專利名稱：一種高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焊接領域 技術，特別是一種高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲。
背景技術：
堆焊技術是使零部件表面獲得具有耐磨、耐蝕、耐熱等特殊性能的熔敷金屬而進 行的焊接過程。在冶金機械、礦山機械、農業(yè)機械、建筑機械、石油化工設備、交通運輸、核電 設備、航天工業(yè)等部門的零部件的制造和修復中獲得了廣泛的應用。隨著國家工業(yè)化的不 斷發(fā)展，對新型硬質合金材料和與之對應的堆焊材料開發(fā)提出迫切要求。藥芯焊絲相對于 其它焊接材料，具有合金成分調配靈活方便，焊接工藝性優(yōu)秀，焊接效率高等優(yōu)點，成為新 一代自動化焊接材料中的佼佼者，在堆焊領域有逐步取代焊條與實芯焊絲的趨勢。從目前國內外高硬度堆焊藥芯焊絲的研究狀況來看，焊縫金屬合金系統(tǒng)多為高 鉻鑄鐵型合金系統(tǒng)，如專利號 CN200510127968. 1、CN200510031856. 6、CN200710175676. 4 等公開的技術均屬這種類型的技術。雖然該合金系統(tǒng)具有很高的硬度，例如HRC>60，但其 堆敷金屬由于含碳量較高，組織形態(tài)呈奧氏體基體加大量析出碳化物，造成堆焊層脆性很 大極易開裂。在堆敷金屬承受交變沖擊載荷的情況下不適用。例如高速鋼零部件，熱剪 刃和冷軋輥的堆焊修復，要求堆焊熔敷層具有較高的強韌性匹配。此外，我國堆焊藥芯焊 絲品種主要以粗直徑焊絲為主，藥芯的填充率在35飛0%之間，如專利號CN96102347. 3、 CN200710191741. 2XN00103065. 5等公開的技術均屬這種類型的技術。填充率較高使得無 法拉拔成細直徑焊絲，只能用于平焊或角焊位置，操作靈活性較差。而細直徑的CO2氣體保 護藥芯焊絲堆焊適應性強，易于實現(xiàn)各種零件尺寸及各種位置的堆焊。其次，細直徑的CO2 氣體保護堆焊藥芯焊絲具有焊接電流密度大、熔敷系數(shù)高，電弧熱量集中、堆焊變形小的特 點，保證了自動化焊接的高效率。且CO2氣體氧化作用強，抗油、抗銹能力強，堆敷金屬的擴 散氫含量較低，獲得高硬度的同時有較高的韌性匹配。目前國內CO2氣體保護堆焊藥芯焊 絲產品較少，品種不全，且硬度和耐磨性偏低，抗裂性較差，在各行業(yè)中應用較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，從 而克服目前高硬度堆焊藥芯焊絲韌性較差以及細直徑CO2氣體保護堆焊藥芯焊絲種類較少 的問題；
本發(fā)明所要進一步解決的技術問題是提供的硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲在 焊接過程中電弧穩(wěn)定，飛濺率低，熔渣覆蓋良好，焊縫成型美觀，表面無氣孔和壓坑；多層堆 焊后表面無裂紋，抗裂性能優(yōu)良，堆焊層硬度高達55飛1HRC，能夠適用于高應力磨料磨損及 應力交變載荷工況條件。
為了實現(xiàn)解決上述技術問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術方案
本發(fā)明的一種硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，包括焊絲和藥芯組成，焊絲形狀 為中空的圓形細絲，焊絲原料采用普通低碳鋼冷軋鋼帶，填充藥芯粉末重量占焊絲總重量 的17 22% ；藥芯的組分及重量百分比為金紅石13 30%、氟化物5 26%，鎂砂3 14%， 石英0 10%，鉀長石2 8%，鋁鎂合金2 5%，金屬鉻14 33%，片狀石墨5 15%，45# 硅鐵2 5%，金屬錳7 11%，鉬鐵:5 12%，釩鐵:0 6%，硼鐵:0 5%，金屬鎢6 12%，稀土 2、％，余量為還原鐵粉；所述的氟化物為螢石、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、鉀冰晶石中的一種或幾 種任意比例的的混合物。

本發(fā)明的一種硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，更具體的技術方案可以是 所述的鋁鎂合金中鋁的質量含量為47飛3%，鎂的質量含量>47%;鉬鐵中鉬的質量含量為 ^ 55% ；釩鐵中釩的質量含量為38 45% ；硼鐵中硼的質量含量為19 25% ；硅鐵中硅的質 量含量為43 47%。本發(fā)明的一種硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，更具體的技術方案還可以 是所述的稀土中的質量要求是其中主要化學成分REO彡83%,Ce02/RE0彡45，F(xiàn)彡26。更 進一步具體的選擇是稀土牌號REF3-I。本發(fā)明的一種硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，更具體的技術方案還可以 是所述焊絲的直徑為φ 1. 2 Φ 1. 6mm。本發(fā)明的一種硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，更具體的技術方案還可以 是藥芯配方中藥粉的顆粒度控制在8(Γ160目，其中的礦物粉經40(T60(TC烘干廣2小時， 合金粉經10(Γ130 烘干廣2小時，后在混料機中均勻混合60分鐘。這些技術方案，包括具體的、進一步具體的技術方案也可以互相組合或者結合，從 而達到更好的技術效果。藥芯中各組分的主要作用簡述如下
金紅石主要成分是TiO2，具有穩(wěn)弧、減小熔滴表面張力、細化熔滴、調節(jié)熔渣熔點和流 動性、改善焊縫成型、減少飛濺等作用。本發(fā)明中金紅石加入量為13 30%，金紅石少于13% 時，改善工藝性作用不明顯。金紅石高于30%時，焊縫表面易出現(xiàn)壓坑和氣孔缺陷，且焊縫 含氧量增高，抗裂性變差。氟化物主要成分包括螢石、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、鉀冰晶石中的一種或幾種。氟化 物在焊接電弧高溫的作用下分解出的F—與H+結合為非常穩(wěn)定的HF，降低了焊接金屬的擴 散氫含量，使得焊縫金屬在具有較高耐磨性的同時具有一定的韌性。含量少于5%時，脫氫 效果不明顯。當含量超過26%后，由于F與電弧中的電子結合成牢固的F—，減少了焊接電弧 中的自由電子，使焊接電弧的穩(wěn)定性變差，熔滴呈大顆粒過渡，焊接飛濺變大。氟化物加入 量控制在5 26%。鎂砂主要成分是MgO，能夠提高熔渣的堿度，使合金成分保持較高的過渡系數(shù)， 凈化焊縫，使熔渣的脫磷、脫硫的能力增強，提高焊縫金屬的抗熱裂紋能力，改善堆焊金屬 的綜合性能。含量少于3%時，凈化焊縫效果不明顯。當含量超過14%后會顯著增大熔渣的 表面張力以及熔渣與熔化金屬的界面張力，使熔滴粗化，并且鎂砂的熔點較高，量過多時容 易產生壓坑和麻點，惡化焊接工藝性。鎂砂加入量控制在3 14%。石英主要成分是SiO2，可以調節(jié)熔渣的熔點及侵潤性，減少熔渣的界面張力，改善熔渣流動性和細化熔滴，調高藥芯焊絲的熔化效率。當含量超過10%后會使熔渣酸度增 大，氧化性增強，焊縫中氧化物夾雜增多，抗裂性變差。加入量應控制在(Γιο%。鉀長石主 要起穩(wěn)弧作用。其中所含K2O和Na2O高達12%以上，具有明顯的穩(wěn)定焊 接電弧、提高電弧電壓和細化熔滴、提高熔化系數(shù)的作用。含量少于2%時起不到穩(wěn)弧作用。 當含量超過8%時，因長石中含有高熔點的Al2O3使熔渣的粘度過高，降低熔渣的流動性，使 焊接金屬的成形性變差，還易造成焊縫夾渣。鋁鎂合金主要起脫氧和穩(wěn)弧的作用。鋁是強脫氧劑，適量的鋁可以保證焊縫中合 金元素的過渡系數(shù)較高。鎂的燃點較低，易于在電弧中氣化，起到細化熔滴與穩(wěn)定電弧的作 用。但當鋁鎂合金含量超過5%時，冶金反應形成的高熔點Al2O3在熔渣中不易上浮，造成焊 縫夾雜。硅鐵與錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。Mn和Si聯(lián)合作用有利于降低焊縫中的氧 含量，與S結合形成MnS，防止低熔點FeS形成，防止焊縫金屬中產生熱裂紋的傾向，提高焊 縫的抗熱裂紋的能力。加入量過多時會對焊縫的韌性造成損害。碳碳是強烈的奧氏體化形成元素和降低Ms點元素。碳具有間隙固溶強化的作 用。向焊縫中過渡碳，將促進孿晶馬氏體的形成，增加碳化物數(shù)量，減少碳化物質點間距， 獲得高的硬度。但碳含量的增加會使焊縫的沖擊韌度顯著下降，使焊縫致脆出現(xiàn)裂紋。在 要求堆敷金屬具有良好的抗裂性時，應盡量控制焊縫中的碳含量。本發(fā)明中石墨加入量在 5 15%。鉻鉻能提高鋼的淬透性，產生固溶強化，促進馬氏體的形成，提升焊縫基體的硬 度和強度。并且鉻與碳能形成細小彌散的沉淀相Cr7C3、Cr23C6,分布在焊縫基體組織中，進 一步提高硬度和強度。因此，本發(fā)明中鉻的加入量在14 33%。鉬鉬能增加鋼的淬透性，產生固溶強化，抑制回火脆性，與碳形成Mo2C,增進二次 硬化效應。隨著鉬含量的增加，堆敷金屬的硬度提高，耐磨性增強。本發(fā)明中鉬鐵的加入量 在5 12%。釩釩和碳易形成穩(wěn)定性很高的高硬度碳合物VC，進一步提升焊縫的硬度。并且 適量的釩能有效地細化晶粒，在提高硬度的同時保證韌性，減少裂紋的發(fā)生。本發(fā)明中釩鐵 的加入量在0 6%。硼硼能提高合金的淬透性，獲得較多的馬氏體，而且硼和碳生成高熔點，高硬度 和高脆性碳化物，使焊縫的硬度和耐磨性得到提高。但是硼在焊接時易于產生裂紋，導致抗 裂性能下降，含量應嚴格控制，本發(fā)明中硼鐵加入量在(Γ5%。鎢鎢能產生固溶強化，提高焊縫高溫穩(wěn)定性，且鎢與碳易生成高硬度的碳化物， 能保證焊縫具有良好的熱硬性。本發(fā)明中金屬鎢的加入量在6 12%。稀土 加入稀土元素可以細化晶粒，凈化晶界，提高焊縫的硬度和耐磨性等。在藥 芯焊絲中加入稀土元素，可使堆焊層性能非常穩(wěn)定，提高堆焊層質量。本發(fā)明中稀土的加入
量2 8%。通過采用上述技術方案，本發(fā)明具有以下的有益效果
本發(fā)明中的高硬度堆焊藥芯焊絲在采用純二氧化碳氣體保護焊接時，具有優(yōu)良的焊接 工藝性。焊接過程中電弧穩(wěn)定，飛濺率低，可進行全位置焊接，熔渣覆蓋良好，脫渣容易，焊 縫成型美觀，無氣孔和壓坑。堆敷金屬是以板條馬氏體為基體與大量碳化物彌散強化相相配合的組織結構，大量高硬度的碳化物彌散分布保證了堆焊金屬的高硬度及高耐磨性，板 條馬氏體基本的高韌性又保證了堆焊金屬的高抗裂性。因此，多層堆焊后焊縫表面無裂紋， 抗沖擊性能好，堆焊層硬度高達55飛1HRC，耐磨損性能優(yōu)良?？捎糜诟邞δチ夏p及應力 交變載荷的工況條件。
具體實施例方式下面結合藥芯組分的具體實施配比對本發(fā)明進一步說明。實施例提到的含量均為質量含量。實施例1
金紅石13%，氟化物26%，鎂砂3%，鉀長石2%，鋁鎂合金2%，金屬鉻21%，片 狀石墨5%，45#硅鐵4%，金屬錳7%，鉬鐵5%，釩鐵3%，金屬鎢7%，稀土 2%，藥粉重 量填充率為18%。配方中，氟化物包括氟硅酸鈉和鉀冰晶石兩種，其中氟硅酸鈉18%，鉀冰晶石 8% ；鋁鎂合金中鋁的質量含量為47 53%，鎂的質量含量>47% ；鉬鐵中鉬的質量含量為 ^ 55% ；釩鐵中釩的質量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質 量含量為43 47%。稀土規(guī)格為REO彡83%, Ce02/RE0彡45，F(xiàn)彡26%。實施例2
金紅石30%，氟化物5%，鎂砂3%，石英5%，鉀長石2%，鋁鎂合金2%，金屬鉻 14%，片狀石墨6%，45#硅鐵2%，金屬錳8%，鉬鐵7%，釩鐵6%，硼鐵2 %，金屬鎢 6%，稀土 2%。藥粉填充率為22%。配方中，氟化物為螢石；鋁鎂合金中鋁的質量含量為47 53%，鎂的質量含量 ^ 47% ；鉬鐵中鉬的質量含量為> 55% ；釩鐵中釩的質量含量為3纊45% ；硼鐵中硼的質量 含量為19 25%；硅鐵中硅的質量含量為43 47%。稀土規(guī)格為REO ^83%,Ce02/RE0彡45， F 彡 26%。實施例3
金紅石17%，氟化物7%，鎂砂5%，石英3%，鉀長石4%，鋁鎂合金3%，金屬鉻 20%，片狀石墨8%，45#硅鐵2%，金屬錳9%，鉬鐵6%，釩鐵4%，金屬鎢8%，稀土 4%， 余量為鐵粉。藥粉填充率為20%。配方中，氟化物包括螢石和鉀冰晶石兩種，其中螢石5%，鉀冰晶石2% ；鋁鎂合 金中鋁的質量含量為47 53%，鎂的質量含量> 47% ；鉬鐵中鉬的質量含量為> 55% ；釩 鐵中釩的質量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質量含量為 43 47%。稀土規(guī)格為 REO 彡 83%, Ce02/RE0 彡 45，F(xiàn) 彡 26%。實施例4
金紅石15%、氟化物5%，鎂砂14%，鉀長石8%，鋁鎂合金5%，金屬鉻14%，片 狀石墨5%，45#硅鐵5%，金屬錳7%，鉬鐵6%，釩鐵0%，硼鐵8%，金屬鎢6%，稀土 2%，余量為鐵粉。藥粉填充率為20%。配方中，氟化物包括氟硅酸鈉和鉀冰晶石兩種，其中氟硅酸鈉3 %，鉀冰晶石 2% ；鋁鎂合金中鋁的質量含量為47飛3%，鎂的質量含量>47% ；鉬鐵中鉬的質量含量為 ^ 55% ；釩鐵中釩的質量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質量含量為43 47%。稀土規(guī)格為REO彡83%, Ce02/RE0彡45，F(xiàn)彡26%。按照上述實施例將各種礦物粉與合金粉過篩稱量后充分混合均勻，顆粒度控制在 8(Γ160目，然后在藥芯焊絲制造設備上經過Η08Α薄鋼帶的放卷、軋為U型、加入混均勻的藥 芯粉、軋制封口成0型、合理逐道拉拔減徑和繞絲成盤，制成直徑為1.2 1. 6mm的藥芯焊絲。 用KR-500型氣保焊機進行焊縫堆焊試驗，焊接電流16(Γ180Α，電弧電壓26 28V，干伸長度 25mm，氣體流量22 24L/min。堆焊層硬度試驗采用HR-150洛氏試驗機，載荷為150kg，對每 個實施例堆焊層取5個點打硬度，最后得到該例堆焊層的平均洛氏硬度值?？沽研栽囼灢?用焊前無預熱、焊后無緩冷條件堆焊5層，目測裂紋。堆焊層熔敷金屬硬度、抗裂性見表1。 采用STECTR0MAXX直讀光譜儀測試實施例堆焊層的化學成分，堆敷金屬的化學成分見表2。表1各實施例熔敷金屬的硬度、耐磨性及抗裂性
權利要求
1.一種高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，包括焊絲和藥芯組成，焊絲形狀為 中空的圓形細絲，其特征是焊絲原料采用普通低碳鋼冷軋鋼帶，填充藥芯粉末重量占焊 絲總重量的17 2洲；藥芯的組分及重量百分比為金紅石13 30%、氟化物516%，鎂 砂3 14%，石英0 10%，鉀長石2 8%，鋁鎂合金2 5%，金屬鉻14 33 %，片狀石墨 5 15%，45#硅鐵:2 5%，金屬錳7 11%，鉬鐵:5 12%，釩鐵:0 6%，硼鐵:0 5%，金屬鎢 6 12%，稀土 2、％，余量為還原鐵粉；所述的氟化物為螢石、氟硅酸鈉、氟鋁酸鈉、鉀冰晶石 中的一種或幾種任意比例的的混合物。
2.根據(jù)權利要求1所述高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的鋁 鎂合金中鋁的質量含量為47 53%，鎂的質量含量> 47% ；鉬鐵中鉬的質量含量為> 55% ； 釩鐵中釩的質量含量為38、5% ；硼鐵中硼的質量含量為1纊25% ；硅鐵中硅的質量含量為 43 47%。
3.根據(jù)權利要求1所述高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的稀 土規(guī)格為 REO ≥ 83%, Ce02/RE0 ≥ 45，F(xiàn) ≥ 26。
4.根據(jù)權利要求4所述高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的稀 土牌號為REF3-I。
5.根據(jù)權利要求1所述高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，其特征是所述的焊 絲的直徑為Φ 1.2 Φ 1.6mm。
6.根據(jù)權利要求1、2、3、4或5任一項所述高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，其 特征是藥芯配方中藥粉的顆粒度控制在8(Γ160目，其中的礦物粉經40(T60(TC烘干廣2 小時，合金粉經10(Γ130 烘干廣2小時，后在混料機中均勻混合60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種高硬度二氧化碳氣體保護堆焊藥芯焊絲，焊絲原料采用普通低碳鋼冷軋鋼帶，填充藥芯粉末重量占焊絲總重量的17~22%；藥芯含金紅石13~30％、氟化物5~26％，鎂砂3~14％，石英0~10％，鉀長石2~8％，鋁鎂合金2~5%，金屬鉻14~33％，片狀石墨5~15％，45#硅鐵2~5％，金屬錳7~11％，鉬鐵5~12％，釩鐵0~6%，硼鐵0~5%，金屬鎢6~12%，稀土2~8%，余量為鐵。本發(fā)明中的焊絲焊接工藝優(yōu)良，焊接過程中電弧穩(wěn)定，可全位置焊接，熔渣覆蓋良好，脫渣容易，焊縫成型美觀；多層堆焊后焊縫表面無裂紋，抗沖擊性能好，堆焊層硬度高達55~61HRC，耐磨損性能優(yōu)良。
文檔編號B23K35/36GK102069322SQ201010603609
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者劉瞿, 王效蓮 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所