预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方法

预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方法
【专利摘要】一种预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方法，包括采用以低碳钢H08A冷轧薄钢带为外层包皮，包皮内配以高碳铬铁、硅铁、石墨和其它金属粉末构成药芯焊丝粉芯，还配以由高碳铬铁、硼铁、硅铁、还原铁粉组成预置合金粉末；焊前，先将合金粉末预置于焊道上，同时配以堆焊电流控制值，设置与预置合金粉末型药芯焊丝质量相结合的调控熔体模式，使其形成包含高碳铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子团簇的非均质熔体，实现以液态高碳高铬原子团簇为成分供体而形核长大为初生M7C3耐磨相凝固的高铬合金的技术方案；它解快了堆焊合金成分来源单一化和堆焊合金的铬含量不易提高的难题；本发明广泛应用于要求耐磨粒磨损零部件的堆焊制造与修复。
【专利说明】
预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种焊道预置合金粉末型药芯焊丝，特别涉及一种预置合金粉末型药 芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方法。
【背景技术】
[0002] 药芯焊丝埋弧焊或者明弧焊作为一种经济和可靠的堆焊方法，通常是在Q235A等 低碳钢或低合金钢零件基体上恪敷高络耐磨合金。但是，受Q235A等母材成分稀释影响，结 合界面处多形成沿晶网状或树枝状的亚共晶组织。该类组织耐磨性一般，萌生裂纹易沿网 状碳化物扩展，造成高铬堆焊合金层碎裂而形成"剥落坑"。其次，耐磨药芯焊丝包粉率一般 为43%~52%，其包裹外皮钢带规格和成分固定，而为了满足药芯焊丝的成型及其堆焊工 艺性能要求，需加入适量其它组分，致使堆焊合金铬含量限制在18%Cr以下，变态共晶（铁 素体+碳化三(铁，铬））/[a-F e+(Fe，Cr)3C]数量较多而使之脆性较大。
[0003] 初生M7C3相为高铬合金的主耐磨相，M包含Fe，Cr等元素，一般由均质熔体经能量起 伏、成分起伏和结构起伏等作用形核长大而成，这需要高的碳组分加入量。堆焊合金碳组分 来源有:石墨、化合碳以及固溶碳的铁合金，其中石墨是使药芯焊丝具备良好拉拔性能的关 键组分，但也导致堆焊熔体碳原子分布过于弥散而导致脆性变态共晶[a-F e+(Fe，Cr)3C] 多。
[0004] 为了提高熔敷效率，药芯焊丝自保护明弧焊时采用500~600A以上的电流值进行 堆焊作业，合金烧损量大而使氧化残渣多。由于工件焊后一般不进行消除应力退火处理，致 使焊缝残余热应力大，裂纹较多。开裂虽然可释放部分残余应力，但这些裂纹在外加载荷的 周期性冲击作用下极易扩展而造成堆焊层大块剥落，甚至延伸到基体而使之失效，严重影 响耐磨工件的服役寿命。

【发明内容】

[0005] 针对上述情况，本发明的目的在于提供一种既有优异耐磨性，又有较高熔敷效率 和较高韧性的预置合金粉末型药芯焊丝。
[0006] 为实现上述目的，一种预置合金粉末型药芯焊丝，包括药芯焊丝粉芯和预置合金 粉末，其组分的质量百分含量分别为：
[0007] 药芯焊丝粉芯
[0008] 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 60-65% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 8~10% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 7~9% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 6~8% 含锰量为78~85%、含碳量为1.5%的中碳锰铁/FeMn80CL5 3~5%
[0009] 含钼量为50%的钼铁/T'eMo50-A 2~3% 碳化钛/TiC 2~3% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 余量 所述药芯焊丝粉芯填充率为 45~47%;:
[0010]预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 45~55% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 24~36%:
[0011] 含硼量为18%的硼铁/_FeB_18C0.5 16~20% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 余量。
[0012]为了进一步优化技术效果，药芯焊丝粉芯和预置合金粉末的较优组成为：
[0013] 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCfTOCEO 65% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 9% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 8% 含钒量为50%的钒铁/'FeV50-A 8%
[0014] 含锰量为78~85%、含碳量为1.5%的中碳锰铁/FeMn80Cl,5 4% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 2% 碳化钛/TiC 2% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 2% 所述药芯焊丝粉芯填充率为 45%;
[0015] 预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70CS.0 55% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 24%
[0016] 含硼量为18%的硼铁/FeB18CU5 16% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 5%β
[0017] 为了进一步优化技术效果，药芯焊丝粉芯和预置合金粉末的较优组成为：
[0018] 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 6:0% 含硅量40~47%的硅铁/FeSi45 10% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 7% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 6%
[0019] 含锰量78~85%、含碳量1.5%的中碳锰铁/FeMn8〇a.5 3% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 3% 碳化钛/TiC 3% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 8% 所述药芯焊丝粉芯填充率为 47%;
[0020] 预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0: 45% 含硅量40~47%的硅铁/FeSi45 36%
[0021] 含硼量为18%的硼铁/FeBl8C0.5 16% 含铁量不低干98%的还原铁粉/Fe 3%〇
[0022] 为了进一步优化技术效果，药芯焊丝粉芯和预置合金粉末的较优组成为：
[0023] 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 63% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 8% 含碳量不低于98%的鱗片石墨/ C 9% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 7%
[0024] 含锰量为78~85%、含碳量为1.5%的中碳锰铁/FeMn80CL5 5% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 3% 碳化钛/TiC 2% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 3% 所述药芯焊丝粉芯填充率为 46%;
[0025]预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 50%
[0026] 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 30% 含硼量为18%的硼铁/FeB18C0.5 18%
[0027] 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 2% 0
[0028] 本发明的又一目的在于提供一种采用多种方式增加铬含量和促进耐磨相的优先 形成，达到显著减少脆性变态共晶的数量，进而降低焊缝热变形及残余应力;能获得较优综 合性能的耐磨粒磨损自保护明弧堆焊高铬合金的方法。
[0029] 为实现上述目的，一种自保护明弧堆焊高铬合金的方法，焊前，先将合金粉末预置 于焊道上，同时配以堆焊电流控制值，并设置与预置合金粉末型药芯焊丝质量相结合的调 控熔体模式，使其形成包含高碳铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子团簇的非均质熔体， 实现直接以液态高碳高铬原子团簇为成分供体而形核长大为初生M 7C3耐磨相凝固的高铬合 金。
[0030] 为了进一步优化技术效果，明弧自保护堆焊中药芯焊丝药芯加入质量百分数为6 ~8 %含f凡量50 %的f凡铁、2~3 %含钼量50 %的钼铁组分和预置合金粉末加入质量百分数 不少于24 %的含硅量40~47 %的硅铁。
[0031] 为了进一步优化技术效果，明弧自保护堆焊药芯焊丝药芯焊丝加入质量百分数为 2~3%的TiC颗粒。
[0032] 为了进一步优化技术效果，药芯焊丝药芯组分及预置合金粉末均全部过60目筛。 [0033]为了进一步优化技术效果，堆焊电流控制值为:440~460A。
[0034]为了进一步优化技术效果，堆焊单位长度焊缝时，预置合金粉末质量为堆焊所需 药芯焊丝质量的40%~60%。
[0035] -种预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方法，包括采用以 低碳钢H08A冷乳薄钢带为外层包皮，于包皮内配以高碳铬铁、硅铁、石墨和其它金属粉末组 分构成药芯焊丝粉芯，还配以由高碳铬铁、硼铁、硅铁、还原铁粉组分组成预置合金粉末;焊 前，先将合金粉末预置于焊道上，同时配以堆焊电流控制值，并设置与预置合金粉末型药芯 焊丝质量相结合的调控熔体模式，使其形成包含高碳铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子 团簇的非均质熔体，实现直接以液态高碳高铬原子团簇为成分供体而形核长大为初生M 7C3 耐磨相凝固的高铬合金的技术方案;克服了现有药芯焊丝埋弧焊和明弧焊等用传统方式获 取以初生M7C 3相为高铬合金的主耐磨相，以及因过于弥散分布于堆焊熔体中的碳原子，引发 脆性变态共晶[a-Fe+(Fe，Cr) 3C]增多，进而导致高铬堆焊合金层碎裂而形成"剥落坑"等缺 陷;它解快了堆焊合金成分来源单一化和堆焊合金的铬含量不易提高的难题。
[0036]本发明提供了一种全新的从均质高铬熔体获取初生M7C3耐磨相的方法，极大地改 善了合金的耐磨性，提高了熔敷效率，降低了焊缝残余应力，特别是增加了焊前预置合金粉 末的引入机制，实现了堆焊合金成分来源多样化，全面提高了高铬合金堆焊的综合性能，极 具普及推广应用前景；能广泛用于要求耐磨粒磨损零部件的堆焊制造与修复，如水泥立式 磨辊等。
[0037] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0038] (i)堆焊熔敷效率不同：焊接单位长度焊缝，预置相当于所需药芯焊丝堆焊合金质 量40 %~60 %的合金化粉末，可以焊接能量消耗不增加的条件下将堆焊熔敷效率提高了 36%~55%，具有显著的节能降耗效果，并使焊缝热变形及残余应力明显减小。
[0039] ( ? )堆焊合金成分来源不同：采用药芯焊丝以及预置合金粉末两种方式供给高铬 堆焊合金所需成分，增加了堆焊合金铬含量。
[0040] (m)初生M7C3相析出方式不同：通过焊道预置相当于所需药芯焊丝堆焊合金质量 40 %~60 %的合金化粉末，形成了高铬铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子团簇，直接以 该原子团簇为成分供体而形核长大为初生M7C 3相，而不是由均质熔体经成分起伏、能量起伏 和结构起伏等作用形成，减少形核能皇，促进初生M7C3耐磨相的优先形成而显著减少了脆性 变态共晶（(a_Fe+M3 (C，B))的数量。
[0041] (iv)堆焊合金结合界面处的组织形态不同：预置合金粉末降低了母材的成分稀释 作用，形成大量颗粒状初生M7C 3耐磨相，避免该结合区域形成亚共晶和共晶等脆性且耐磨型 较差的组织。
[0042] ( V )预置粉末型药芯焊丝堆焊高铬合金的宏观硬度达到59~61HRC，耐磨粒磨损 性能明显优于同一药芯焊丝堆焊合金;该明弧堆焊两层不产生裂纹，具有较高韧性。
[0043] (vi)高铬耐磨合金制备成本低，方法简便，预置合金粉末堆焊相当于减少了等同 质量药芯焊丝的焊接工作量，且材料、制备成本与之相比明显降低。
[0044] 本发明广泛应用于要求耐磨粒磨损零部件的堆焊制造与修复;特别适合用于耐磨 粒磨损要求较高的零部件，如水泥立式磨辊的堆焊制造与修复。
[0045]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
【附图说明】
[0046] 图1为预置粉末型药芯焊丝明弧堆焊高铬合金表层的组织形态图。
[0047] 图2为图1所示预置粉末型药芯焊丝明弧堆焊高铬合金表层的相组成图。
[0048] 图3为药芯焊丝明弧堆焊高铬合金表层的组织形态图。
[0049] 图4为图3所示药芯焊丝明弧堆焊高铬合金表层的相组成图。
[0050] 图5为预置粉末型药芯焊丝明弧堆焊高铬合金与Q235A基体界面处的组织形态图。 [0051]图6为药芯焊丝明弧堆焊高铬合金与Q235A基体界面处的组织形态图。
[0052]图7为图1所示预置粉末型药芯焊丝明弧堆焊高铬合金的磨损形貌图。
[0053]图8为图3所示药芯焊丝明弧堆焊高铬合金的磨损形貌图。
【具体实施方式】
[0054] 结合附图，本发明预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方 法，其形成机理与结构特征如下：
[0055] ㈠ 引入包括预置合金粉末与药芯焊丝粉芯结合构成高铬堆焊合金来源，并于药芯 焊丝粉芯内加入质量百分数8~10%含硅量40~47%的硅铁和预置粉末中加入质量百分数 不少于24%含硅量40~47%的硅铁，利用硅对碳的排斥作用，逆向增加高碳高铬原子团簇 的稳定性，减少其失稳形成脆性共晶（(a_Fe+M 3(C，B))的几率；
[0056] ㈡于药芯焊丝粉芯内加入质量百分数2~3 %高熔点碳化钛/TiC，使之作为高碳高 铬原子团簇的非均匀形核核心而降低其形核能，促进以高碳高铬原子团簇优先形成初生 M7C3 相；
[0057] ㈢在堆焊单位长度焊缝时，预置相当于堆焊所耗药芯焊丝质量40 %~60 %的合金 粉末，以控制熔体特性和组织结构，并可在焊接能量消耗不增加的条件下使堆焊熔敷效率 提尚了36%~55% ;
[0058] (H)在焊接能量不增加的条件下，预置合金化粉末熔化消耗了一部分电弧能量，减 小熔池过热度，降低焊缝的残余热应力而无需通过开裂释放应力；
[0059]㈤在焊接能量不增加的条件下，预置相当于堆焊所耗药芯焊丝质量40%~60%的 合金粉末显著降低了母材成分的稀释作用，堆焊合金结合界面处形成过共晶结构组织，提 高了堆焊合金整体组织均匀性；
[0060] ㈥配以堆焊电流控制值440~460A，设置与预置合金粉末型药芯焊丝质量相结合 的调控熔体模式，使其形成包含高碳铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子团簇的非均质熔 体，实现直接以液态高碳高铬原子团簇为成分供体而形核长大为初生M 7C3耐磨相凝固的高 络合金。
[0061] 参见附图，本发明预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的方 法，是这样实现的：
[0062] 该型药芯焊丝直径Φ3.2,由粉芯和外表部分两部分构成，其中粉芯由各种类型粉 末材料组成，如尚碳络铁、娃铁、石墨、和f凡铁等;外表部分选用H08A薄钢带。
[0063] 焊道预置合金粉末由不同粒度组合的高碳铬铁、硅铁、硼铁和还原铁粉末组成。焊 前，以焊道每1000 mm2预置12.5g合金粉末的方式，先将混合均匀的合金粉末预置于焊道上， 形成宽度16mm的粉末层，并使预置粉末各处高度保持一致，然后用MZ-1000焊机将药芯焊丝 在Q235A钢板上自保护明弧焊，熔化所预置合金粉末，形成宽约20mm第一层焊缝。待焊缝空 冷至IOO tC以下，再在第一层焊缝上按照第一层焊道配置要求预置合金粉末，然后采用药芯 焊丝明弧自保护堆焊，同时熔化所预置的合金粉末，形成第二层焊缝，焊后空冷。
[0064] 药芯焊丝内加入大量石墨，焊时氧化为一氧化碳和二氧化碳气体，即自生足量的 保护气体以覆盖熔池，配合适量硅铁、硼铁和锰铁以增强熔体的自脱氧性而净化焊缝。
[0065] 药芯焊丝自保护明弧焊时，电弧一端熔化药芯焊丝形成熔滴过渡堆焊熔池；另一 端熔化预置合金粉末及加热熔池，由于该端电弧比药芯焊丝末端电弧发散，致使预置合金 化粉末充分熔化，并在电弧吹力对熔池的冲击作用下将焊道两端的预置合金粉末卷入熔 池，降低熔体的流动性而减弱其电弧吹力搅拌作用，形成了未完全熔化或者半熔化合金组 分颗粒混合的非均质熔体，其中包含高碳铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子团簇，这为 初生M 7C3相形核提供了 "成分起伏"和"结构起伏"作用，明弧堆焊焊缝冷却快又提供了该相 形核所需的"能量起伏"，因而以此高碳高铬原子团簇为成分供体，可快速结晶为初生M 7C3 相。
[0066]基于此，上述初生M7C3相的析出方式是第一次用于本领域中并取得预期的技术效 果。
[0067]首先，通过电流控制值440~460A和预置合金粉末质量调控熔池特性，使之形成包 含高碳铬铁颗粒熔化而成的高碳铬铁原子团簇的非均质熔体;其次，加入适量V、Mo等合金 组分，使之固溶于高碳高铬原子团簇，利用V、Mo与碳良好的亲和力而增加这些高碳高铬原 子团簇的稳定性；同时，加入大量硅组分，使硅原子分布在高碳高铬原子团簇四周，形成排 斥碳原子扩散的阻力，逆向增加这些高碳高铬原子团簇的稳定性;此外，加入适量TiC颗粒， 为高碳高铬原子团簇结晶提供非均匀形核核心，降低其形核能，促使初生M 7C3相更易析出。
[0068]结合附图，上述因素协同作用，增加了液态高碳高铬原子团簇的稳定性，促使初生 M7C3相优先形成，如附图1的初生M7C3相的体积分数和颗粒数量明显比附图3增多；同时，减 少了高碳高铬失稳机率，减少脆性共晶的产生，如附图1、附图2和附图3、附图4所示;其次， 消除母材成分稀释的不利影响，堆焊合金结合界面处形成了过共晶结构组织，如附图5和附 图6所示。
[0069] 结合附图，至此，该高铬合金堆焊方式为：优化药芯焊丝组分及预置合金粉末组 分，通过电流值和预置粉末质量调控熔体特性，使之形成包含高碳铬铁颗粒熔化而成的高 稳定性的液态高碳高铬原子团簇的非均质熔体，以此为结晶供体而快速形成初生M 7C3耐磨 相，从而减少脆性共晶的形成机率，获得耐磨性优异的高铬堆焊合金，如附图7和附图8所 不。
[0070] 实施例1
[0071] 结合附图，制作时按药芯焊丝粉芯的组成配比要求称取高碳铬铁、硅铁、石墨、钒 铁和其它合金粉末，所有粉末全部过60目筛。药芯焊丝在某有限公司制造的YHZ-I药芯焊丝 成型机制备成型。该药芯焊丝外层包皮为H08A冷乳钢带（宽度16mmX厚度0.36mm，以下同）， 包皮内配以铁合金、石墨、碳化物和金属粉末构成粉芯，其粉芯组成质量百分比为：高碳铬 铁65%、硅铁9%、鳞片石墨8%、钒铁8%、中碳锰铁4%、钼铁2%、TiC 2%、还原铁粉2%，所 述粉芯填充率为45 %。粉芯的各组分搅拌均匀后乳制为Φ 4.4药芯焊丝，以每次减径0.2mm， 依次拉拔减径为Φ 3.2焊丝。
[0072]预置合金粉末组成为：高碳铬铁55%、硅铁24%、硼铁16%、还原铁粉5%，所有粉 末过60目筛，预置合金粉末按照其组成配比称量后搅拌均匀。焊前，以每1000 mm2预置12.5g 合金粉末的方式，将合金粉末预置于焊道上，形成宽16mm的粉层，并使各处粉层高度一致， 然后在120mmX 80mmX 16mm的试板(Q235A钢)将药芯焊丝用焊机MZ-1000自保护明弧焊，堆 焊电流控制值460A，其它工艺参数如表1所示，并熔化所预置合金粉末，形成宽20mm第一层 焊缝;接着，以每1000 mm 2预置12.5g合金粉末的方式，在第一层焊缝上面预置合金粉末层， 粉层宽16mm，药芯焊丝自保护明弧焊，并熔化预置粉末，形成第二层焊缝。焊后焊缝无裂纹 和气孔等缺陷，仅有微量残渣。
[0073]表1:药芯焊丝自保护明弧堆焊工艺参数
[0075] 结合附图，将堆焊试样用线切割技术加工制备为57mmX25.5mmX6mm耐磨性试样， 并用HR-150洛氏硬度计测试其表面硬度。
[0076]耐磨性试验采用MLS-225B型湿砂橡胶轮式磨损试验机，试验条件如下：橡胶轮直 径178mm、硬度为60邵尔，所加砝码重2.5千克，橡胶轮转速240转/分钟，砂浆比例为过60目 筛的1500克石英砂配1000克自来水。试样先预磨1000转，冲洗干净，吹干，称初重Mo，然后正 式试验1000转后清洗吹干，称重Μι，试样磨损绝对失质量△ Μ=Μ〇-Μι。以对比例1堆焊试样为 标准试样1#，相对磨损系数ε =标准试样绝对失质量/试样绝对失质量，试验结果见表2。
[0077] 实施例2
[0078] 结合附图，制作时按药芯焊丝粉芯的组成配比要求称取高碳铬铁、硅铁、石墨、钒 铁和其它合金粉末，所有粉末全部过60目筛。药芯焊丝在某有限公司制造的YHZ-I药芯焊丝 成型机制备成型。该药芯焊丝外层包皮为Η08Α冷乳钢带（16mmX 0.36mm)，包皮内配以铁合 金、石墨、碳化物和金属粉末构成粉芯，该粉芯的组成（质量百分比）为:高碳铬铁60%、硅铁 10%、鳞片石墨7%、钒铁6%、中碳锰铁3%、钼铁3%、TiC 3%、还原铁粉8%，所述粉芯填充 率为47%。粉芯的各组分搅拌均匀后乳制为Φ4.4药芯焊丝，以每次减径0.2mm，依次拉拔减 径为Φ3.2焊丝。
[0079]预置粉末组成为：高碳铬铁45 %、硅铁36 %、硼铁16 %、还原铁粉3 %，预置粉末规 范及其实施步骤内容同实施例1，堆焊时电流控制值为440A，其它内容同实施例1。
[0080] 实施例3
[0081] 结合附图，制作时按药芯焊丝粉芯的组成配比要求称取称取高碳铬铁、硅铁、石 墨、钒铁和其它合金粉末，所有粉末全部过60目筛。药芯焊丝在某有限公司制造的YHZ-I药 芯焊丝成型机制备成型。该药芯焊丝外层包皮为H08A冷乳钢带（16mmX 0.36mm)，包皮内配 以铁合金、石墨、碳化物和金属粉末构成粉芯，该粉芯的组成（质量百分比）为：高碳铬铁 63%、硅铁8%、鳞片石墨9%、钒铁7%、中碳锰铁5%、钼铁3%、TiC 2%、还原铁粉3%，所述 粉芯填充率为46%。粉芯的各组分搅拌均匀后乳制为Φ 4.4药芯焊丝，以每次减径0.2mm，依 次拉拔减径为Φ 3.2焊丝。
[0082] 预置置粉末组成为：高碳铬铁50%、硅铁30%、硼铁18%、还原铁粉2%，预置粉末 规范及其实施步骤内容同实施例1，堆焊时电流控制值为450A，其它内容同实施例1。
[0083] 实施例4
[0084] 结合附图，制作时按药芯焊丝粉芯的组成配比要求称取称取高碳铬铁、硅铁、石 墨、钒铁和其它合金粉末，所有粉末全部过60目筛。药芯焊丝在某有限公司制造的YHZ-I药 芯焊丝成型机制备成型。该药芯焊丝外层包皮为H08A冷乳钢带（16mmX 0.36mm)，包皮内配 以铁合金、石墨、碳化物和金属粉末构成粉芯，该粉芯的组成（质量百分比）为：高碳铬铁 61.5%、硅铁10%、鳞片石墨7%、钒铁6%、中碳锰铁3%、钼铁3%、TiC 2.5%、还原铁粉 7%，所述粉芯填充率为46.5%。粉芯的各组分搅拌均匀后乳制为Φ4.4药芯焊丝，以每次减 径0.2mm，依次拉拔减径为Φ 3.2焊丝。
[0085] 预置置粉末组成为：高碳铬铁48%、硅铁32%、硼铁16%、还原铁粉4%，预置粉末 规范及其实施步骤内容同实施例1，堆焊时电流控制值为445A，其它内容同实施例1。
[0086] 实施例5
[0087] 结合附图，制作时按药芯焊丝粉芯的组成配比要求称取称取高碳铬铁、硅铁、石 墨、钒铁和其它合金粉末，所有粉末全部过60目筛。药芯焊丝在某有限公司制造的YHZ-I药 芯焊丝成型机制备成型。该药芯焊丝外层包皮为H08A冷乳钢带（16mmX 0.36mm)，包皮内配 以铁合金、石墨、碳化物和金属粉末构成粉芯，该粉芯的组成（质量百分比）为：高碳铬铁 64%、硅铁8%、鳞片石墨8.5%、钒铁8%、中碳锰铁4%、钼铁3%、TiC 2.5%、还原铁粉2%， 所述粉芯填充率为45.5%。粉芯的各组分搅拌均匀后乳制为Φ4.4药芯焊丝，以每次减径 0.2mm，依次拉拔减径为Φ 3.2焊丝。
[0088] 预置置粉末组成为：高碳铬铁53%、硅铁28%、硼铁16%、还原铁粉3%，预置粉末 规范及其实施步骤内容同实施例1，堆焊时电流控制值为455A，其它内容同实施例1。
[0089]表2:对比实例和各实施例堆焊合金的耐磨粒磨损性能
[0091] 对比实例I
[0092] 采用市售的高铬铸铁药芯焊丝（Φ3.2)在120mmX80mmX16mm的试板(Q235A钢） 上，用焊机MZ-1000自保护明弧堆焊两层，堆焊电流550A，其它工艺参数如表1所示。单层堆 焊后表面残留有少量熔渣，并出现8~12_间隔的横向裂纹，双层堆焊后焊缝表面还出现少 量纵向裂纹。
[0093] 耐磨性试样加工、硬度测试和耐磨性试验内容同实施例1。
[0094] 对比实例2
[0095] 采用本发明的高铬药芯焊丝（Φ3.2)在120臟\8〇111111\16111111的试板（〇2354钢）上， 不预置合金粉末，用焊机MZ-1000自保护明弧堆焊两层，堆焊电流450A，其它工艺参数如表1 所示。堆焊后表面残留有微量熔渣，无裂纹和气孔等缺陷。
[0096]耐磨性试样加工、硬度测试和耐磨性试验内容同实施例1。
[0097]从表2可以看出，本发明焊道预置粉末型药芯焊丝堆焊高铬合金的相对磨损系数ε 是市售高铬铸铁药芯焊丝堆焊合金的3.19~3.61倍，其中无预置粉末药芯焊丝堆焊高铬合 金是市售高铬铸铁药芯焊丝堆焊合金的2.06倍。预置粉末型药芯焊丝堆焊高铬合金的耐磨 性比无预置粉末药芯焊丝的相对磨损系数ε增加了 1.13~1.55倍，耐磨性得到明显改善。预 置粉末药芯焊丝明弧堆焊两层没有开裂，具有较高韧性。焊道预置合金粉末不仅提高堆焊 熔敷效率，而且改善堆焊合金的耐磨性，并降低了材料成本和制备成本。
【主权项】
1. 一种预置合金粉末型药芯焊丝，包括药芯焊丝粉芯和预置合金粉末，其组分的质量 百分含量分别为： 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 60~65% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 8~10% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 7~9% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 6~8% 含锰量为78~85%、含碳量为1.5%的中碳锰铁/FeMn80Cl .5 3~5% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 2~3% 碳化钛/TiC 2~3% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 余量 所述药芯焊丝粉芯填充率为 45~47%; 预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 45~55% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 24~36% 含硼量为18%的硼铁/FeB18C0.5 16~20% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 余量。2. 根据权利要求1所述的预置合金粉末型药芯焊丝，其特征在于药芯焊丝粉芯和预置 合金粉末的较优组成为： 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 65% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 9% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 8% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 8% 含锰量为78~85%、含碳量为1.5%的中碳锰铁/FeMn80Cl. 5 4% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 2% 碳化钛/TiC 2% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 2% 所述药芯焊丝粉芯填充率为 45%; 预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 55% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 24% 含硼量为18%的硼铁/FeB18C0.5 16% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 5%〇3. 根据权利要求1所述的预置合金粉末型药芯焊丝，其特征在于药芯焊丝粉芯和预置 合金粉末的较优组成为： 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 60% 含硅量40~47%的硅铁/FeSi45 10% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 7% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 6% 含锰量78~85%、含碳量1.5%的中碳锰铁/FeMn80Cl. 5 3% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 3% 碳化钛/TiC 3% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 8% 所述药芯焊丝粉芯填充率为 47%; 预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 45% 含硅量40~47%的硅铁/FeSi45 36% 含硼量为18%的硼铁/FeB18C0.5 16% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 3%〇4. 根据权利要求1所述的预置合金粉末型药芯焊丝，其特征在于药芯焊丝粉芯和预置 合金粉末的较优组成为： 药芯焊丝粉芯 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 63% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 8% 含碳量不低于98%的鳞片石墨/ C 9% 含钒量为50%的钒铁/FeV50-A 7% 含锰量为78~85%、含碳量为1.5%的中碳锰铁/FeMn80Cl. 5 5% 含钼量为50%的钼铁/FeMo50-A 3% 碳化钛/TiC 2% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 3% 所述药芯焊丝粉芯填充率为 46%; 预置合金粉末 含铬量为68~72%、含碳量为8%的高碳铬铁/FeCr70C8.0 50% 含硅量为40~47%的硅铁/FeSi45 30% 含硼量为18%的硼铁/FeB18C0.5 18% 含铁量不低于98%的还原铁粉/Fe 2%〇5. -种自保护明弧堆焊高铬合金的方法，其特征在于焊前，先将合金粉末预置于焊道 上，同时配以堆焊电流控制值，并设置与预置合金粉末型药芯焊丝质量相结合的调控熔体 模式，使其形成包含高碳铬铁颗粒熔化而成液态高碳高铬原子团簇的非均质熔体，实现直 接以液态高碳高铬原子团簇为成分供体而形核长大为初生M 7C3耐磨相凝固的高铬合金。6. 根据权利要求1、5所述的预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的 方法，其特征在于药芯焊丝药芯加入质量百分数为6~8%含钒量50%的钒铁和2~3%含钼量 50%的钼铁组分以及预置合金粉末加入质量百分数不少于24%的含硅量40~47%的硅铁。7. 根据权利要求1、5所述的预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的 方法，其特征在于药芯焊丝明弧自保护堆焊中加入质量百分数2~3%TiC颗粒。8. 根据权利要求1、5所述的预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的 方法，其特征在于药芯焊丝粉芯及预置合金粉末组分均全部过60目筛。9. 根据权利要求1、5所述的预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金的 方法，其特征在于堆焊电流控制值为:440~460A。10. 根据权利要求1、5所述的预置合金粉末型药芯焊丝及其自保护明弧堆焊高铬合金 的方法，其特征在于堆焊单位长度焊缝时，预置合金粉末质量为堆焊所需药芯焊丝质量的 40%~60%〇
【文档编号】B23K35/30GK106041361SQ201610628017
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】龚建勋, 张立成, 刘江晴, 田兵
【申请人】湘潭大学