一種用于壓力機(jī)鍛模修復(fù)的堆焊藥芯焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種含有稀土成分的焊接材料及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力機(jī)依賴曲柄傳動或液壓傳動的壓力對熱態(tài)金屬進(jìn)行鍛造，熱態(tài)金屬置于鍛造 模具中受擠壓成型。鍛造模具在工作過程中和高溫金屬接觸局部溫度高達(dá)500~700°C， 模具表面金屬受到加熱后力學(xué)性能下降，高溫下容易氧化，并且炙熱金屬被強(qiáng)制變形時，與 模具型腔表面摩擦，模具極易磨損。所以壓力機(jī)鍛造模具使用幾千次之后就會失效，而這種 失效通常發(fā)生在表面局部尺寸范圍內(nèi)。模具由于型腔復(fù)雜加工時間長，價格昂貴，整體報廢 造成資源浪費，成本過高。所以在模具局部失效后進(jìn)行修復(fù)可以節(jié)約成本，縮短翻新制造周 期，提高模具使用壽命。對模具的修復(fù)通常采用堆焊的方式，堆焊使用的焊絲成分直接影響 到模具的機(jī)械性能和使用壽命。
[0003] 專利文獻(xiàn)1 (公開號CN102814604A)通過各種合金元素的加入和配比的優(yōu)化相比 傳統(tǒng)模具鋼5CrNiMo和5CrMnMo性能得到很大提升，提高了模具壽命。但由于其Cr含量較 低在模具工作時容易氧化磨損， Cr含量低淬透性較差使模具性能不均勻影響模具壽命。專 利文獻(xiàn)2 (公開號CN103008921A)和專利文獻(xiàn)3 (公開號CN103862194A)提出的堆焊藥芯焊 絲提高了 Cr含量，性能得到了進(jìn)一步提升，文獻(xiàn)3提出的焊絲中還加入了 W使高溫性能進(jìn) 一步提高。但模具的一些凸起位置在工作過程中吸熱過多溫度高達(dá)600°C以上，而文獻(xiàn)1~ 3中堆焊模具均采用550°C回火，其在600°C以上回火穩(wěn)定性差，回火組織粗大，長時間使用 力學(xué)性能下降較快，影響了模具使用壽命。工藝性能方面文獻(xiàn)1~3的焊絲相比國外焊絲 焊接性能均較差，主要表現(xiàn)為飛濺大，渣粘性大不易清理影響生產(chǎn)效率。
[0004] 因此開發(fā)一種具有高回火穩(wěn)定性，組織細(xì)小致密、力學(xué)性能穩(wěn)定和良好焊接工藝 性能的模具堆焊藥芯焊絲十分有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對本技術(shù)領(lǐng)域的不足之處，本發(fā)明的目的是提出一種用于壓力機(jī)鍛模修復(fù)的堆 焊藥芯焊絲。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提出所述堆焊藥芯焊絲的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的第三個目的是提出所述堆焊藥芯焊絲的應(yīng)用。
[0008] 實現(xiàn)本發(fā)明上述目的技術(shù)方案為：
[0009] 一種用于壓力機(jī)鍛模修復(fù)的堆焊藥芯焊絲，采用碳鋼鋼帶包裹藥芯粉末，所述 的藥芯粉末包括以下質(zhì)量份的物質(zhì)：氟硅酸鈉：〇. 5~2份，氟化鈣：1. 5~4份，金紅石： 2. 5~4份，氧化鈉：0. 5~2. 0份，氧化鉀0. 3~1. 5份，石英：1~3份，高碳絡(luò)鐵10. 2~ 23. 81份，純鉻粉：16. 75~37. 14份，鎳粉：0. 86~2. 02份，電解錳：2. 86~4. 13份，鉬鐵 粉：17~22. 8份，硅鐵：3. 7~5. 9份，釩鐵粉：3. 7~7. 4份，多元稀土粉：2~8份，還原 鐵粉0.51~0.9份。
[0010] 其中，所述高碳鉻鐵含碳6~8%、含Cr 62~68. %，電解錳含Mn99~100%。
[0011] 其中，所述鉬鐵粉含Mo 60~70%，所述硅鐵含Si 70~80%;所述釩鐵粉中V的 含量為40~55%。
[0012] 其中，所述多元稀土粉中，稀土含量為Cel5~18%，La 7~8%，Nd 5~7%， PrO ~2% 〇
[0013] 原料中各主要成分具有以下作用：
[0014] 氟硅酸鈉：造渣劑中添加少量氟硅酸鈉減少氟化鈣的含量，可提高焊接電弧的穩(wěn) 定性，并且能改善焊縫的脫渣性和成形，降低熔滴表面張力，細(xì)化熔滴，減少焊接飛濺提 高脫渣性。但加入量太多時會產(chǎn)生大量的氣體，大熔滴的爆炸力，降低焊接電弧的穩(wěn)定性， 因此氟娃酸鈉加入量選擇0. 5~2%。
[0015] 氟化鈣：可調(diào)節(jié)焊渣的流動性，使焊渣有良好的覆蓋性，電離出的氟離子可生成 HF氣體降低焊縫的H含量，提高焊縫的力學(xué)性能。但是含量過多時焊渣過稀使得焊渣不 均勻邊緣處難清渣，并且過多的氟離子會使熔滴粗化增大飛濺。因此氟化鈣加入量選擇 L 5 ~4% 〇
[0016] 金紅石：增加熔滴的氧化性，降低表面張力細(xì)化熔滴，電離出Ti離子降低電弧電 離的電位，提高電弧穩(wěn)定性。加入量太多會降低焊縫的力學(xué)性能。因此加入量選擇2. 5~
[0017] 氧化鈉和氧化鉀：K、Na容易電離減少了阻礙熔滴脫落的電磁力，細(xì)化熔滴降低飛 濺。
[0018] 石英：提高電弧電壓，細(xì)化熔滴。
[0019] 高碳鉻鐵：向熔敷金屬中過渡C元素和Cr元素。本發(fā)明為低碳，碳加入量低不好 控制，為減少燒損采用高碳鉻鐵形式加入。隨碳含量增加，鋼的室溫強(qiáng)度提高。但高的碳含 量會促進(jìn)碳化物粗化，對韌性不利。因此高碳鉻鐵的加入量選擇10. 2~23. 81%。
[0020] 純鉻粉：向熔敷金屬中過渡鉻元素。鉻能提高鋼的淬透性和抗氧化能力，并且有 固溶強(qiáng)化的作用。但加入量過多析出不穩(wěn)定碳化物降低抗疲勞能力。因此純鉻粉的加入量 選擇 16. 75 ~37. 14%。
[0021] 鎳粉：向熔敷金屬中過渡鎳元素。Ni可降低回火脆性，增加韌性。
[0022] 電解錳和硅鐵：向熔敷金屬中過渡Mn和Si元素。Si和Mn在焊接過程中聯(lián)合脫 氧保護(hù)其余合金元素。
[0023] 鉬鐵粉：向熔敷金屬中過渡Mo元素。Mo可起到固溶強(qiáng)化，并且阻止碳化物相的聚 集，提高回火穩(wěn)定性，但加入量過多會生成碳化物在晶界處聚集使焊縫變脆。因此鉬鐵粉的 加入量選擇17~22.8%。
[0024] 釩鐵粉：向熔敷金屬中過渡V元素。V是強(qiáng)碳化物形成元素生成VC，細(xì)化晶粒，可 提高鋼的持久強(qiáng)度且可防止Cr、Mo貧化。但加入量過多可使焊縫變脆。因此釩鐵粉的加入 量選擇17~22. 8%。
[0025] 多元稀土粉：向熔敷金屬中過渡稀土元素。稀土元素可通過增加形核和降低晶界 迀移能來細(xì)化組織。
[0026] 優(yōu)選地，所述的藥芯粉末包括以下質(zhì)量份的物質(zhì)：氟硅酸鈉 ：0. 5~1. 5份，氟化 媽：2. 5~4份，金紅石：3. 0~4份，氧化鈉：0. 7~I. 0份，氧化鉀0. 3~I. 0份，石英~ 2份，高碳鉻鐵10. 2~23. 81份，純鉻粉：16. 75~32. 3份，鎳粉：1. 73~2. 02份，電解錳： 3. 5~4. 13份，鉬鐵粉：21~22. 8份，硅鐵5. 5~5. 9份，釩鐵粉：5. 8~7. 4份，多元稀土 粉：5~8份，還原鐵粉0. 51~0. 9份。
[0027] 其中，所述藥芯焊絲填充率為23~38 %。
[0028] 本發(fā)明所述的藥芯焊絲的制備方法，包括步驟：
[0029] 1)將軋鋼帶軋制成U形槽，再向U形槽中加入占藥芯焊絲總重23~38%的藥芯 粉末；
[0030] 2)將U形槽合口，使藥芯粉末包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直 徑達(dá)到2. 2~2. 8mm，得到產(chǎn)品
[0031] 本發(fā)明所述的藥芯焊絲在堆焊中的應(yīng)用。
[0032] 一種壓力機(jī)鍛模堆焊修復(fù)的方法，使用本發(fā)明提出的藥芯焊絲，包括步驟：熱鍛模 具修復(fù)堆焊采用二氧化碳和/或氬氣保護(hù)，焊接電流選擇280~320A ;電壓24~28V ;送 絲速度：430~460mm/min ;氣體流速：18~23L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的長度：14~28_。 采用這一工藝參數(shù)能夠制備出符合熱鍛模具修復(fù)工況要求的堆焊合金層。
[0033] 所獲得熔敷金屬中合金元素的質(zhì)量百分含量在以下范圍內(nèi)：C :0. 15~0. 35% ; Cr :10. 0 ~15. 0 % ;Ni :0· 3 ~0· 7 % ; ;Mn :0· 9 ~1. 3 % ;Mo :3. 0 ~4. 0 % ;Si :0· 5 ~ 0· 8% ;V :0· 5 ~L 0% ;稀土 ：0· 04 ~0· 17% ;Fe :余量。
[0034] 優(yōu)選地，熱鍛模具修復(fù)堆焊合金采用二氧化碳或體積百分比為80%氬氣和20% 二氧化碳的混合氣體保護(hù)。
[0035] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0036] 采用本發(fā)明提出的藥芯焊絲制備的堆焊層高溫回火穩(wěn)定性優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)制得的 堆焊層，相同試樣尺寸、相同回火時間和回火溫度組織明顯比現(xiàn)有技術(shù)中的焊絲細(xì)密均勻， 組織不易粗化，性能穩(wěn)定，具有很好的強(qiáng)韌性和高抗冷熱疲勞能力，因此使用壽命很高，堆 焊后模具使用壽命相比文獻(xiàn)3案例1焊絲提高2. 5倍。
[0037] 本發(fā)明提出的藥芯焊絲，焊接時飛濺小，焊渣覆蓋性好，脫渣容易。
【附圖說明】
[0038] 圖1按照專利文獻(xiàn)3中實施例1的藥芯焊絲堆焊熔敷金屬650°C回火4h金相顯微 圖。
[0039] 圖2本發(fā)明熱鍛模具修復(fù)堆焊藥芯焊絲實施例1堆焊熔敷金屬650°C回火4h金相 顯微圖。
[0040] 圖3 :本發(fā)明熱鍛模具修復(fù)堆焊藥芯焊絲實施例2堆焊熔敷金屬650°C回火4h金 相顯微圖。
[0041] 圖4為本發(fā)明熱鍛模具堆焊藥芯焊絲實施例1、實施方例2與文獻(xiàn)3實施例1中藥 芯焊絲在650°C回火，硬度隨回火時間變化曲線圖。
[0042] 圖5a為本發(fā)明實施例1模具堆焊藥芯焊絲焊渣覆蓋照片，圖5b為焊后將試板翻 轉(zhuǎn)使焊道正面朝下，將3kg重的鋼球由高度500mm處自由下落連續(xù)錘擊試板焊道背面3次 后脫渣情況