專利名稱：白口鐵軋輥焊補(bǔ)的焊條及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鑄鐵焊補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于白口鐵及白口鐵軋輥的焊補(bǔ)修復(fù)。
白口鐵具有硬度高、耐磨性好、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于制造熱軋輥、冷軋輥，型鋼導(dǎo)衛(wèi)板及礦山機(jī)械等，但由于白口鐵硬而脆，隨溫度降低收縮率大，在使用過程中容易發(fā)生掉皮，局部疲勞龜裂，鑄造缺陷外露等，從而導(dǎo)致白口鐵鑄件報廢率很高。如無限冷硬白口鑄鐵軋輥，在軋鋼過程中，承受很大的軋制壓力、傳動力距以及彎曲力距、扭轉(zhuǎn)力距，并反復(fù)經(jīng)受著從50℃到700℃的溫度波動，軋輥表面承受較大的接觸應(yīng)力、磨損、疲勞等，在交變重復(fù)的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力作用下，軋輥表面容易引起熱疲勞和機(jī)械疲勞，造成局部剝離掉皮，嚴(yán)重影響軋輥的使用壽命。
由于白口鐵硬、脆，塑性極低，故其可焊性甚差。美國焊接學(xué)會1982年出版的《焊接手冊》指出白口鑄鐵在常規(guī)條件下是不可焊的。到目前為止，對于白口鑄鐵的焊補(bǔ)，特別是白口鐵熱軋輥的焊補(bǔ)修復(fù)，在國內(nèi)外尚未見有資料報導(dǎo)。
本發(fā)明的目的在于研究適用于白口鑄鐵焊接的專用焊條及其焊接工藝，解決長期以來在鑄鐵焊補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域中認(rèn)為白口鑄鐵是不可焊補(bǔ)的這一難題，通過焊補(bǔ)修復(fù)，延長白口鐵軋輥的使用壽命。
白口鐵軋輥中心內(nèi)部是球墨鑄鐵，軋輥表層一般為20～35mm厚的白口鐵，顯微組織為連續(xù)的硬、脆的滲碳體的基體上分布著少量珠光體。軋輥的白口鐵組織在350℃以下，其ak＜0.01J/cm2，δ＝0，HRC＝60～70，體積收縮率為4.5～5.4%，線收縮率為1.6～2.3%。當(dāng)焊補(bǔ)軋輥時，軋輥承受焊接熱應(yīng)變的能力極差，用已有的鑄鐵焊條和傳統(tǒng)工藝焊補(bǔ)，不可避免要沿溶合區(qū)產(chǎn)生剝離性裂紋。
為了使焊補(bǔ)后的白口鑄鐵能滿足使用要求和焊縫有較長的使用壽命，本發(fā)明研制出BT-1和BT-2兩種焊條，白口鐵軋輥焊縫由BT-1焊條和BT-2焊條焊接而成。整個焊縫由兩部分組成，BT-1焊條為焊縫底部的高塑性鎳一鐵層;BT-2焊條為焊縫上部的硬度較高、耐磨性與白口鐵相匹配的表面層，使焊縫軟硬結(jié)合，同時熔敷金屬在耐磨性、線膨脹系數(shù)上與白口鐵相接近，并且與白口鐵有良好的溶合性，而且焊縫韌性較高，有較強(qiáng)的抗裂性、抗疲勞性和較高的抗回火穩(wěn)定性，提高熔合區(qū)抗剝離裂紋的能力。在焊接工藝上，擴(kuò)大焊縫與母材熔合區(qū)的接觸面，并且采用能最大限度的消除焊接熱應(yīng)力的措施，防止剝離性裂紋產(chǎn)生。
用于焊補(bǔ)白口鐵軋輥掉皮底部的BT-1焊條，藥皮中加有足量的石墨和適量的球化劑，所熔敷的金屬組織為高鎳奧氏體和球狀石墨，與白口鐵有良好的熔合性，塑性較高，錘擊時有較好的延展性，并且有較高的抗裂性。
BT-1焊條的焊芯為鎳鐵芯，其藥皮配比(按重量%)分別為大理石15～19%，瑩石20～24%，
碳酸鋇26～31%，石墨5.1～6.1%，稀土鎂8.1～9.0%，硅鈣合金3.8～4.4%，鋁粉2.5～3.2%，固體鈉水玻璃3.5～4.2%。
用K-Na混合水玻璃粘結(jié)。
BT-1焊條藥皮中加有較多的石墨，使焊縫結(jié)晶過程中析出大量的球狀石墨，促使焊縫膨脹而降低焊縫收縮量;加入適量的鋇、鈣和稀土鎂做球化劑，對石墨有較強(qiáng)的球化能力，從而提高焊縫的抗裂性。
BT-2焊條用于焊補(bǔ)白口鐵軋輥掉皮的復(fù)蓋層，所熔敷的金屬組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體。熔敷的金屬合金系統(tǒng)能夠滿足軋輥表面對耐磨性、硬度、抗回火穩(wěn)定的要求，在400～600℃之間，其線膨脹系數(shù)與白口鐵在同一溫度范圍的線膨脹系數(shù)十分接近，可適應(yīng)軋鋼時的溫度波動。
BT-2焊條的焊芯為H08A，其藥皮配比(按重量%)分別為大理石26～32%，瑩石9.5～10.3%，鈦白粉9.2～11.2%，金紅石6.0～7.0%，中碳錳鐵2.9～3.6%，鈦鐵10.0～13.0%，
鎳粉8.0～8.8%，石墨1.0～1.5%，鎢鐵1.4～2.1%，釩鐵1.8～2.5%，鉬鐵6.0～7.0%，高碳鉻鐵4.1～5.6%，固體鈉水玻璃2.8～3.6%，鉀鈉合金變質(zhì)劑3.5～5.5%。
用K-Na高模數(shù)水玻璃粘結(jié)。
BT-2焊條藥皮成份中加入的W-Fe，石墨，高C鉻鐵，V-Fe，m0-Fe，使熔敷金屬形成C-W-Cr-m0-V的耐磨合金系統(tǒng)，其中C與W、Cr、V可形成多種高硬度的碳化物，提高焊縫的耐磨性。加入鎳，可增加少量殘余奧氏體。加入適量的鋁粉，提高脫氧能力。加入鉀鈉合金變質(zhì)劑，使熔合區(qū)網(wǎng)狀Fe3C斷裂成團(tuán)球狀，提高焊縫與母材的咬合性和熔合區(qū)抗剝離裂紋的能力。
BT-2焊條熔敷金屬的化學(xué)成份為C0.4～0.46%，Si0.16～0.22%，Mn1.0～1.40%，Cr1.50～1.70%，Mo1.8～2.20%，Ni4.0～4.50%，W0.65～0.75%，V0.30～0.37。
BT-2焊條熔敷金屬的沖擊韌性aK＝2.0～3.0Kg·m/cm2，硬度HRC＝43～48。熔敷金屬的硬度稍低于母材，但耐磨性與白口鑄鐵相當(dāng)，既保證了焊縫的耐磨性，又提高了焊縫的抗裂性。
在焊接工藝上，采用異質(zhì)焊縫手工電弧冷焊工藝，突破了灰口鑄鐵的常規(guī)冷焊工藝，其焊接工藝為1.焊接白口鐵軋輥焊縫用BT-1焊條打底層，用BT-2焊條作焊縫的復(fù)蓋層，使焊縫軟硬結(jié)合。
2.熔敷金屬先分塊弧立堆焊，使其熱脹冷縮處于自由狀態(tài)。焊縫與周邊白口鐵的熔合區(qū)在焊補(bǔ)的最后階段形成。
3.在堆焊底層時，采用240A電流焊補(bǔ)，用電弧沖擊熔池，形成大熔深，使母材與熔敷金屬充分混合，擴(kuò)大底層與母材的接觸面，焊縫底部熔合區(qū)形成一個較大的曲折熔合面。
4.當(dāng)焊接后熔池剛凝固時應(yīng)及時重錘擊，隨著堆焊層增高，錘擊用力和錘擊次數(shù)可相應(yīng)減少，既要保證讓高溫金屬充分延展，降低焊接熱應(yīng)力，又不至因沖擊力造成熔合區(qū)機(jī)械性疲勞破壞。
5.焊接破口的邊緣與底部夾角按90°修整，使焊縫上、下部收縮量相同，以降低軋輥表面熔合區(qū)裂紋傾向。
6.在焊接過程中，以分散跳躍式點(diǎn)狀焊為基本操作手法。
采用該焊補(bǔ)工藝，具有明顯的降低焊接熱應(yīng)力，防止剝離性裂紋發(fā)生的效果。
本發(fā)明解決了白口鐵軋輥長期以來難以焊補(bǔ)的技術(shù)關(guān)鍵，延長了白口鐵軋輥的使用壽命，并可用于冶金、礦山機(jī)械中的白口鐵件的焊補(bǔ)修復(fù)，還可用于各種鑄鐵、高碳鋼等可焊性較差的大型結(jié)構(gòu)件的焊補(bǔ)修復(fù)，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明成本低廉，工藝簡單，操作方便，易于推廣使用。
實施例對白口鐵軋輥掉皮缺陷的焊補(bǔ)。
1.焊補(bǔ)前掉皮部位的修整。


圖1、圖2為白口鐵軋輥掉皮部位的軸向剖視圖?！?〕為軋輥表層。用砂輪片、扁鑿、手錘對軋輥的掉皮〔2〕和脫離層〔3〕進(jìn)行徹底清理。坡口〔4〕邊緣與底部夾角按90°修整。
2.坡口底層的堆焊圖3為坡口的俯視圖，圖4為坡口的剖視圖。在清理好的坡口底部，先標(biāo)出焊點(diǎn)〔5〕，焊點(diǎn)之間及與邊緣間隔約為30mm，采用BT-1焊條在標(biāo)出的焊點(diǎn)上進(jìn)行跳躍式點(diǎn)狀焊。BT-1焊條的焊芯為鎳鐵芯，焊條藥皮成份為大理石19%，瑩石24%，碳酸鋇31%，石墨6%，稀土鎂8.5%，硅鈣合金4.3%，鋁粉3.2%，固體鈉水玻璃4%，用K-Na混合水玻璃粘結(jié)。
焊條直徑φ4.0mm，L＝400mm，電流240A，層間溫度70℃，在焊接時用電弧不斷沖擊熔池，形成大熔深〔6〕，熄弧后，在熔池剛凝固時應(yīng)及時重錘擊，不便于錘擊的邊緣點(diǎn)用扁鑿錘擊，焊后的焊點(diǎn)體積φ30mm，高5mm。
3.第二層以上分塊弧立堆焊圖5為分塊弧立堆焊俯視圖。圖6為分塊弧立堆焊剖視圖。在焊接完底層后，把整個堆焊區(qū)劃分成40×40mm面積若干塊，其分塊弧立堆焊面積〔7〕之間及與周圍白口鐵之間留有間隙〔10〕、〔11〕，間隙寬約6～8mm，然后用BT-1焊條在劃分的塊上進(jìn)行堆焊。焊接電流180A，層間溫度70℃。當(dāng)用BT-1焊條堆焊到離軋輥工作面10mm時，換用BT-2焊條焊到高于軋輥工作面2～3mm時停止堆焊。BT-2焊條的焊芯為H08A，焊條藥皮成份為大理石28%，瑩石10%，鈦白粉10%，金紅石6%，中碳錳鐵3.0%，鈦鐵11%，鎳粉8.0%，石墨1.5%，鎢鐵1.5%，釩鐵2%，高碳鉻鐵5%，鉬鐵6%，固體鈉水玻璃3.5%，鉀鈉合金變質(zhì)劑4.5%。用K-Na高模數(shù)水玻璃粘結(jié)。
焊接時仍為點(diǎn)狀分散焊，每次熔化焊條后應(yīng)進(jìn)行錘擊。堆焊層越高，錘擊用力和次數(shù)可相應(yīng)減少。分塊弧立堆焊的下部為BT-1焊條焊層〔8〕，上部為BT-2焊條焊層〔9〕。
4.分塊弧立間隙的焊補(bǔ)圖7為熔敷金屬與四周白口鐵間隙的剖視圖，圖8為圖7間隙的俯視圖。圖9為焊縫的剖視圖。間隙焊補(bǔ)分兩步進(jìn)行。
(1)熔敷金屬內(nèi)部間隙的焊補(bǔ)。熔敷金屬內(nèi)部間隙〔10〕用BT-1焊條打底層，BT-2焊條作復(fù)蓋層。焊接電流180A，層間溫度70℃。仍采用跳躍分散焊，熄弧后應(yīng)立即錘擊，達(dá)到層間溫度后再焊另一段。用BT-1焊條焊到對應(yīng)高度后改用BT-2焊條，與整個焊縫焊平。
(2)熔敷金屬與周邊白口鐵間隙的焊補(bǔ)。將熔敷金屬與周邊白口鐵間隙〔11〕分成35～40mm若干段，焊接每層時均按圖8中A→B→C→D→E→F→G順序進(jìn)行。焊接底層時用BT-1焊條，電流240A，層間溫度70℃。焊接第二層改用180A電流，在完成間隙〔11〕的BT-1焊條焊層〔12〕焊補(bǔ)時，改用BT-2焊條焊到低于軋輥表面2～3mm時停止，間隙〔11〕的BT-2焊條焊層〔13〕焊完后，再進(jìn)行間隙〔11〕BT-2焊條焊層的表面〔14〕焊補(bǔ)，電流180A，層間溫度50℃，焊接時仍按圖8中A→B→C……順序進(jìn)行，采用點(diǎn)狀焊分三次焊滿一段，如按圖8中(1)→(2)→(3)進(jìn)行。焊點(diǎn)應(yīng)高出軋輥表面2～3mm。整個掉皮部位的焊縫〔15〕焊完后，用砂輪將焊縫打磨到軋輥的工作表面。
權(quán)利要求
1.用于冷焊的鑄鐵焊條，其特征在于白口鐵軋輥焊縫由BT-1焊條和BT-2焊條焊接而成。兩種焊條的藥皮成分配比份別為(1)BT-1焊條的焊芯為鎳鐵芯，其藥皮配比(按重量%)大理石15～19%，瑩石20～24%，碳酸鋇26～31%，石墨5.1～6.0%，稀土鎂8.1～9.0%，硅鈣合金3.8～4.4%，鋁粉2.5～3.2%，固體鈉水玻璃3.5～4.2%。用K-Na混合水玻璃粘結(jié)。(2)BT-2焊條的焊芯為HO8A，其藥皮配比(按重量%)大理石26～32%，瑩石9.5～10.3%，鈦白粉9.2～11.2%，金紅石6.0～7.0%，中碳錳鐵2.9～3.6%，鈦鐵10.0～13.0%，鎳粉8.0～8.8%，石墨1.0～1.5%，鎢鐵1.4～2.1%，釩鐵1.8～2.5%，鉬鐵6.0～7.0%，高碳鉻鐵4.1～5.6%，固體鈉水玻璃2.8～3.6%，鉀鈉合金變質(zhì)劑3.5～5.5%。用K-Na高模數(shù)水玻璃粘結(jié)。
2.用于鑄鐵的冷焊焊接工藝，其特征在于焊接白口鐵軋輥用BT-1焊條打底層，用BT-2焊條作復(fù)蓋層，焊縫軟硬結(jié)合。熔敷金屬先分塊弧立堆焊。在焊接底層時，用電弧沖擊熔池形成大熔深，擴(kuò)大底層與母材的接觸面，焊縫底部熔合區(qū)形成一個較大的曲折熔合面。熔敷金屬之間與周邊白口鐵留有間隙，焊縫與周邊白口鐵的熔合區(qū)在焊補(bǔ)的最后階段形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊條，其特征在于BT-2焊條熔敷金屬的化學(xué)成份為C 0.40～0.46%，Si 0.16～0.22%，Mn 1.0～1.4%，Cr 1.5～1.70%，Ni 4.0～4.50%，W 0.65～0.75%，V 0.30～0.37%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接工藝，其特征在于焊接坡口的邊緣與底部夾角按90°修整。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接工藝，其特征在于當(dāng)焊接后熔池剛凝固時應(yīng)及時重錘擊，隨著堆焊層增高，錘擊用力和錘擊次數(shù)可相應(yīng)減少。
全文摘要
本發(fā)明的白口鐵軋輥焊補(bǔ)的焊條及其工藝，屬鑄鐵焊補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明研制出用于白口鐵軋輥焊補(bǔ)的BT—1、TB—2兩種焊條。BT—1焊條作焊縫底層，BT—2焊條作焊縫覆蓋層，焊縫軟硬結(jié)合。在焊接工藝上采用熔敷金屬分塊孤立堆焊；擴(kuò)大熔敷金屬與母材的接觸面；并采用能最大限度地消除焊接熱應(yīng)力的措施，經(jīng)焊后的白口鐵軋輥能滿足使用要求，焊縫有較長的使用壽命。本發(fā)明還可用于各種鑄鐵、高碳鋼等可焊性較差的大型結(jié)構(gòu)件的焊補(bǔ)修復(fù)。
文檔編號B23P6/04GK1033167SQ8710140
公開日1989年5月31日 申請日期1987年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月19日
發(fā)明者鄒增大, 任登義 申請人:山東工業(yè)大學(xué)