本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种耐磨堆焊自保护药芯焊丝，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、Nb和V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，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自保护药芯焊丝，可利用空气中的自然氮气进行合金化，焊接工艺性能良好，堆焊层表面硬度高且分布均匀。
为解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种耐磨堆焊自保护药芯焊丝，包括低碳空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯，所述粉体药芯包括以下重量百分比的原料：低碳铬铁40～60％、金红石5～15％、大理石0～5％、萤石2～10％、锆英石2～10％、脱氧剂5～15％、钛铁5～10％、铌铁3～8％和钒铁3～8％。
优选的，所述粉体药芯包括以下重量百分比的原料：低碳铬铁50～55％、金红石7～12％、大理石1～3％、萤石5～8％、锆英石3～5％、脱氧剂8～12％、钛铁5～6％、铌铁4～6％和钒铁4～6％。
优选的，所述低碳空心焊丝为H08A或H10钢制件，碳含量不大于0.2wt％。
优选的，所述低碳铬铁的碳含量为0.15～0.50wt％。
优选的，所述粉体药芯在所述的空心焊丝内的填充率为30～40wt％。
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。
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。大理石：可以增加液态熔池的搅拌力度，同时利于造渣。锆英石：改善焊接工艺性能。脱氧剂：采用特定比例的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、钒铁：固氮合金，在堆焊合金中形成硬质耐磨相。
上述耐磨堆焊自保护药芯焊丝由以下步骤制成：将所述粉体药芯各原料混合，搅拌均匀，然后填充于所述空心焊丝中，依次进行轧制、拉拔，得到本发明耐磨堆焊自保护药芯焊丝。
本发明具有以下积极有益效果：
(1)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自保护药芯焊丝。本发明科学设计药芯组分，利用电弧热作用，使空气中大量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，可有效降低焊接材料的成本。
(2)本发明自保护药芯焊丝的焊接过程是直接在空气中进行的，利用空气中的氮能进入熔池，采用钛、铌和钒强固氮合金元素进行氮合金化，提高了堆焊层的硬度和强度，增强了耐磨性能。
(3)本发明药芯焊丝焊接工艺性能良好，堆焊层金属中的含氮量为0.6～0.12％，堆焊层表面硬度分布均匀，平均硬度可在HRC40～58范围内。
附图说明
图1为本发明耐磨堆焊自保护药芯焊丝的制备方法流程图。
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
一种耐磨堆焊自保护药芯焊丝，包括H08A低碳钢空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯，所述粉体药芯由以下重量百分比的原料组成：低碳铬铁50％、金红石12％、大理石3％、萤石8％、锆英石5％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)8％、钛铁6％、铌铁4％、钒铁4％，填充率为33wt％。见图1，由以下步骤制成：将所述粉体药芯各原料混合，搅拌均匀，然后填充于所述空心焊丝中，依次进行轧制、拉拔，得到本发明耐磨堆焊自保护药芯焊丝。
药芯焊丝堆焊层平均硬度HRC58。
实施例2
一种耐磨堆焊自保护药芯焊丝，包括H08A低碳钢空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯，所述粉体药芯由以下重量百分比的原料组成：低碳铬铁55％、金红石7％、大理石1％、萤石5％、锆英石3％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)12％、钛铁5％、铌铁6％、钒铁6％，填充率为35wt％。制备方法同实施例1。
药芯焊丝堆焊层平均硬度HRC55。
实施例3
一种耐磨堆焊自保护药芯焊丝，包括H10低碳钢空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯，所述粉体药芯由以下重量百分比的原料组成：低碳铬铁60％、金红石5％、大理石5％、萤石2％、锆英石2％、脱氧剂(铝粉、硅铁和锰铁按重量比1:1:1的混合)5％、钛铁10％、铌铁3％、钒铁8％，填充率为30wt％。制备方法同实施例1。药芯焊丝堆焊层平均硬度HRC45。
实施例4
一种耐磨堆焊自保护药芯焊丝，包括H10低碳钢空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯，所述粉体药芯由以下重量百分比的原料组成：低碳铬铁40％、金红石7％、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)15％、钛铁5％、铌铁8％、钒铁3％，填充率为40wt％。制备方法同实施例1。药芯焊丝堆焊层平均硬度HRC48。
以上实施例中的自保护药芯焊丝，与市售同类型药芯焊丝相比，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。