一种耐磨堆焊焊条及其制备方法与流程

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种耐磨堆焊焊条及其制备方法，适用于钢铁厂的轧辊、火力发电厂的磨煤辊、工程挖掘机械、矿山机械的表面改性、复合制造和再制造等方面。

背景技术：

氮与碳均为间隙溶质原子，都能形成弥散分布的第二相质点，并且氮对焊接性能影响较小，在焊接过程中不会出现裂纹。充分利用氮的强化原理，在耐磨堆焊材料中引入适量的氮，通过氮合金化改性，利用像Ti或Nb这样的微合金元素形成有利的氮化物，即可弥补碳含量减少造成焊层硬度的降低，又能在耐磨堆焊材料中获得较高强度、抗磨损等优异的表面性能，可成为提高耐磨堆焊材料综合性能的新途径。

目前焊接材料中加氮合金的方法主要是通过加含氮合金粉末的方法来实现，比如加含氮的铬、锰、钒等铁合金粉末，这些加入的含氮合金粉末价格昂贵，并且过渡系数低，造成了极大的资源浪费。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种耐磨堆焊焊条，可利用空气中的自然氮气进行合金化，并采用强固氮元素Ti和Nb合金化，改善堆焊合金的韧性、抗裂性的同时，提高硬度，增加耐磨性能。

为解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其药皮由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁30～50％、金红石10～25％、萤石10～25％、锆英石3～10％、脱氧剂10～20％、钛铁5～15％和铌铁3～8％。

优选的，所述药皮由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁33～45％、金红石11～15％、萤石12～15％、锆英石6％、脱氧剂12～13％、钛铁7～12％和铌铁6～7％。

优选的，所述低碳铬铁的碳含量为0.15～0.50wt％。

优选的，所述脱氧剂为铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合。

优选的，所述焊芯的牌号为H08A。

其中，各原料作用如下：

低碳铬铁：向堆焊层金属过渡合金元素。金红石：造渣，稳定焊接电弧，改善焊接工艺性能。萤石：造渣和除氢，实现低氢型焊条，充分保证机械性能。锆英石：改善焊接工艺性能。脱氧剂：铝粉、硅铁和锰铁，采用Al、Si、Mn联合脱氧，排除焊缝中的氧，使得被电弧分解的氮离子顺利的进入到熔池金属内部，进而增加堆焊层金属的强度和硬度。钛铁、铌铁：固氮合金，在堆焊合金中形成硬质耐磨相。

本发明还提供了上述耐磨堆焊焊条的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述药皮各原料混合，搅拌均匀，加入原料总重5～10％的粘结剂，继续搅拌，均匀后得到药皮涂料；

(2)将焊芯进行常规清理，然后将所得药皮涂料附着于所述焊芯外，进行搓制，然后再经烘焙干燥，得到本发明耐磨堆焊焊条。

优选的，所述粘结剂主要为水玻璃，模数为2.4～2.7，比重为1.39～1.59。

优选的，所述粘结剂由水玻璃90～98wt％和高锰酸钾2～10wt％组成，加入高锰酸钾后，所得药皮涂料具有极佳的压涂性，可有效减少药皮在烘焙时的开裂现象，并在焊接时减小焊条熔池深度，便于排气，具有很强的抗气孔能力；另外，加入的高锰酸钾，可使水玻璃与硅铁、锰铁等铁合金间的作用变的稳定，脱氧效果更佳，并具有极高的稳弧性能。

优选的，所述药皮涂料的附着厚度可根据焊芯直径和实际使用要求和工况，在1～4mm之间调整。

本发明具有以下积极有益效果：

通过大量的试验，发明人研究开发出本发明利用空气进行氮合金化的耐磨堆焊焊条。本发明科学设计药皮组分，着重进行渣保护，统筹考虑渣的熔点、粘度、张力、碱度和氧化性，使氮在熔滴的形成初期就要能充分吸收，并同时进行脱氧，实现先期有效脱氧和固氮，才能利用电弧热作用，使空气中约80％的氮气发生分解并被熔池金属吸收，进而实现焊缝金属的氮合金化(堆焊层金属中的氮含量为0.6～0.12wt％)，有效降低焊接材料的成本。

本发明堆焊焊条利用空气中的自然氮进行合金化，并采用强固氮元素Ti和Nb合金化的方法，改善堆焊合金的韧性、抗裂性的同时，提高硬度，增加耐磨性能。实际应用结果表明，该焊条堆焊工艺性能良好，含有合理的氮含量，堆焊层平均硬度HRC41～57。

附图说明

图1为本发明堆焊焊条的制备方法流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其焊芯直径3.2mm，牌号H08A，其药皮厚度1.5mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁33％、金红石15％、萤石15％、锆英石6％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)13％、钛铁12％和铌铁6％。

其制备方法如图1所示，具体包括以下步骤：

(1)将所述药皮各原料混合，搅拌均匀，加入原料总重8％的粘结剂(水玻璃95wt％和高锰酸钾5wt％)继续搅拌，均匀后得到药皮涂料；

(2)将焊芯进行常规清理，然后将所得药皮涂料附着于所述焊芯外，进行搓制，然后再经烘焙干燥，得到本发明耐磨堆焊焊条，焊条堆焊层平均硬度HRC57。

实施例2

一种耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其焊芯直径4.0mm，牌号H08A，其药皮厚度2.0mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁45％、金红石11％、萤石12％、锆英石6％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)12％、钛铁7％和铌铁7％。其制备方法同实施例1，焊条堆焊层平均硬度HRC56。

实施例3

一种耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其焊芯直径3.0mm，牌号H08A，其药皮厚度1.0mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁30％、金红石22％、萤石10％、锆英石10％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)10％、钛铁15％和铌铁3％。其制备方法同实施例1，焊条堆焊层平均硬度HRC49。

实施例4

一种耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其焊芯直径5.0mm，牌号H08A，其药皮厚度2.5mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁50％、金红石10％、萤石10％、锆英石3％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)15％、钛铁5％和铌铁7％。其制备方法同实施例1，焊条堆焊层平均硬度HRC47。

实施例5

一种耐磨堆焊焊条，包括焊芯和药皮，其焊芯直径4.0mm，牌号H08A，其药皮厚度2.0mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳铬铁30％、金红石25％、萤石24％、锆英石3％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)10％、钛铁5％和铌铁3％。其制备方法同实施例1，焊条堆焊层平均硬度HRC45。

将以上实施例中耐磨堆焊焊条，与市售同类型堆焊焊条相比，成本可节约10％以上，耐磨性能提高30％以上。

本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。