[发明专利]一种钒强化耐磨堆焊焊条及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒强化耐磨堆焊焊条及其制备方法，属于焊接材料技术领域，适用于轧辊，挖掘机斗齿，汽轮机叶片的复合制造与再制造等方面。

背景技术

服役于磨损工况的工程机械部件工作时，不仅遭受磨损破坏，还常常伴有冲击、腐蚀等破坏。常用的铸铁类堆焊合金，尽管硬度很高，但韧性储备较低，在高冲击载荷下易发生断裂剥落而引发失效。

一般认为，增强材料表面强度和改善耐磨性的有效途径是提供材料的表面硬度和强韧性，较为理想的组织结构为坚韧、连续的基体上均匀分布高熔点、高硬度、稳定性好的质点。堆焊焊层的耐磨性主要依靠碳化物的种类、分布和面积比。耐磨材料中含有的铬在堆焊过程中与碳和铁形成复合碳化物（Cr、Fe）7C3，为六方棱柱性结构，六方形表面硬度HV1200～1800，侧面的硬度比正表面稍低。当在其中再加入其它碳化物形成元素如Nb、V、Ti等时，它们均能与碳结合生成稳定性高的碳化物（熔点均大于3000℃），并且具有很高的硬度：碳化钒HV2800，碳化钨HV2400，碳化铌HV2400，碳化钛HV3200。由于这些稳定性好、硬度高的碳化物形成，促使耐磨性有了显著提高。

焊条堆焊具有操作灵活方便、可进行全位置焊接和焊接质量好等优越性，对复杂磨损件的现场修复有明显的优势。焊条由药皮和焊芯两部分组成，通过药皮向焊缝金属渗合金十分方便，并可实现对渗入合金元素的有效掌控。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种焊接工艺好、耐磨性强的钒强化耐磨堆焊焊条及其制备方法。

为了达到上述发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种钒强化耐磨堆焊焊条，包括焊芯和通过粘接剂包覆在焊芯表面的药皮，其特征在于，所述的药皮包括以下组分，且各组分的质量百分含量为：

大理石：30~50%；

萤石：15~25%；

钛白粉：4~10%；

锆英砂：3~8%；

钾长石：3~8%；

稀土硅：4~8%；

钒铁：3~10%。

上述的药皮均为市售矿物、合金粉末，且价格低廉。

进一步，所述的焊芯为1Cr13或2Cr13马氏体不锈钢。且所述的焊芯的直径为3.0~5.0mm。

所述的粘结剂为钾钠水玻璃、粘土、熟石灰中的任一种。

而所述的药皮的厚度为2.0~2.5mm。

上述的钒强化耐磨堆焊焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）药皮各组分干混：按质量百分含量计，称取药皮的组分大理石：32~50%；萤石：15~25%；钛白粉：4~10%；锆英砂：3~8%；钾长石：3~8%；稀土硅：4~8%；钒铁：3~10%后，干混；

（2）湿混：将药皮干混后的各组分与粘接剂进行湿混；

（3）制备钒强化耐磨堆焊焊条：将湿混后的物料与焊芯经过搓制、晾晒、烘干后得到目标产物。

此外，本发明所述的钒强化耐磨堆焊焊条药皮中的各组分作用为：

大理石和萤石：大理石主要化学成分是CaCO₃，其作用是造气和造渣，高温分解产生CO₂气流对熔滴有吹送作用，同时CO₂还能够降低熔滴表面张力，促使熔滴过渡，但大理石含量过高时，药皮造气过量，导致电弧不稳，飞溅增大。萤石主要化学成分是CaF₂，其主要作用是造渣、稀渣和除氢。大理石与萤石的比例对焊条工艺性能影响很大，当大理石与萤石比值小于1，焊条电弧稳定性差；当大理石与萤石比值大于3时，焊缝不易脱渣且会出现气孔，故本发明中大理石的重量百分含量控制在30~50%，萤石的重量百分含量控制在15~25%。

钛白粉：主要化学成分为TiO₂，其作用是稳弧、和减少飞溅，同时钛白粉能够提高焊条药皮塑性，改善焊条压涂性能；

锆英砂：主要化学成分为ZrO₂，熔点较高、导热率低、线膨胀系数小，在药皮中能够起到改善焊缝脱渣性的作用；

钾长石：主要化学成分是K₂O·Al₂O₃·6SiO₂，其作用主要为造渣和稳弧。钾在高温时易发生电离，使弧柱区内的自由电子增加，从而提高电弧稳定性；

稀土硅：能够起到脱硫、脱氧和改变焊缝中夹杂物的形态的作用，提高焊缝的低温冲击韧性和抗焊接裂纹的能力；