专利名称：一种用于眼镜板及切割环防磨的粉芯焊丝及其制备方法
技术领域：
本发明属于粉芯焊丝技术领域，特别是提供了一种用于眼镜板及切割环防磨的粉 芯焊丝及其制备方法，用于混凝土输送泵的眼镜板及切割环。
背景技术：
混凝土输送泵是当今建筑工程中普遍使用的一种机械，而眼镜板和切割环是混凝 土输送泵中的关键部件。眼镜板和切割环的工作面在严重磨损、冲击载荷下工作，不仅要求 其具有足够的强度和冲击韧性，而且要求其具有高的耐磨性。为了延长眼镜板和切割环的 寿命，当今国内外厂家主要采用在钢基体上堆焊耐磨材料和镶焊硬质合金块等两种方法。堆焊法一般采用Fe-Cr-C系耐磨焊条，在眼镜板和切割环工作面上制备耐磨层； 主要利用耐磨层中M7C3硬质相来提高材料耐磨性，耐磨层硬度一般S65HRC。由于耐磨层材 料在严酷冲击磨损环境下工作，眼镜板和切割环的使用寿命一般仅3000-5000立方米/套。通过钎焊将硬质合金材料镶在钢基体上的方法称为镶焊硬质合金块法，采用该方 法，可将眼镜板与切割环寿命提高到10000立方米/套。该方法需要在眼镜板工作端面及 变位接触区域钎焊硬质合金环和块，具有工艺复杂、需要消耗较多WC-Co(Ni)硬质合金、成 本较高的特点。为保证硬质合金环和块在磨损、冲击载荷作用下具有足够的强度和韧性，其 厚度需达到6-10mm，如果厚度达不到要求，就会产生硬质合金块开裂、剥落而提前失效的问 题。此外，采用钎焊工艺难以保证硬质合金与钢基体结合面的所有区域具有高的结合强度， 这就易造成硬质合金在冲击载荷作用下局部断裂、剥落而提前失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于眼镜板及切割环防磨的粉芯焊丝及其制备方法， 既能提高眼镜板和切割环寿命、又能大幅度降低硬质合金原材料消耗及工艺成本。本发明利用等离子弧、氩弧熔覆法，在眼镜板、切割环工作面熔覆专用粉芯焊 丝，可形成厚度为3-6mm高耐磨损(W，Nb)C-TiB2/Ni金属陶瓷熔覆层，熔覆层硬度可达 1100-1600HV，熔覆层与基体达到冶金结合。本发明突破了现有硬质合金镶焊技术所存在 的硬质合金层与基体结合强度较低、成本高、工艺复杂等局限性，且利用镍替代钴作为粘结 相。本发明的用于眼镜板及切割环防磨的粉芯焊丝的外皮为纯Ni带，芯部填充混 合粉末，混合粉末成分的重量百分比为Mo粉l-2wt. %, NbC粉10-25wt. %, TiB2粉 5-15wt. %，Cr粉:2-5wt. %，A1粉:0· 3-lwt. %，WC粉余量。其混合粉末在粉芯焊丝中所 占的重量百分比为65-90wt. %。本发明制备用于眼镜板及切割环防磨的粉芯焊丝的工艺步骤为(1)粉芯焊丝所用粉末材料的重量百分比为Mo粉(200-300目，纯度彡99. 5% ) l-2wt. %, NbC 粉(200-300 目，纯度彡 99.5% ) :10-25wt. %, TiB2 i]r (200-300 目，纯度 ^ 99. 5% ) :5-15wt. %, Cr 粉(150-200 目，纯度彡 99. 5% ) :2-5wt. %，Al 粉(200-300目，纯度≥ 99. 6%) 0. 3-lwt. %，WC 粉(100-200 目，纯度≥ 99. 5%)余量;以上粉末中WC作为主要的耐磨陶瓷相，Ni作为粘结相；NbC的作用是形成(W， Nb) C耐磨固溶体、并在粘结相中形成细小的NbC颗粒，从而提高陶瓷相与粘结相的润湿性； TiB2的作用是在熔覆层中形成板条状或针状的陶瓷相，从而提高熔覆层的硬度和耐磨性； Mo的作用是提高陶瓷相与粘结相的结合强度，Cr的作用是提高粘结相的强度和耐磨性，Al 的作用是提高金属陶瓷熔覆层在高温熔覆过程中的抗氧化性；(2)按步骤(1)所述的粉末比例，称取所需的各种粉末，称作粉芯原料；(3)将步骤⑵所述粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为100-120°C，干燥 时间为3-6小时；(4)利用行星式球磨机混合粉芯原料，形成组分均勻的混合粉末；(5)采用纯镍带包裹球磨混合粉末形成粉芯焊丝，混合粉末在粉芯焊丝中所占的 重量百分比为65-90wt. %。2、熔覆层制备施工时需将待熔覆工件(即眼镜板或切割环)边缘点焊固定在可作旋转运动的圆 盘上，等离子弧或氩弧焊枪固定在与摆动器相连的连杆上，摆动器底座固定在高度可调的 直杆上，直杆固定在可作直线运动的小车上。采用工件转动或静止、摆动器底座作直线运动 或静止、手动或自动送丝的方法在眼镜板或切割环工作面上制备金属陶瓷熔覆层。对眼镜板实施熔覆工艺时，等离子弧焊枪固定在与摆动器相连的连杆上，焊枪与 工件待熔覆面垂直，采用手动或自动送丝方法，在所需耐磨区域制备金属陶瓷熔覆层(见 图2)。具体施工时，首先在2个环形区域制备金属陶瓷熔覆层，采用工件转动，摆动器底座 静止的方法制备熔覆层；通过调速电机控制工件与焊枪的相对运动速度，从而实现焊枪在 工件上的搭接熔覆，通过同一面积上重复熔覆2-3次、相邻焊道(焊道定义为单次熔覆所形 成宽度为10-15mm的熔覆层)的搭接熔覆，可得到厚度为4_6mm、宽度为15_30mm的金属陶 瓷熔覆层；然后在扇形、三角形区域制备金属陶瓷熔覆层，采用工件固定，摆动器底座作直 线运动的方法制备熔覆层；通过电机控制工件与焊枪的相对运动速度、相对位置，从而实现 焊枪在工件扇形区域的搭接熔覆，通过同一面积上重复熔覆2-3次、相邻焊道的搭接熔覆， 可得到厚度为4-6mm的金属陶瓷熔覆层。对切割环工件实施熔覆工艺时，焊枪与工件待熔覆面垂直，采用手动或自动送丝 方法，在所需耐磨的环形区域制备金属陶瓷熔覆层。具体施工时，采用工件转动，摆动器底 座静止的方法制备熔覆层；通过调速电机控制工件与焊枪的相对运动速度，从而实现焊枪 在工件环形区域的搭接熔覆，通过同一面积上重复熔覆2-3次、相邻焊道的搭接熔覆，可得 到厚度为4-6mm、宽度为20-30mm的金属陶瓷熔覆层；3、磨削处理对已制备好熔覆层的工件进行磨削处理。通过对熔覆层磨削加工，使眼镜板或切 割环的尺寸达到设计要求。当熔覆层厚度在4-6mm范围时，经磨削精加工后熔覆层的剩余 厚度为 3. 5-5. 5mmο本发明的优点在于，在眼镜板和切割环工作面直接制备金属陶瓷熔覆层，熔覆层 与基体为冶金结合(可有效避免镶焊法所存在的因局部硬质合金块与基体结合强度不够 而剥落问题)，该方法工艺步骤简单、成本较低，可使眼镜板和切割环寿命达到15000立方米/套左右。
图1为眼镜板板基体，需要制备金属陶瓷熔覆层的环形区域1、扇形区域2、环形区 域3、三角形区域4。图2为熔覆工作台示意图，摆动器5，等离子弧焊枪6，环形区域熔覆层7，旋转圆盘 8。
具体实施例方式选用45号钢作为眼镜板基体材料，在眼镜板基体上的两个环形区域、扇形区域及 三角形区域(见图1)制备金属陶瓷熔覆层，具体工艺步骤如下1、制备在粉芯焊丝。(1)按以下配比称取粉末材料粉芯焊丝所用粉末材料的重量百分比为Mo粉 (-200 目，纯度 99. 7%) :lwt. %, NbC 粉(-250 目，纯度 99. 6%) :15wt. %, TiB2 粉(-200 目，纯度 99. 6 % ) :8wt. %，Cr 粉(-200 目，纯度 99. 6 % ) :3wt. % ；Al 粉(-250 目，纯度 99.8% ) 0. 6wt. %，WC粉(-150目，纯度99. 6% )余量；将上述粉末置于干燥箱中，在 110°C下干燥3小时，然后将粉末在球磨机中球磨4小时，得到均勻细小的混合粉末。(2)选用Ni箔(纯度为99%，厚度为50 μ m，宽度为40mm，长度400mm)作为包裹 (1)所述混合粉末的外皮材料。利用手工灌粉的方法将混合粉末包裹于镍箔内，形成外径为 5mm的圆截面粉芯焊丝，混合粉末在粉芯焊丝中所占的重量百分比为85%。(3)先将已灌好粉的粉芯焊丝两端压扁封口，即形成熔覆用粉芯焊丝。2、选用图1所示形状的眼镜板，采用机加工办法对其工作面(待熔覆面)进行切 削加工处理，切削层厚度为1mm。对切削后的表面进行除油、除污处理。3、制备熔覆层熔覆工作台原理见图2，等离子弧焊枪固定在与摆动器5相连的连杆上，焊枪与工 件(即眼镜板基体)待熔覆面垂直，在所需耐磨区域制备金属陶瓷熔覆层。具体施工时，首 先在2个环形区域制备金属陶瓷熔覆层；其中，工件固定在转盘8上，转盘8带动工件勻速 转动，采用手动送丝方法在环形区域制备熔覆层；摆动器频率为2次/秒，等离子弧焊枪电 流为200A ；通过调速电机控制工件转动速度，使焊枪与工件在环形区域圆周方向的相对运 动速度为4mm/s，通过同一面积上重复熔覆2次、相邻焊道的搭接熔覆，可得到平均厚度为 5mm、宽度为22mm的金属陶瓷熔覆层。然后在扇形及三角形区域制备金属陶瓷熔覆层；采 用工件固定，摆动器底座作直线运动的方法制备熔覆层；通过电机控制，使摆动器频率为2 次/秒、工件与摆动器底座的相对运动速度为4mm/s，等离子弧焊枪电流为200A ；通过同一 面积上重复熔覆2次、相邻焊道的搭接熔覆，分别在扇形区域、三角形区域得到平均厚度为 5mm的金属陶瓷熔覆层。4、磨削精加工利用平面磨床，对已制备好熔覆层的工件进行磨削处理，通过磨削加工熔覆层，使 工件的尺寸达到设计要求，经磨削精加工后熔覆层的剩余厚度为3. 5mm(即高出基体表面 的高度)。
权利要求
一种用于眼镜板及切割环防磨的粉芯焊丝，其特征在于，该粉芯焊丝的外皮为纯Ni带，芯部填充混合粉末，混合粉末成分的重量百分比为Mo粉1-2wt.％，NbC粉10-25wt.％，TiB2粉5-15wt.％，Cr粉2-5wt.％，Al粉0.3-1wt.％，WC粉余量。
2.根据权利要求1所述粉芯焊丝，其特征在于，混合粉末在粉芯焊丝中所占的重量百 分比为 65-90wt. %0
3.一种制备权利要求1或2所述粉芯焊丝的方法，其特征在于，工艺步骤为(1)配料粉芯焊丝所用粉末材料的重量百分比为该粉芯焊丝的外皮为纯Ni带，芯部 填充混合粉末，混合粉末成分的重量百分比为Mo粉l-2wt. %, NbC粉10-25wt. %, TiB2 粉:5-15wt. %，Cr 粉:2-5wt. %，Al 粉0. 3-lwt. %，WC 粉余量；(2)按步骤(1)所述的粉末比例，称取所需的各种粉末，称作粉芯原料；(3)将步骤(2)所述粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为100-120°C，干燥时间 为3-6小时；(4)利用行星式球磨机混合粉芯原料，形成组分均勻的混合粉末；(5)采用纯镍带包裹球磨混合粉末形成粉芯焊丝，混合粉末在粉芯焊丝中所占的重量 百分比为65-90wt. %0
全文摘要
一种用于眼镜板及切割环防磨的粉芯焊丝及其制备方法，属于粉芯焊丝技术领域。该粉芯焊丝的外皮为纯Ni带，芯部填充混合粉末，混合粉末成分的重量百分比为Mo粉1-2wt.％，NbC粉10-25wt.％，TiB2粉5-15wt.％，Cr粉2-5wt.％，Al粉0.3-1wt.％，WC粉余量；其混合粉末在粉芯焊丝中所占的重量百分比为65-90wt.％。优点在于，在眼镜板和切割环工作面直接制备金属陶瓷熔覆层，熔覆层与基体为冶金结合，该方法工艺步骤简单、成本较低，可使眼镜板和切割环寿命达到15000立方米/套左右。
文档编号B23K35/30GK101837520SQ20101014250
公开日2010年9月22日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者刘宗德, 缪选明, 陈志刚 申请人:华北电力大学;北京华电纳鑫科技有限公司;湖南天地科技有限公司