CN107877033B - 一种药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，按重量百分数计，所述药芯包括，碳3.0％～5.0％、锰0.5％～2.5％、硅0.5％～2.5％、铬22.0％～27.0％、钠盐2.0％～4％、钾盐0.2％～0.4％、造渣剂4％～8％、脱氧剂9％～16％、其余为铁。这种药芯焊丝不仅加工方法便，同时，在焊接的时候，其飞溅范围比较的少的，大大降低了原料的浪费，而且也削弱了生产的安全隐患，从而大大提高了生产效率。另外，药芯焊接后的熔敷层所形成的刚好为高铬铸铁，其具有较强的硬度，因此，大大延长了熔敷层的使用寿命。

Description

一种药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属焊接材料技术领域，特别涉及一种药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
堆焊是利用焊接热源将具有一定性能的材料熔敷到基体(焊件)表面上，形成冶金结合的一种工艺过程。
堆焊的目的是借助于焊接的方法，对金属表面进行改性，以获得所需的耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷层，或回复工件因磨损或加工失误造成的尺寸不足，这两方面的应用在表面工程学中称为修复与强化。通过堆焊不仅可以修复旧的金属零件，使零件恢复或具有新的外形尺寸，而且可以在金属零件表面形成复合层，使其获得新的、特定的耐磨损、耐腐蚀或其他特殊的性能，从而达到延长零件使用寿命、节约能源、减少贵重合金消耗、缩短加工周期、降低成本和改进零件设计的效果，广泛应用于矿山、冶金、农机、建筑、电站、铁路、车辆、石油和化工等领域，经济效益和社会效益都非常显著。
但是，现有技术中的药芯焊丝在焊接金属的时候容易发生飞溅，从而既不利于环境保护，同时，在生产的过程中也埋下的了安全的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊接过程中飞溅范围小的药芯焊丝及其制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，按重量百分数计，所述药芯包括，碳3.0％～5.0％、锰0.5％～2.5％、硅0.5％～2.5％、铬22.0％～27.0％、钠盐2.0％～4％、钾盐0.2％～0.4％、造渣剂4％～8％、脱氧剂9％～16％、其余为铁。
作为优选，按重量百分数计，所述药芯包括，碳4.0％、锰1.5％、硅1.5％、铬24.5％、钠盐3.0％、钾盐0.3％、造渣剂6.0％、脱氧剂12.5％、其余为铁。
将铬加入到焊丝的药芯中，这样当焊接的过程中，铬金属就会与铁、锰等金属元素形成合金，从而大大提高了熔敷层的硬度，这样有利于降低了熔敷层受到冲击而断裂的可能性，从而大大延长了熔敷层的使用寿命。
与此同时，这里的焊丝在熔化后形成的熔敷层为高铬铸铁，其是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。它以比合金钢高得多的耐磨性，比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能。
另外，钾盐和钠盐的加入他们能够起到稳弧的作用，从而有利于降低焊接飞溅的范围。
作为优选，所述钠盐为碳酸钠、硅酸钠中的一种或两种的混合物。
作为优选，所述钾盐为碳酸钾、硅酸钾、钛酸钾中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述钾盐中的钾含量与钠盐中的钠含量之比为11％～15％。
当药芯焊丝中的钾元素和钠元素的含量比值在11％～15％之间的时候，焊丝在焊接过程中的飞溅量较少，尤其是在13％左右的时候，焊丝的飞溅为最小量。
作为优选，所述造渣剂为铁矾土。
铁矾土主要是以Al2O3·SiO2形式结合的矿物存在，在950℃左右受热分解成γ-Al2O3和SiO2以及其它物质。其中γ-Al2O3是1种表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝。而SiO2具有一定的化渣作用。铁矾土中另一个主要成分是Fe2O3，也具有很强的化渣造渣能力，并且增加了焊渣的氧化特性。
同时，焊接过程中，由于焊点附近的火焰温度过高。传统的萤石造渣剂，其主要成分为CaF2，其容易变成气相氟化物。由此看来，萤石中的CaF2虽然是一个化渣能力很强的造渣剂，但是在焊接的过程中不稳定，会逐渐的减少，并且长期吸入气相氟化物，会使人体的骨骼变得酥松。而铁矾土中的Al2O3、Fe2O3、SiO2等成分相对比较稳定存在于渣中，操作工艺易掌握，而且容易降低生产环境污染。
作为优选，所述脱氧剂为Al-Ti-Ca复合脱氧剂。
一种药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、造渣剂、脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、按规定的重量百分数的要求称取S1中制好的粉末加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温风吹干；
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
作为优选，S3中的高温风为氮气，其风速为15m/s～20m/s。
利用氮气来对低碳钢带进行吹干，这样可以避免在高温和潮湿的环境下，使得低碳钢带的表面造成发生锈蚀，从而有利于提高药芯焊丝的存放时间，也保证了药芯焊丝的使用效果。
作为优选，S5中在将半成品焊丝拉成成品焊丝之前，先在半成品焊丝表面涂抹上润滑涂层。
在焊丝表面上涂抹润滑涂层，这样可以使得焊丝再被传送的过程中能够更加的顺畅，大大提高了焊丝输送的效率。而且，也可以降低其在牵引力的作用下被拉断的可能性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.在药芯中加入钾盐和钠盐，这样可以有效地实现稳弧的作用，降低了焊接过程中火花飞溅的数量；
2.利用铁矾土来作为造渣剂，其不仅造渣效果好，同时，也不容易挥发，对环境的污染比较少；
3.而且药芯中的铬与铁及其他金属能够在焊接的过程中形成高铬铸铁合金熔敷层，其附着在焊接缝上能够有效地提高焊缝的连接效果，降低了焊缝再此断裂的可能性。
附图说明
图1是药芯焊丝的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。
实施例一、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取3kg碳、0.5kg锰、0.5kg硅、22kg铬、1kg碳酸钠、1kg硅酸钠、0.1kg碳酸钾、0.1kg硅酸钾、4kg铁矾土、9kg Al-Ti-Ca复合脱氧剂和58.8kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
实施例二、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取5kg碳、2.5kg锰、2.5kg硅、27kg铬、4kg碳酸钠、0.1kg碳酸钾、0.2kg硅酸钾、0.1kg钛酸钾、8kg铁矾土、16kg Al-Ti-Ca复合脱氧剂和34.6kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
实施例三、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取4kg碳、1.5kg锰、1.5kg硅、24.5kg铬、3kg硅酸钠、0.2kg碳酸钾、0.1kg钛酸钾、6kg铁矾土、12.5kg Al-Ti-Ca复合脱氧剂和46.7kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
实施例四、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取3kg碳、0.5kg锰、0.5kg硅、22kg铬、1kg碳酸钠、1kg硅酸钠、0.2kg碳酸钾、0.2kg硅酸钾、4kg铁矾土、9kg Al-Ti-Ca复合脱氧剂和58.6kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
实施例五、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取3kg碳、0.5kg锰、0.5kg硅、22kg铬、2kg碳酸钠、2kg硅酸钠、0.1kg碳酸钾、0.1kg硅酸钾、4kg铁矾土、9kg Al-Ti-Ca复合脱氧剂和56.8kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
对比例一、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取3kg碳、0.5kg锰、0.5kg硅、22kg铬、0.1kg碳酸钾、0.1kg硅酸钾、4kg铁矾土、9kg Al-Ti-Ca复合脱氧剂和58.6kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
对比例二、
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、铁矾土、Al-Ti-Ca复合脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、称取3kg碳、0.5kg锰、0.5kg硅、22kg铬、1kg碳酸钠、1kg硅酸钠、4kg铁矾土、9kgAl-Ti-Ca复合脱氧剂和58.6kg铁加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温氮气吹干，其风速为15m/s～20m/s。
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝；
S5、在半成品焊丝表面涂上润滑涂层，将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
将实施例一至实施例五以及对比例一和对比例二按照下述测试方案进行测量，得到表一的数据。
焊接飞溅的测量：采用20mm×100mm×300mm碳钢试板。试板表面去除锈污后放在光滑的1000mm×1000mm钢板上。用280A×31V×280mm/min焊接规范，用CO220L/min气体保护实施堆焊，并测量焊接飞溅；
熔敷层硬度的测量：用HR-150A洛氏硬度计测定熔敷层表面硬度，其中堆焊厚度均为3.5-4.5mm；
造渣损失率：直接称量熔敷层的质量，与药芯的原始质量相比。
Figure BDA0001124755100000071
表一
从上表一可得，发明由于钾盐和钠盐的加入大大降低了焊接飞溅的量，而且实施例一的钾和钠的比值在13％，此时其焊接飞溅最下。同时，本发明的HRC硬度都复合国家标准。另外，通过损失率可以得知，本发明的造渣剂与传统的造渣剂相比使用效率更好，也更环保。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种药芯焊丝，包括低碳钢带和药芯，按重量百分数计，所述药芯包括，
碳 3.0%～5.0%
锰 0.5%～2.5%
硅 0.5%～2.5%
铬 22.0%～27.0%
钠盐 2.0%～4%
钾盐 0.2%～0.4%
造渣剂 4%～8%
脱氧剂 9%～16%
其余为铁，
所述钠盐为碳酸钠、硅酸钠中的一种或两种的混合物，所述钾盐为碳酸钾、硅酸钾、钛酸钾中的一种或几种的混合物，所述钾盐中的钾含量与钠盐中的钠含量之比为11%～15%。
2.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：按重量百分数计，所述药芯包括，
碳 4.0%
锰 1.5%
硅 1.5%
铬 24.5%
钠盐 3.0%
钾盐 0.3%
造渣剂 6.0%
脱氧剂 12.5%
其余为铁。
3.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述造渣剂为铁矾土。
4.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述脱氧剂为Al-Ti-Ca复合脱氧剂。
5.如权利要求1至4中任意一项权利要求所述的一种药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳、锰、硅、铬、钠盐、钾盐、造渣剂、脱氧剂和铁预先分别制成粉末；
S2、按规定的重量百分数的要求称取S1中制好的粉末加入到混合器中进行均匀混合；
S3、在轧制前，先清洗掉低碳钢带上的油脂、灰尘、杂物，清洗后再用高温风吹干 ；
S4、将低碳钢带先轧制成“U”型，并将混合均匀的药粉填充入其中，再将低碳钢带轧制成“O”，并密封药粉于低碳钢带中，得到半成品焊丝 ；
S5、将轧制好的半成品焊丝拉丝得到成品焊丝。
6.根据权利要求5所述的一种药芯焊丝的制备方法，其特征在于：S3中的高温风为氮气，其风速为15m/s～20m/s。
7.根据权利要求5所述的一种药芯焊丝的制备方法，其特征在于:S5中在将半成品焊丝拉成成品焊丝之前，先在半成品焊丝表面涂抹上润滑涂层。
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