[发明专利]一种自保护明弧堆焊药芯焊丝及其应用方法

说明书

本发明公开了一种自保护明弧堆焊药芯焊丝及其应用方法。该药芯焊丝采用H08A冷轧薄钢带为外层包皮，并于包皮内配以高碳铬铁、铌铁、中碳锰铁、硅铁、钒铁、碳化钛粉、超微细石墨、鳞片石墨、超微细铝粉和还原铁粉构成粉芯，经自保护明弧堆焊，形成一种包含胞状奥氏体基体、胞状晶内原位析出的(Nb,V,Ti)C复合相和沿晶断续聚集态分布的(Fe,Cr,Mn)₂₃C₆相的组织结构的耐磨合金。该自保护明弧堆焊合金既有高体积分数的奥氏体韧性基体，又含有适量硬质耐磨相的药芯焊丝，可应用于耐冲击磨粒磨损工况下零部件堆焊耐磨合金层，如：挖掘机的斗齿、磨机衬板等。

技术领域

本发明属于堆焊药芯焊丝技术领域，具体涉及一种自保护明弧堆焊药芯焊丝及其应用方法。

背景技术

作为一种常规的表面工程技术，堆焊不仅可快速修复因长期服役而磨损失效的先进机械零件，而且用来制备复合耐磨零件，这对于实现资源的循环快速利用具有积极的意义。

堆焊材料主要有药皮焊条、药芯焊丝等，其中药芯焊丝可在线连续堆焊作业，熔敷效率高。药芯焊丝主要堆焊方法有：埋弧焊、气保护或者自保护明弧焊，其中自保护明弧焊不需要外加保护气体，如二氧化碳、氩气等，可直接利用气保护焊或者埋弧焊原有设备作业，灵活性和自适应性强。此外，明弧作业可观察堆焊熔池的情况，便于调整焊接工艺而获得无气孔和无裂纹等缺陷的高质量焊缝，受到不少一线企业的眷顾。

然而，自保护明弧药芯焊丝需要自生保护气体，这对其药芯焊丝的成分配备提出了非常高的要求，即其既要满足耐磨性等机械性能要求，又要满足自保护工艺性能要求，因而配方创新方面需加大力度。实践经验显示，要想获得一种耐磨性和自保护性能兼优的药芯焊丝并不是一件容易的事情，需要理念和实践经验的双重优化配合。

对于药芯焊丝堆焊合金来说，有的强调其耐磨性，要求硬度越高越好；有的着重于抗裂性，要求合金韧性越高越好。这是针对不同磨损工况而作出的某一方面要求。工件实际磨损状况属于一个系统工程，对其合金的各项性能都有要求。如硬度高，不免韧性低下，即抗裂性差；如韧性高，耐磨性则不达标。在研制实践中，耐磨性和韧性往往表现为一个矛盾体，往往顾此失彼。研究表明，堆焊合金不仅取决于所含硬质相的数量、分布及尺度，而且与基体数量、尺度等因素有关，获得耐磨性和韧性均佳的堆焊药芯焊丝成为焊接技术人员一直孜孜以求而努力解决的目标。

堆焊合金的硬质相主要有碳化物、硼化物等两种常用类型，氮化物、硅化物等制备技术难度高，且成本高，应用偏少。合金基体类型主要有：铁素体、马氏体和奥氏体等三种，其中铁素体偏软，但常出现于高铬和高硼合金，有不少文献将之误认为奥氏体，但所述文献XRD谱表征结果多为铁素体；马氏体包含低碳板条状马氏体和高碳孪晶马氏体等类型，前者强韧性高，抗裂性好，但基本不耐磨粒磨损，作为强度用钢的相组织；高碳孪晶马氏体多为隐针马氏体，具有一定耐磨性和韧性，但高组分量的堆焊合金，析出数量偏少；以奥氏体为基体的高锰钢具有良好的韧性，表现为奥氏体基体能吸收大量的冲击功,抑制裂纹在磨损亚表层中的产生与扩展，工件不易发生微观断裂和疲劳剥落磨损；该合金在受到冲击载荷的作用后,表面形变诱发马氏体相变，从而降低了磨粒切削和变形磨损。但是，对于冲击磨粒的磨损工况，如著名Mn13型Hadfield钢等，表现不理想，主要在于其硬质相偏少。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有堆焊合金存在的上述缺陷，提供一种所堆焊合金既有高体积分数的奥氏体韧性基体，又含有适量硬质耐磨相的自保护明弧堆焊药芯焊丝。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：

该种自保护明弧堆焊药芯焊丝，它以H08A冷轧薄钢带为外层包皮，并于该包皮内配以各种粉末组分构成粉芯，经自保护明弧堆焊，形成一种包含胞状奥氏体基体、胞状晶内原位析出的(Nb,V,Ti)C复合相和沿晶断续聚集态分布的(Fe,Cr,Mn)₂₃C₆相的组织结构的耐磨合金；