问题①手工电弧焊不能连续、自动施焊，堆焊效率太低，工人工作环境恶劣、劳动强度大；②埋弧堆焊每堆焊一公斤焊丝需要消耗约一点五公斤以上的焊剂，同时需要专用的焊剂输送和回收装置，增加了堆焊的成本；③手工电弧焊及埋弧堆焊的焊接线能量普遍高于20000J以上，堆焊层的焊接应力大，焊接残余应力大，当进行高硬度材料的大面积多层焊时，会造成堆焊层自身的剥落，因此无法实现大面积、大厚度高耐磨工件的多层堆焊。自保护药芯焊丝堆焊技术是近期国外快速发展的新型表面工程技术。
与手工电弧焊和埋弧堆焊相比，自保护药芯焊丝堆焊具有很多优点①自保护药芯焊丝堆焊可以实现自(半)动堆焊，因此堆焊效率高；②无需外加保护气体和焊剂，因此焊接设备简化，重量轻，超作灵活，便于现场自动堆焊，焊枪结构简化，可以方便的在焊枪上方增加排尘设备，因此堆焊工作环境得到改善；③自保护药芯焊丝无需外加保护气体和焊剂，减少了焊接辅材的费用，降低了堆焊成本；④在自保护药芯焊丝电弧焊过程中，电弧在钢皮上燃烧，导电面积相对于实芯焊丝和焊条小，电流密度增大，熔敷速度加快，因此自保护药芯焊丝相对于实芯焊丝和手工焊条熔敷速度快；⑤自保护药芯焊丝堆焊的焊接线速度可以达到一米以上，远高于手工电弧焊和埋弧堆焊的焊接线速度，因此自保护药芯焊丝堆焊时的焊接线能量就远小于手工电弧焊和埋弧堆焊的焊接线能量，因此，采用自保护药芯焊丝堆焊得到的堆焊层焊接应力小，焊接应力释放彻底，堆焊层的残余应力小，这是手工电弧焊和埋弧堆焊无法比拟的。
发明内容
本发明的目的是提供堆焊明弧用自保护药芯焊丝。
本发明的再一目的是提供目的一的产品用于磨煤辊及其磨盘，生料磨辊及其磨盘、各种大面积耐磨板等的堆焊。
本发明的高耐磨、耐腐蚀堆焊明弧用自保护药芯焊丝的药芯粉由合金粉与矿物质粉混合而成，所述的药芯由以下成分组成，以质量百分比计50～80％碳化金属铬，4～10％金属锰，2～6％75#硅铁，1～3％锆硅铁，3～6％石墨，1～3％白云石，0.1～3％天然金红石，1～6％金属钼，3～6％金属铌，2～8％金属钒，0.1～2％金属钨，0.1～3％Na2SiF6，1～3％ZrO2，0.1～2％NaF。
所述的药芯粉末的粒度一般为-80目。
药芯中的主要成分作用如下碳化金属铬在焊丝中引入C和Cr，随着药芯中的含C量增加，堆焊层的硬度和耐磨性增加，但当堆焊层中的含C量超过6.5wt％时，堆焊层的抗剥落能力下降。加入碳化金属铬保证了堆焊层中合适的碳和铬浓度、比例，形成最大比例的Cr7C3，使堆焊层的耐磨性提高。
金属锰Mn是良好的脱氧和脱硫剂，并具有固溶强化作用，能提高淬硬性。
75#硅铁(75号硅铁)Si有很强的脱氧能力，作为药芯焊丝的脱氧剂，还可以起到降低熔池的表面张力的作用。
锆硅铁Zr作为变质剂已逐渐在冶炼行业得到推广，但在焊接材料制造行业中还应用很少。Zr与C的结合力极强，在熔池凝固的过程中，首先化合析出，形成了晶粒核心，诱发碳化物的析出，增加堆焊金属单位体积内的晶粒数量。具有很强的促进碳化物析出和细化晶粒作用。
石墨石墨在电弧的作用下与电弧周围环境的氧发生发应，产生CO、CO2气体，阻隔空气中的氮进入电弧，对电弧起到脱氧和造气保护作用。同时少量的C进入金属熔池增加了金属熔池中C的浓度，增加堆焊层的硬度和耐磨性。
ZrO2俗称锆英石，主要起造渣作用，调整熔渣的物理化学性能，改善脱渣性。
白云石主要由CaCO3和MgCO3组成，受热分解产生CO2气体和Ca2+、Mg2+离子，CO2气体对电弧起气体保护作用，而Ca2+、Mg2+离子可以稳定电弧。
Na2SiF6调整熔渣熔化温度，降低熔渣粘度，降低熔渣表面张力。
Mo、Nb、V均为强碳化物形成元素，在熔池中优先析出，有利于细化晶粒。同时与Cr、C形成复合碳化物，提高堆焊层的耐磨性、尤其是高温耐磨性。
本发明的堆焊明弧用自保护药芯焊丝的制备是采用现有的药芯焊丝制备设备即可生产，主要步骤如下①首先通过成型轧辊将一定宽度和厚度的钢带轧制成“U”型，然后通过送粉装置将本发明的药芯材料按本发明焊丝总重的40～60wt％加入到“U”型槽中；②通过合口轧辊将钢带合口，并继续轧至3.8mm～4.0mm，然后经拉拔设备拉拔、减径，使焊丝直径达到2.0～3.2mm，获得最终产品。
本发明的堆焊明弧用自保护药芯焊丝能够用于磨煤辊及其磨盘，生料磨辊及其磨盘、各种大面积耐磨板等的堆焊。
采用本发明药芯焊丝进行堆焊时(特别适于明弧堆焊工艺)，无需外加保护气体或焊剂，电弧稳定、飞溅极小，焊道成型美观，裂纹分布合理。主要用于磨煤辊及其磨盘，生料磨辊及其磨盘、各种大面积耐磨板等产品的堆焊。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1.
药芯成分按以下质量百分数进行配制碳化金属铬78.5％，金属锰5％，75#硅铁3％，锆硅铁1.5％，石墨3.1％，白云石1％，天然金红石0.1，金属钼1％，金属铌3％，金属钒2％，金属钨0.2％，Na2SiF60.5％，ZrO21％，NaF 0.1％。所有的药芯粉末的粒度为-80目，配制药粉1000g。将配制好的粉末在混粉设备内混合1小时。选用16.5×0.3mm2(宽度16.5mm，厚度0.4mm)的H08A冷轧带钢。经轧机成型辊轧制成“U”型，将混合好的药芯粉末按45％的填充率加入到“U”型槽，经轧机合口、轧制减径至3.8mm，然后经拉拔设备顺序通过直径为3.6，3.4，3.2，3.0，2.9，2.8的拉丝模，拉拔减径，最后获得直径为2.8mm的产品。该焊丝堆焊层(三层)的硬度为HRc63。可以堆焊修复磨煤辊及其磨盘。
实施例2.
药芯成分按以下质量百分数进行配制碳化金属铬65.5％，金属锰4％，75#硅铁2％，锆硅铁2.5％，石墨4％，白云石1.5％，天然金红石1％，钼粉4.5％，铌粉4％，金属钒4％，金属钨1.5％，Na2SiF62％，ZrO22.5％，NaF 1％。所有的药芯粉末的粒度为-80目，配制药粉1000g。将配制好的粉末在混粉设备内混合1小时。选用16.5×0.3mm2(宽度16.5mm，厚度0.4mm)的H08A冷轧带钢。经轧机成型辊轧制成“U”型，将混合好的药芯粉末按50％的填充率加入到“U”型槽，经轧机合口、轧制减径至3.8mm，然后经拉拔设备顺序通过直径为3.6，3.4，3.2，3.0，2.8，2.6，2.5，2.4的拉丝模，拉拔减径，最后获得直径为2.4mm的产品。该焊丝堆焊层(三层)的硬度为HRc61。可以堆焊修复生料磨辊及其磨盘，还可以堆焊承受300℃～600℃温度下工作的耐磨粒磨损的工件。
实施例3.
药芯成分按以下质量百分数进行配制碳化金属铬60％，金属锰4％，75#硅铁2％，锆硅铁1％，石墨4.5％，白云石1.8％，天然金红石1.8％，钼粉4.8％，铌粉6％，金属钒8％，钨粉1.8％，Na2SiF61％，ZrO21.5％，NaF 1.8％。所有的药芯粉末的粒度为-80目，配制药粉1000g。将配制好的粉末在混粉设备内混合1小时。选用16.5×0.3mm2(宽度16.5mm，厚度0.4mm)的H08A冷轧带钢。经轧机成型辊轧制成“U”型，将混合好的药芯粉末按50％的填充率加入到“U”型槽，经轧机合口、轧制减径至3.8mm，然后经拉拔设备顺序通过直径为3.6，3.4，3.2，3.0，2.8，2.6，2.5，2.4的拉丝模，拉拔减径，最后获得直径为2.4mm或2.8mm的产品。该焊丝堆焊层(三层)的硬度为HRc61。可以堆焊修复生料磨辊及其磨盘，还可以堆焊承受600℃～950℃温度下工作的耐磨粒磨损的工件。
实施例4.
药芯成分按以下质量百分数进行配制碳化金属铬50％，金属锰10％，75#硅铁6％，锆硅铁3％，石墨6％，白云石3％，天然金红石3％，钼粉5％，铌粉3％，金属钒2.5％，钨粉2％，Na2SiF63％，ZrO23％，NaF 0.5％。所有的药芯粉末的粒度为-80目，配制药粉1000g。将配制好的粉末在混粉设备内混合1小时。选用16.5×0.3mm2(宽度16.5mm，厚度0.4mm)的H08A冷轧带钢。经轧机成型辊轧制成“U”型，将混合好的药芯粉末按50％的填充率加入到“U”型槽，经轧机合口、轧制减径至3.8mm，然后经拉拔设备顺序通过直径为3.6，3.4，3.2，3.0，2.8，2.6，2.5，2.4的拉丝模，拉拔减径，最后获得直径为2.4mm或2.8mm的产品。该焊丝堆焊层(三层)的硬度为HRc61。可以堆焊修复生料磨辊及其磨盘，还可以堆焊承受600℃～950℃温度下工作的耐磨粒磨损的工件。
权利要求
1.一种堆焊用自保护药芯焊丝，药芯粉由合金粉与矿物质粉混合而成，其特征是，所述的药芯由以下成分组成，以质量百分比计50～80％碳化金属铬，4～10％金属锰，2～6％75#硅铁，1～3％锆硅铁，3～6％石墨，1～3％白云石，0.1～3％天然金红石，1～6％金属钼，3～6％金属铌，2～8％金属钒，0.1～2％金属钨，0.1～3％Na2SiF6，1～3％ZrO2，0.1～2％NaF。
2.一种根据权利要求1所述的堆焊用自保护药芯焊丝的用途，其特征是所述的堆焊用自保护药芯焊丝能够用于磨煤辊及其磨盘，生料磨辊及其磨盘、各种大面积耐磨板的堆焊。
全文摘要
本发明属于复合材料加工领域，具体涉及堆焊用自保护药芯焊丝及其用途。本发明的药芯粉由合金粉与矿物质粉混合而成，所述的药芯成分由以下成分组成，以质量百分比计50～80％碳化金属铬，4～10％金属锰，2～6％7文档编号B23K35/368GK101081467SQ20071011912
公开日2007年12月5日 申请日期2007年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者杜荣臻, 李淑华 申请人:李淑华, 杜荣臻