本发明属于焊接材料制备技术领域，具体涉及一种堆焊焊条的制备方法。
背景技术：
随着现代工业和科技的飞速发展，机械零件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作，大量的机械设备往往因磨损、腐蚀、磨蚀而报废。尤其是长期在高温环境下的工作件，很有可能出现因氧化、组织的回火或相变而软化、蠕变破坏、反复承受加热和冷却而产生热疲劳裂纹等问题，因而磨损更为突出。磨损不仅消耗能源、耗费材料，而且由于磨损而更换零件时需修理、停工等所消耗的人力和物力以及降低劳动生产率等，甚至造成设备与人身事故，可见提高材料的耐磨性具有重大的社会经济意义。
采用堆焊的方法来制造产品或修复受损的机械零件，不仅可以恢复零件原来的尺寸，而且还可以进一步地提高工作面的耐磨性能，这对降低生产成本、节约材料、提高零件的使用寿命、减少配件的消耗等都有着重大的意义，特别是对于长期在高温环境下的工作件，选用合适的高温合金堆焊材料来修复或制造时，其意义就更为重大著。目前，己经开发的耐磨堆焊焊条的品种较多，主要分为铁基耐磨堆焊焊条、钴基耐磨堆焊焊条和镍基耐磨堆焊焊条三大类。虽然这些堆焊材料都具有良好的工艺性能，但是堆焊焊条所用的药皮在制备过程中都添加矿石粉末，在焊接过程中产生较多焊渣，难以清理，且形成的焊缝强度低，易开裂，耐磨性能较差，因此，研制一种不加矿石粉，焊后无熔渣，形成的焊缝强度高、不易开裂且耐磨性能好的堆焊焊条具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对传统堆焊焊条所用药皮在制备过程中添加矿石粉末，在焊接过程中产生较多焊渣，难以清理，且形成的焊缝强度低，易开裂，耐磨性能较差的问题，提供了一种堆焊焊条的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取300～500g硅藻土，球磨过筛后倒入盛有2～4l沼液的发酵罐中，恒温密闭发酵，待发酵结束，过滤得硅藻土滤渣，并将硅藻土滤渣干燥至恒重，得干燥滤渣；
（2）在坩埚中依次加入0.6～0.8g纳米铁粉，200～300g上述所得干燥滤渣，再将坩埚转入炭化炉中，以60～80ml/min速率向炉内通入氩气，并以8～10℃/min速率程序升温至700～800℃，保温炭化45～60min，停止通入氩气，再以30～40ml/min速率向炉内通入还原性气体，继续升温至1300～1500℃，保温反应60～90min，待自然冷却至室温，出料，得烧结料；
（3）依次量取150～200ml正硅酸乙酯，200～220ml无水乙醇倒入三口烧瓶中，在恒温搅拌状态下，滴加20～30ml质量分数为15%氨水，控制在10～15min内滴完，待滴加完毕，再向三口烧瓶中倒入40～50ml质量分数为30%氢氧化钾溶液，继续恒温搅拌反应45～60min，得粘结液；
（4）按重量份数计，在混料机中依次加入6～8份烧结料，0.6～0.8份镁粉，1～3份铝粉，5～7份硼粉，6～8份钛粉，2～4份硅粉，30～40份镍粉，10～15份铬粉，20～30份上述所得粘结液，于温度为55～60℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，得药皮湿料；
（5）将药皮湿料与焊条芯置于焊条涂料机上压制成型，再经干燥后，升温至350～360℃，保温2～4h，出料，即得堆焊焊条。
步骤（1）所述的恒温密闭发酵条件为：发酵温度为35～37℃，发酵罐搅拌转速为200～300r/min，发酵时间为5～7天。
步骤（2）所述的还原性气体是氢气、一氧化碳和甲烷中的一种或两种。
步骤（4）所述混料机中，还可以加入烧结料质量0.5～0.8倍的粒径为180～200目的活性炭。
步骤（5）所述的药皮湿料与焊条芯压制时是按质量比为1.2:1～1.5:1。
步骤（5）所述的焊条芯为低碳钢h08a型焊条芯。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先利用硅藻土与沼液混合发酵，在发酵过程中，沼液中有机质被硅藻土孔隙结构吸附，同时沼液中微生物聚集生长于硅藻土孔隙结构中，发酵产生的弱酸性环境可使硅藻土中部分酸溶性杂质得以溶解去除，再于氩气保护状态下，使硅藻土吸附的有机质得以炭化，随后利用纳米铁粉的催化作用，催化硅藻土中二氧化硅与炭化有机质在还原性气氛条件下，反应产生碳化硅，并与过剩的炭化有机质共同组成烧结料，在焊接过程中，可与空气中氧气发生氧化放热反应，促进焊条熔融；
（2）本发明制备的焊条药皮成分中，无传统焊条所用的矿石粉末成分，因此在焊接过程中，焊接烟尘少，焊缝处基本无熔渣产生，不仅改善了焊接工人的工作环境，同时焊缝清理简单，避免了传统焊条出现焊后脱渣困难的问题，提高了焊接工作效率。
具体实施方式
首先称取300～500g硅藻土，倒入球磨机中，按球料质量比为8：1～10：1加入氧化锆球磨珠，球磨2～4h后过80～120目筛，再将球磨过筛后的硅藻土倒入盛有2～4l沼液的发酵罐中，于温度为35～37℃，转速为200～300r/min条件下，恒温密闭发酵5～7天，过滤，得硅藻土滤渣，并将所得硅藻土滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣，随后在坩埚中依次加入0.6～0.8g纳米铁粉，200～300g干燥滤渣，再将坩埚转入炭化炉中，以60～80ml/min速率向炉内通入氩气，并以8～10℃/min速率程序升温至700～800℃，保温炭化45～60min，停止通入氩气，并以30～40ml/min速率向炉内通入还原性气体，继续升温至1300～1500℃，保温反应60～90min，待自然冷却至室温，出料，得烧结料，再依次量取150～200ml正硅酸乙酯，200～220ml无水乙醇倒入三口烧瓶中，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至55～60℃，搅拌转速至300～500r/min，在恒温搅拌状态下，滴加20～30ml质量分数为15%氨水，控制在10～15min内滴完，待滴加完毕，再向三口烧瓶中倒入40～50ml质量分数为30%氢氧化钾溶液，继续恒温搅拌反应45～60min，得粘结液，按重量份数计，在混料机中依次加入6～8份烧结料，3～5份粒度为180～200目的活性炭，0.6～0.8份镁粉，1～3份铝粉，5～7份硼粉，6～8份钛粉，2～4份硅粉，30～40份镍粉，10～15份铬粉，20～30份粘结液，于温度为55～60℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，得药皮湿料，最后将药皮湿料与低碳钢h08a焊条芯按质量比为1.2:1～1.5:1置于焊条涂料机上压制成型，再转入烘箱中，于温度为60～80℃条件下，干燥60～90min，再升温至350～360℃，保温2～4h后，出料，即得堆焊焊条。所述的还原性气体是氢气、一氧化碳和甲烷中的一种或两种。
实例1
首先称取300g硅藻土，倒入球磨机中，按球料质量比为8：1加入氧化锆球磨珠，球磨2h后过80目筛，再将球磨过筛后的硅藻土倒入盛有2l沼液的发酵罐中，于温度为35℃，转速为200r/min条件下，恒温密闭发酵5天，过滤，得硅藻土滤渣，并将所得硅藻土滤渣置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣，随后在坩埚中依次加入0.6g纳米铁粉，200g干燥滤渣，再将坩埚转入炭化炉中，以60ml/min速率向炉内通入氩气，并以8℃/min速率程序升温至700℃，保温炭化45min，停止通入氩气，并以30ml/min速率向炉内通入氢气，继续升温至1300℃，保温反应60min，待自然冷却至室温，出料，得烧结料，再依次量取150ml正硅酸乙酯，200ml无水乙醇倒入三口烧瓶中，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至55℃，搅拌转速至300r/min，在恒温搅拌状态下，滴加20ml质量分数为15%氨水，控制在10min内滴完，待滴加完毕，再向三口烧瓶中倒入40ml质量分数为30%氢氧化钾溶液，继续恒温搅拌反应45min，得粘结液，按重量份数计，在混料机中依次加入6份烧结料，3份粒度为180目的活性炭，0.6份镁粉，1份铝粉，5份硼粉，6份钛粉，2份硅粉，30份镍粉，10份铬粉，20份粘结液，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合45min，得药皮湿料，最后将药皮湿料与低碳钢h08a焊条芯按质量比为1.2:1置于焊条涂料机上压制成型，再转入烘箱中，于温度为60℃条件下，干燥60min，再升温至350℃，保温2h后，出料，即得堆焊焊条。
首先将堆焊焊件表面在砂轮上打磨干净，去掉焊件表面的氧化皮和铁锈，并预热至100℃，将预热后的焊件及本发明制得的无渣耐磨堆焊焊条分别放置在直流弧焊机中指定位置，设制堆焊电流为100a，堆焊电压为18v，层间温度为100℃，随后沿着焊件的焊接点连续堆焊一道焊缝，冷却后再进行二次堆焊，共堆焊2层，待焊接工艺完成后，将堆焊焊件静置冷却至40℃，再用保温棉覆盖焊件进行保温20min，最后待保温完成，取下保温棉即可。经检测，本发明制得的无渣耐磨堆焊焊条在进行堆焊后在焊缝处几乎无溶渣，焊件堆焊层硬度达hrc70，具有较好的耐磨性和机械加工性能，同时本发明焊条所形成的的焊缝强度高，可长期耐受高温工作环境，在650℃环境下工作8个月未出现裂纹。
实例2
首先称取400g硅藻土，倒入球磨机中，按球料质量比为9：1加入氧化锆球磨珠，球磨3h后过100目筛，再将球磨过筛后的硅藻土倒入盛有3l沼液的发酵罐中，于温度为36℃，转速为250r/min条件下，恒温密闭发酵6天，过滤，得硅藻土滤渣，并将所得硅藻土滤渣置于烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣，随后在坩埚中依次加入0.7g纳米铁粉，250g干燥滤渣，再将坩埚转入炭化炉中，以70ml/min速率向炉内通入氩气，并以9℃/min速率程序升温至750℃，保温炭化53min，停止通入氩气，并以35ml/min速率向炉内通入一氧化碳，继续升温至1400℃，保温反应75min，待自然冷却至室温，出料，得烧结料，再依次量取175ml正硅酸乙酯，210ml无水乙醇倒入三口烧瓶中，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至58℃，搅拌转速至400r/min，在恒温搅拌状态下，滴加25ml质量分数为15%氨水，控制在13min内滴完，待滴加完毕，再向三口烧瓶中倒入45ml质量分数为30%氢氧化钾溶液，继续恒温搅拌反应53min，得粘结液，按重量份数计，在混料机中依次加入7份烧结料，4份粒度为190目的活性炭，0.7份镁粉，2份铝粉，6份硼粉，7份钛粉，3份硅粉，35份镍粉，13份铬粉，28份粘结液，于温度为58℃，转速为700r/min条件下，恒温搅拌混合53min，得药皮湿料，最后将药皮湿料与低碳钢h08a焊条芯按质量比为1.4:1置于焊条涂料机上压制成型，再转入烘箱中，于温度为70℃条件下，干燥75min，再升温至355℃，保温3h后，出料，即得堆焊焊条。
首先将堆焊焊件表面在砂轮上打磨干净，去掉焊件表面的氧化皮和铁锈，并预热至125℃，将预热后的焊件及本发明制得的无渣耐磨堆焊焊条分别放置在直流弧焊机中指定位置，设制堆焊电流为110a，堆焊电压为21v，层间温度为125℃，随后沿着焊件的焊接点连续堆焊一道焊缝，冷却后再进行二次堆焊，共堆焊2层，待焊接工艺完成后，将堆焊焊件静置冷却至50℃，再用保温棉覆盖焊件进行保温30min，最后待保温完成，取下保温棉即可。经检测，本发明制得的无渣耐磨堆焊焊条在进行堆焊后在焊缝处几乎无溶渣，焊件堆焊层硬度达hrc78，具有较好的耐磨性和机械加工性能，同时本发明焊条所形成的的焊缝强度高，可长期耐受高温工作环境，在750℃环境下工作9个月未出现裂纹。
实例3
首先称取500g硅藻土，倒入球磨机中，按球料质量比为10：1加入氧化锆球磨珠，球磨4h后过120目筛，再将球磨过筛后的硅藻土倒入盛有4l沼液的发酵罐中，于温度为37℃，转速为300r/min条件下，恒温密闭发酵7天，过滤，得硅藻土滤渣，并将所得硅藻土滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣，随后在坩埚中依次加入0.8g纳米铁粉，300g干燥滤渣，再将坩埚转入炭化炉中，以80ml/min速率向炉内通入氩气，并以10℃/min速率程序升温至800℃，保温炭化60min，停止通入氩气，并以40ml/min速率向炉内通入甲烷，继续升温至1500℃，保温反应90min，待自然冷却至室温，出料，得烧结料，再依次量取200ml正硅酸乙酯，220ml无水乙醇倒入三口烧瓶中，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至60℃，搅拌转速至500r/min，在恒温搅拌状态下，滴加30ml质量分数为15%氨水，控制在15min内滴完，待滴加完毕，再向三口烧瓶中倒入50ml质量分数为30%氢氧化钾溶液，继续恒温搅拌反应60min，得粘结液，按重量份数计，在混料机中依次加入8份烧结料，5份粒度为200目的活性炭，0.8份镁粉，3份铝粉，7份硼粉，8份钛粉，4份硅粉，40份镍粉，15份铬粉，30份粘结液，于温度为60℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得药皮湿料，最后将药皮湿料与低碳钢h08a焊条芯按质量比为1.5:1置于焊条涂料机上压制成型，再转入烘箱中，于温度为80℃条件下，干燥90min，再升温至360℃，保温4h后，出料，即得堆焊焊条。
首先将堆焊焊件表面在砂轮上打磨干净，去掉焊件表面的氧化皮和铁锈，并预热至150℃，将预热后的焊件及本发明制得的无渣耐磨堆焊焊条分别放置在直流弧焊机中指定位置，设制堆焊电流为120a，堆焊电压为24v，层间温度为150℃，随后沿着焊件的焊接点连续堆焊一道焊缝，冷却后再进行二次堆焊，共堆焊3层，待焊接完成后，将堆焊焊件静置冷却至60℃，再用保温棉覆盖焊件进行保温40min，最后待保温完成，取下保温棉即可。经检测，本发明制得的无渣耐磨堆焊焊条在进行堆焊后在焊缝处几乎无溶渣，焊件堆焊层硬度达hrc85，具有较好的耐磨性和机械加工性能，同时本发明焊条所形成的的焊缝强度高，可长期耐受高温工作环境，在850℃环境下工作10个月未出现裂纹。