药芯耐磨堆焊电焊条 【技术领域】
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及药芯耐磨堆焊电焊条。
背景技术
作为特种焊接材料，耐磨堆焊电焊条在装备制造与修复等工程领域不可或缺。一方面，电弧堆焊可用于磨损消耗零部件的修复，即可恢复零件尺寸，又能获得耐磨性增强的表面。另一方面，堆焊技术已越来越多地应用于新品制造，将耐磨金属堆敷在零部件表面，不仅赋予零件优良的表面耐磨性，而且降低制造成本。作为堆焊技术领域的重要组成部分，高效、低廉、适应性广泛的新型堆焊焊条的研发与应用一直是堆焊技术领域的研究重点。
传统堆焊焊条采用碳钢芯外涂合金化药皮的方法制备。焊条生产工艺简单，生产效率高。但在焊接过程中合金烧损严重，元素过渡率低，导致熔敷金属中元素分布不均匀，堆焊层性能提升空间较小。而通过焊芯合金化的药芯耐磨堆焊电焊条，合金元素过渡率高，堆焊层成分均匀，但焊芯生产工艺复杂，效率低，成本较高。
【发明内容】
本发明的目的在于提供三种药芯耐磨堆焊电焊条，堆焊层金属合金化程度高，元素过渡率提高，堆焊层平均硬度高，熔敷金属中元素成分分布比较均匀。
本发明所采用的技术方案是，一种药芯耐磨堆焊电焊条，由药芯焊芯及外敷的药皮组成，所述焊芯的药芯由以下组分按重量百分比组成：40％-55％低碳铬铁、15％-25％钛铁、5％-20％硼铁、2％-6％硅铁、10％-15％微晶石墨，合计为100％；所述药皮由以下组分按重量百分比组成：35％-45％CaCO3、20％-30％CaF2、6％-8％SiO2、3％-5％Al、4％-8％泥石墨、3％-7％Cr2O3、4-6％NaCO3、6％-8％TiO2，合计为100％。
本发明所采用的另一技术方案是，一种药芯耐磨堆焊电焊条，由药芯焊芯及外敷的药皮组成，所述焊芯的药芯由以下组分按重量百分比组成：45-60％低碳铬铁、10％-20％钛铁、5％-18％硼铁、2％-6％硅铁、12％-15％微晶石墨，合计为100％；所述药皮由以下组分按重量百分比组成：35％-45％CaCO3、20％-30％CaF2、6％-8％SiO2、3％-5％Al、4％-8％泥石墨、3％-7％Cr2O3、4-6％NaCO3、6％-8％TiO2，合计为100％。
本发明所采用的第三技术方案是，一种药芯耐磨堆焊电焊条，由药芯焊芯及外敷的药皮组成，所述焊芯的药芯由以下组分按重量百分比组成：50％-60％低碳铬铁、15％-25％钛铁、5％-20％硼铁、2％-6％硅铁、8％-10％微晶石墨，合计为100％；所述药皮由以下组分按重量百分比组成：35％-45％CaCO3、20％-30％CaF2、6％-8％SiO2、3％-5％Al、4％-8％泥石墨、3％-7％Cr2O3、4-6％NaCO3、6％-8％TiO2，合计为100％。
本发明的上述三个技术方案的特点还在于，所述的低碳铬铁中的Cr占低碳铬铁的重量百分比为65％，所述的钛铁中的Ti占钛铁的重量百分比为25％，所述的硼铁中的B占硼铁的重量百分比为20％，所述的硅铁中的Si占硅铁的重量百分比为45％。
本发明的药芯耐磨堆焊电焊条，通过焊芯合金化外涂合金化药皮，能够使用直流电源，在较小电流条件下焊接，电弧稳定性好，药皮发红倾向小；药芯堆焊焊条的脱渣性及抗裂性好；堆焊层平均硬度高，特别适于冶金、矿山、机械及水利水电等行业装备的制造与修复。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的药芯耐磨堆焊电焊条，首先将各种合金粉末按一定比例混合均匀，然后用钢带包裹后经拉拔或轧制工艺加工成药芯焊丝，再断丝制成药芯焊芯，最后给焊芯外涂药皮，经烘干制备得到药芯耐磨堆焊电焊条。这样，既简化了焊材生产工艺，还可提高生产效率，降低成本，能够保证足够的合金化能力，获得高性能的抗腐蚀耐磨堆焊层。
该焊条的焊芯根据适用对象的不同，按重量百分比由以下组分组成：
1)、第一种技术方案，适合于低碳钢零件的表面堆焊：40％-55％低碳铬铁、15％-25％钛铁、5％-20％硼铁、2％-6％硅铁、10％-15％微晶石墨，合计为100％，所述的低碳铬铁中的Cr占低碳铬铁的重量百分比为65％，所述的钛铁中的Ti占钛铁的重量百分比为25％，所述的硼铁中的B占硼铁的重量百分比为20％，所述的硅铁中的Si占硅铁的重量百分比为45％，药芯焊芯用冷轧钢带的杂质化学成分如表1所示。
表1 药芯焊芯用冷轧钢带的杂质化学成分表
2)、第二种技术方案，适合于低碳低合金钢零件的表面堆焊：45-60％低碳铬铁、10-20％钛铁、5-18％硼铁、2-6％硅铁、12-15％微晶石墨，合计为100％，所述的低碳铬铁中的Cr占低碳铬铁的重量百分比为65％，所述地钛铁中的Ti占钛铁的重量百分比为25％，所述的硼铁中的B占硼铁的重量百分比为20％，所述的硅铁中的Si占硅铁的重量百分比为45％，药芯焊芯用冷轧钢带的杂质化学成分如表1所示。
3)、第三种技术方案，适合于奥氏体不锈钢零件的表面堆焊：50-60％低碳铬铁、15-25％钛铁、5-20％硼铁、2-6％硅铁、8-10％微晶石墨，合计为100％，所述的低碳铬铁中的Cr占低碳铬铁的重量百分比为65％，所述的钛铁中的Ti占钛铁的重量百分比为25％，所述的硼铁中的B占硼铁的重量百分比为20％，所述的硅铁中的Si占硅铁的重量百分比为45％，药芯焊芯用冷轧钢带的杂质化学成分如表1所示。
在本发明的电焊条上述药芯成份中，各化学元素的组成及含量限定理由是：为了使堆焊层金属获得较高的耐磨性好耐腐蚀性，焊芯包粉中含碳量和含铬量之比均较高，在8-10之间，加入量分别为：4-20％C、12％-40％Cr。为了提高堆焊层金属硬度、韧性及高淬透性，药粉中还加入了钼、锰和硼元素，硅的加入则是基于堆焊过程中的脱氧及以及提高铬的过渡率考虑。
本发明的电焊条的药皮由以下组分按重量百分比组成：35％-45％CaCO3、20％-30％CaF2、6％-8％SiO2、3％-5％Al、4％-8％泥石墨、3％-7％Cr2O3、4-6％NaCO3、6％-8％TiO2，合计为100％，形成CaO-CaF2-SiO2-G系药皮。
本发明的焊条药皮为CaO-CaF2-SiO2-G渣系，其中添加了一定量的Al粉及石墨，可明显提高合金过渡系数。
本发明的药芯耐磨堆焊电焊条的制备方法是：
步骤1、制备焊芯，先按上述不同使用要求下的药芯粉末重量百分比称量各个组分，并将其混匀，然后用钢带包裹后经拉拔或轧制工艺加工成药芯焊丝，再断丝制成药芯焊芯。
步骤2、配制药皮，再按重量百分比称量以下组分：35％-45％CaCO3、20％-30％CaF2、6％-8％SiO2、3％-5％Al、4％-8％泥石墨、3％-7％Cr2O3、4％-6％NaCO3、6％-8％TiO2，合计为100％，充分混合后加入3-5％水玻璃配制得到CaO-CaF2-SiO2-G系药皮敷料。
步骤3、将步骤2得到的药皮敷料在20T压涂机上涂敷到步骤1得到的焊芯上，经烘干，即可制得药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例1
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第一种技术方案时，如表2中含量，
步骤1、制备焊芯，如表2中含量，按重量百分比称量以下组分：40％低碳铬铁、25％钛铁、20％硼铁、5％硅铁、10％微晶石墨，合计为100％，所述的低碳铬铁中的Cr占低碳铬铁的重量百分比为65％，所述的钛铁中的Ti占钛铁的重量百分比为25％，所述的硼铁中的B占硼铁的重量百分比为20％，所述的硅铁中的Si占硅铁的重量百分比为45％；将其混匀后，用钢带包裹轧制加工成药芯焊丝，再断丝制成药芯焊芯。
步骤2、配制药皮，如表3中含量，按重量百分比称量以下组分：35％CaCO3、30％CaF2、8％SiO2、4％Al、4％泥石墨、7％Cr2O3、4％NaCO3、8％TiO2，合计为100％，充分混合后加入3％水玻璃配制得到CaO-CaF2-SiO2-G系药皮敷料。
步骤3、将步骤2得到的药皮敷料在20T压涂机上涂敷在步骤1得到的焊芯上，经烘干，即可制成药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例2
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第一种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表2、表3所示的实施例2中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入4％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例3
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第一种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表2、表3所示的实施例3中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入5％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
表2，实施例1-3的焊芯含量(单位为％)
表3，实施例1-3的药皮含量(单位为％)
实施例4
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第二种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表4、表5所示的实施例4中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入3％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例5
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第二种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表4、表5所示的实施例5中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入4％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例6
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第二种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表4、表5所示的实施例6中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入5％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
表4，实施例4-6的焊芯含量(单位为％)
表5，实施例4-6的药皮含量(单位为％)
实施例7
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第三种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表6、表7所示的实施例7中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入3％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例8
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第三种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表6、表7所示的实施例8中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入5％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
实施例9
当本发明的药芯耐磨堆焊电焊条采用第三种技术方案时，按照实施例1的步骤，依照表6、表7所示的实施例9中的相应组分含量进行配制，并在步骤2的充分混合后加入4％水玻璃，得到药芯耐磨堆焊电焊条。
表6，实施例7-9的焊芯含量(单位为％)
表7，实施例7-9的药皮含量(单位为％)
以上实施例中，利用本发明实施例1、4、7制备的电焊条进行焊接的工艺参数如表8所示，利用本发明实施例1、4、7制备的焊条进行堆焊后的堆焊层金属化学成份如表9所示，堆焊层金属的硬度如表10所示。
表8 本发明的耐磨堆焊电焊条的焊接工艺参数
表9 本发明实施例1、4、7的堆焊层金属化学成份(重量％)
表10 本发明实施例堆焊层金属的硬度(HRC)
本发明的有益效果是：1)、可以使用直流电源，在较小电流条件下焊接，电弧稳定性好，药皮发红程度较轻。2)、焊条的脱渣性与J507焊条相当，抗裂性好。3)、手工电弧堆焊条件下，C、Cr元素的合金过渡系数分别为0.70-0.95和0.77-0.96。4)、堆焊层平均硬度高达60HRC。本发明的电焊条特别适于冶金、矿山、机械及水利水电等行业装备的制造与修复。