CN109940308B - 一种激光熔覆用铁基焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光熔覆用铁基焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％。该焊丝可实现实心焊丝难以实现的高硬度、高耐磨熔覆层。还公开了该焊丝的制备方法：步骤1：按上述配比称取各药粉；步骤2：将步骤1称取的各药粉进行加热处理，然后混合；步骤3：通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内；步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，待用。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种激光熔覆用铁基焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
背景技术
激光熔覆可显著改善材料的表面性能，恢复工件尺寸或对磨损的材料进行修复，具有效率高、速度快、绿色环保等特点，广泛应用到几乎整个机械加工行业。
激光熔覆材料很大程度决定了熔覆层的性能，激光熔覆材料根据不同形状可分为粉末状、丝材和棒材，现如今激光熔覆用的几乎都是粉末状材料。激光熔覆根据送粉的方式不同可分为预制式送粉和送粉式熔覆，预制式粉末比送粉式熔覆工序繁琐，很少应用在工程实践中。送粉式激光熔覆对粉末要求很高，要求粉末具有一定的颗粒度、球形度和流动性，否则会影响到送粉的顺畅性，从而影响到熔覆过程的稳定性，激光熔覆对粉末的高要求固然会增加粉末的制造成本。
丝材的激光熔覆技术与送粉式激光熔覆技术相比，送丝过程可精确控制，材料送料精度高，材料利用率高，金属丝材比金属粉末成本低，所以丝材激光熔覆技术有很大的发展空间。目前，大多采用侧向送丝***进行激光熔覆，没有专门针对送丝激光熔覆***使用的焊丝，大多使用现有的熔化焊接用焊丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光熔覆用铁基焊丝，可实现实心焊丝难以形成的高硬度、高耐磨熔覆层。
本发明的另一个目的是提供一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种激光熔覆用铁基焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉的粒度均为100-200目。
焊皮为低碳钢带，低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm。
本发明所采用的另一个技术方案是，上述一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260～300℃，保温时间为2h；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
本发明的特点还在于，
步骤1中，B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉的粒度均为100-200目。
步骤3中，低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的激光熔覆用铁基焊丝解决了没有专门用于送丝激光熔覆***使用的焊丝的问题，通过药粉可以灵活的调整激光熔覆用铁基焊丝的化学成本，拓宽了丝材激光熔覆的使用范围；相比于实心焊丝激光熔覆，药芯焊丝熔覆效率更高；通过调配药粉可实现实心焊丝难以实现的高硬度、高耐磨熔覆层，相比于粉末激光熔覆，药芯焊丝激光熔覆成本低，材料利用率高，送丝精度高；药芯焊丝里的粉末只需要流动性好确保拉丝过程中成分均匀即可，对颗粒度和球形度要求没有粉末激光熔覆高，因此制造成本相对较低。
(2)本发明的激光熔覆用铁基焊丝的制备方法，工艺简单，便于进行大规模批量生产。
附图说明
图1为本发明中实施案例2制备的药芯焊丝，在Q345钢板上进行激光熔覆时所得到的熔覆层的扫描电镜低倍组织形貌图；
图2为本发明中实施案例2制备的药芯焊丝，在Q345钢板上进行激光熔覆时所得到的熔覆层与Q345钢板之间、熔覆层的金相组织形貌图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种激光熔覆用铁基焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％。
B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉的粒度均为100-200目，该药芯焊丝的填充率控制在25～30％。
焊皮为低碳钢带，低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm。
该药芯焊丝中主要合金组分的作用和功能如下：
B元素作为药芯焊丝的主要合金元素，B元素为强脱氧元素，B元素和Si元素联合作用可以降低熔覆层金属的熔点，提高熔覆层金属的流动性，改善与基体材料的润湿性。
Si元素作为药芯焊丝的主要合金元素，在含Mn熔覆层金属中添加Si元素可减少熔覆金属中的含氧量，防止气孔的产生，熔覆层金属的硬度、强度呈非线性增加。
Mn元素作为药芯焊丝的主要合金元素，熔覆层金属中添加Mn元素可以细化晶粒，Mn和Si联合可以起到脱氧的目的，并可提高熔覆层金属的硬度和强度；
Ni元素作为药芯焊丝的主要合金元素，在高Mn熔覆层金属中增加Ni元素后，将促进马氏体的生成，熔覆层金属的硬度、强度均提高；在低Mn熔覆层金属中添加Ni元素，可提高熔覆层金属的抗解理断裂能力；
Cr元素作为药芯焊丝的主要合金元素，添加Cr元素后，Cr与B反应将生成CrB和Cr2B，Cr与C反应将生成Cr23C6和Cr7C3等硬质化合物，可提高熔覆层金属的硬度和耐磨性；
上述一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260～300℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行充分的混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉的粒度均为100-200目。
步骤3中，低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm。
实施例1
一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉1.7％，硅铁粉1.3％，锰铁粉2.6％，Ni粉24％，Cr粉70.4％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行充分的混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例1制备的激光熔覆用铁基药芯焊丝在Q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000W，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为48HRC。
实施例2
一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉6.5％，硅铁粉4.0％，锰铁粉5.5％，Ni粉10％，Cr粉74％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为300℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行充分的混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例2制备的激光熔覆用铁基药芯焊丝在Q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000W，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为58HRC。
实施例2制备得到的激光熔覆铁基药芯焊丝在Q345钢板上熔覆，熔覆层焊缝的扫描电镜低倍组织见图1所示，图2是熔覆层与Q345基体金相组织形貌。从低倍扫描电镜图片上可以看出，熔覆层与Q345基体之间衔接良好，无宏观裂纹等焊接缺陷。从金相图片可以看出，熔覆层与Q345基体之间以熔合线隔开，熔合线清晰，熔合线附近未发现裂纹、气孔等常见缺陷，熔覆层主要由胞状树枝晶组成。
实施例3
一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉6.5％，硅铁粉4.0％，锰铁粉5.5％，Ni粉24％，Cr粉60％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为280℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行充分的混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.1mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例3制备的激光熔覆用铁基药芯焊丝在Q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000W，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为53HRC。
实施例4
一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉2％，硅铁粉2％，锰铁粉3％，Ni粉13％，Cr粉80％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为300℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行充分的混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例4制备的激光熔覆用铁基药芯焊丝在Q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000W，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为45HRC。
实施例5
一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉4％，硅铁粉3％，锰铁粉4％，Ni粉20％，Cr粉69％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行充分的混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例5制备的激光熔覆用铁基药芯焊丝在Q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000W，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为50HRC。
经优化在药芯焊丝药粉填充率控制在25％～30％时，质量百分比为6.5％的B粉，4.0％的硅铁，5.5％的锰铁，10％的Ni粉，74％的Cr粉的情况下，激光熔覆Q345钢板可以得到成型效果最好、缺陷最少及力学性能较好的激光熔覆层。
Claims (2)
1.一种激光熔覆用铁基焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％；
B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉的粒度均为100-200目；
焊皮为低碳钢带，低碳钢带的厚度为0.4mm，低碳钢带的宽度为7mm。
2.一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取如下药粉：B粉1.7～6.5％，硅铁粉1.3～4.0％，锰铁粉2.6～5.5％，Ni粉10～24％，Cr粉60～80％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉分别置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260～300℃，保温时间为2h；将加热处理后的B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉放置于混粉机中进行混合得到混合药粉，混合时间为1h；
步骤3：采用酒精去除低碳钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在低碳钢带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用；
步骤1中，B粉、硅铁粉、锰铁粉、Ni粉及Cr粉的粒度均为100-200目；
步骤3中，所述低碳钢带的厚度为0.4mm，所述低碳钢带的宽度为7mm。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |