本發(fā)明涉及一種等離子-電弧堆焊使用的藥芯焊絲，特別涉及一種適用于易變形工件的高質(zhì)量堆焊的藥芯焊絲。

背景技術(shù)：

與堆焊技術(shù)的國際發(fā)展前沿相比較，我國在堆焊基礎(chǔ)理論方面（如堆焊合金的設(shè)計、堆焊缺陷的形成機理等）與工業(yè)發(fā)達國家差距不大，但堆焊材料和設(shè)備的工業(yè)發(fā)展水平與發(fā)達國家存在較大差距，我國堆焊材料方面的突出特點是“焊條多焊絲少、熔煉焊劑多燒結(jié)焊劑少、實心焊絲多藥芯焊絲少”，而堆焊設(shè)備方面的現(xiàn)狀則是“改裝設(shè)備多專用設(shè)備少、機械化設(shè)備多智能化設(shè)備少”，因此，無論是堆焊材料的品種和質(zhì)量，還是堆焊設(shè)備的自動化、智能化水平等方面均亟待發(fā)展和提高，其中國內(nèi)堆焊藥芯焊絲制備的堆焊修復(fù)層在硬度、耐磨性、抗腐蝕性、脫渣性等方面都存在不足，堆焊層的使用壽命相對國外產(chǎn)品較低。而國外堆焊藥芯焊絲產(chǎn)品雖然性能優(yōu)良，但價格較高，造成企業(yè)維護成本過高。因此，亟待發(fā)展具有高技術(shù)含量的堆焊藥芯焊絲開發(fā)技術(shù)，提升我國堆焊修復(fù)技術(shù)。

等離子-電弧是一種復(fù)合熱源焊接工藝，是將等離子電弧焊和熔化極惰性氣體保護焊（mig）相結(jié)合的方法。焊接過程中，在等離子弧和mig電弧的作用下，焊絲加熱并熔化，形成金屬熔滴，進入熔池。等離子弧為負極，mig電弧為正極，電流通過兩個電極產(chǎn)生電磁力，電磁力牽引著等離子弧向焊接熔池前方移動，且等離子弧在高速焊接過程中可保持在焊槍軸線。通常情況下，等離子-mig焊接過程中軸向送進的焊絲和mig電弧都被等離子氣包圍。由于復(fù)合焊槍結(jié)構(gòu)的獨特性，干伸長大，而且壓縮后的等離子弧中心溫度很高加熱，因此焊絲熔化速度快。等離子弧不僅起到加熱焊絲的作用，等離子-mig焊接中熔化極的焊絲底端、熔滴與mig電弧也都包圍在熾熱的等離子弧內(nèi)部，熔滴過渡受力、熔化極電流走向等都受等離子弧影響發(fā)生了很大變化。等離子弧焊接的穩(wěn)定性、熱量和溫度都高于一般電弧，因此具有較大的熔透力、較快的焊接速度、較窄的熱影響區(qū)域和較小的工件變形。熔化極氬弧焊的電弧是明弧，焊接過程參數(shù)穩(wěn)定，易于檢測和控制。兩者的結(jié)合需要通過藥芯焊絲成分的合理設(shè)計，保證在等離子-mig復(fù)合堆焊條件下焊絲熔化速度快、無飛濺、焊接過程穩(wěn)定，氣孔少、晶粒小等。

綜合來看，目前現(xiàn)有技術(shù)均未有提及適合于等離子-電弧復(fù)合堆焊的藥芯焊絲。研究開發(fā)適合等離子-電弧復(fù)合堆焊的藥芯焊絲，需減少等離子較強熔透力對堆焊工件母材的不利影響，且如何保持電弧在干伸長過大及快速焊接過程中的穩(wěn)定性的問題。若能將兩者匹配結(jié)合，基于等離子-電弧復(fù)合堆焊優(yōu)質(zhì)高效的優(yōu)點，必將推動其在關(guān)鍵零部件修復(fù)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種焊絲熔化速度快、無飛濺、焊接過程穩(wěn)定，氣孔少、晶粒小的針對等離子-電弧堆焊用的藥芯焊絲。本發(fā)明的藥芯焊絲能解決等離子-電弧的匹配問題，適合對熱輸入敏感工件的高質(zhì)量堆焊修復(fù)。

本發(fā)明的等離子-電弧堆焊藥芯焊絲由鋼帶和藥芯組成，其特征在于藥芯化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為：穩(wěn)弧劑10~12%；造渣劑15~21%；錳鐵0.3~1.5%；硅鐵0.1~0.6%；鈦鐵0.1~0.3%；鋁鎂粉0.2~0.5%；碳化鉻鐵6~12%；其余為鐵粉，藥芯填充率為22~32%。

其中所述的穩(wěn)弧劑為鉀長石與氧化銣的混合物，質(zhì)量比為1:1，與普通堆焊藥芯焊絲相比，等離子-電弧復(fù)合堆焊的藥芯焊絲干伸長要長，且在等離子弧的作用下焊絲的熔化速度進一步加快，這就需要更容易電離的氧化銣作為穩(wěn)弧添加劑，與傳統(tǒng)的鉀長石共同作用穩(wěn)定等離子-電弧的復(fù)合熔池。

所述的造渣劑為二氧化鍺與二氧化鈦的混合物，質(zhì)量比為2:1，與普通藥芯焊絲中使用的金紅石型造渣劑不同，基于等離子-電弧復(fù)合熔滴的復(fù)雜表面張力，在本發(fā)明中加入具有表面活化作用的二氧化鍺，能顯著降低熔滴表面張力系數(shù)，促進熔滴以穩(wěn)定形態(tài)過渡至焊縫，進一步穩(wěn)定等離子-電弧復(fù)合堆焊過程。在二氧化鍺與二氧化鈦聯(lián)合作用下，能在等離子-電弧堆焊過程中形成表面均勻覆蓋的鍺鈦酸鹽熔渣。此外，二氧化鍺在電弧高溫作用下還能與焊縫金屬中的氫反應(yīng)，有效降低焊縫金屬中氫含量，提高堆焊層沖擊韌性。

其中錳鐵、硅鐵、鈦鐵為聯(lián)合脫氧劑，能最大程度保護焊縫金屬，減少其含氧量，三者聯(lián)合作用還能生成tio2-mno2-sio2脫氧產(chǎn)物，浮出熔池表面，提高熔渣脫渣性。此外，鈦鐵、鋁鎂粉還能在等離子-電弧作用下形成穩(wěn)定的tin、aln，減少產(chǎn)生氣孔的產(chǎn)生。碳化鉻鐵能在堆焊層中引入c和cr，用于提高堆焊層硬度和耐磨性。

本發(fā)明提供的藥芯焊絲具有以下有益效果：1）通過添加氧化銣和鉀長石為穩(wěn)弧劑，確保在等離子-電弧作用下能迅速電離，穩(wěn)定熔池；2）二氧化鍺造渣劑的添加，能顯著降低熔滴表面張力系數(shù)，促進熔滴以穩(wěn)定形態(tài)過渡至焊縫，進一步穩(wěn)定等離子-電弧堆焊過程；3）通過添加聯(lián)合脫氧劑、脫氮及二氧化鍺高溫下的除氫作用，能減少熔池中氮、氧、氫含量，保證焊縫金屬組織氣孔少、晶粒小，沖擊韌性高。本發(fā)明的藥芯焊絲能解決等離子-電弧的匹配問題，適合對熱輸入敏感工件的高質(zhì)量堆焊修復(fù)。

具體實施方式

根據(jù)具體堆焊母材的不同，分別按照表1中成分將氧化銣、鉀長石球磨混合30min后制成穩(wěn)弧劑，將二氧化鍺和二氧化鈦球磨混合30min后制成造渣劑，各組分粒度范圍控制在150~200目，按照表1其他組分制備藥芯粉末，表2為藥芯粉末的牌號。經(jīng)120℃烘干處理后，混合均勻并按照22~32%的填充率加至以冷軋鋼帶為外皮的焊絲中，經(jīng)過焊絲成型機封口成型為直徑5.0mm的粗絲，再經(jīng)過粗拉及精拉機的多道拉拔工序后，制備得到直徑為1.6m的成品焊絲。

表1藥芯焊絲組分及質(zhì)量百分含量（%）

表2藥芯粉末的牌號

本實驗采用gcr5鋼板作為堆焊母材，試板尺寸為150×200×25mm。堆焊材料選用直徑φ1.6mm藥芯焊絲。保護氣體選用100%ar，氣流量控制在16l/min。堆焊過程中，等離子電流為130~150a，弧焊電流為225~260a，焊接電壓為20~30v，焊接速度為22m/min，干伸長20mm，堆焊層厚度約15mm。堆焊前需要對焊接試板進行打磨處理，除去表面的油污及鐵銹，焊前不進行預(yù)熱處理，焊后緩慢空冷為焊態(tài)試樣，不經(jīng)焊后熱處理進行性能檢測。焊后試板利用銑床表面銑出一個平面，加工量為3mm左右。沿焊接方向，在距起弧位置約20mm處開始取樣，依次截取沖擊試樣、彎曲試樣、耐磨試樣。低溫沖擊試樣尺寸為10×10×55mm，v型缺口，彎曲試樣尺寸為5×5×35mm，磨損試樣尺寸為20×20×10mm，要求無夾渣、氣孔等缺陷。堆焊層的性能測試結(jié)果如表3所示，藥芯焊絲工藝性能及堆焊層晶粒尺寸結(jié)果如表4所示。

表3力學(xué)性能及耐磨性測試結(jié)果

表4藥芯焊絲工藝性能及晶粒尺寸結(jié)果