CN115609188A - 一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法，具体涉及焊接材料领域。本发明的堆焊药芯焊丝，包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：中碳铬铁40～55％、金属铬9～17％、金属锰3～5％、硅铁5～8％、镍粉2～3％、余量为铁粉。本发明的堆焊药芯焊丝有优良的耐磨性能，且熔敷金属有高的硬度、强度和韧性，可有效控制堆焊层熔敷金属裂纹的产生，防止脱落，适用于冷轧辊的修复。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法。
背景技术
冷轧辊是冷轧机的关键部件，由于冷轧辊工作环境极为苛刻，使其对工作表面有严格的性能要求，在巨大变压力下，要求其表面具有超高的硬度、良好的韧性以及耐磨性。对冷轧辊的修复主要采用堆焊修复，但由于冷轧辊大多采用的高铬铸铁合金***进行铸造而成，该高铬铸铁合金***中碳以及合金元素的含量很高，因此在对该类轧辊堆焊时堆焊层极易出现裂纹。因此冷轧辊堆焊修复要求堆焊金属硬度高，硬度均匀性好，而且要求其抗裂性高，强韧性好，抗疲劳能力强。国内外高硬度的堆焊材料以高铬铸铁合金***为主，成本高昂；国内市场许多部件的维修主要靠耐磨焊条来完成，费时费事，修复工期长，且耐磨焊条的维修质量不如焊丝，因此许多维修工艺无法实现或实现起来较困难。
目前国际上堆焊药芯焊丝产业已发展到一定规模，已走上与堆焊焊条性能相对应的各类系列化产业道路。国内目前消耗的药芯焊丝中，耐磨堆焊药芯焊丝绝大部分为进口产品，国产耐磨堆焊的药芯焊丝较少，且品种单一，远远满足不了市场要求，而国外引进焊丝价格较高，订购周期长。研发冷轧辊堆焊药芯焊丝市场前景广阔，意义重大。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法，以改善焊丝的焊接工艺性、焊缝金属的力学性能和耐腐蚀性。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种堆焊药芯焊丝，包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：中碳铬铁40～55％、金属铬9～17％、金属锰3～5％、硅铁5～8％、镍粉2～3％、余量为铁粉。
在本发明一示例中，所述中碳铬铁中碳的含量为1～1.5wt％，铬的含量为78～85wt％。
在本发明一示例中，所述硅铁为75#硅铁，所述硅铁中硅的含量为72～75wt％。
在本发明一示例中，所述钢带为HS1钢带，所述钢带的宽度为14mm～18mm，所述钢带的厚度为0.3mm～0.6mm。
在本发明一示例中，所述堆焊药芯焊丝中所述药芯的重量是所述堆焊药芯焊丝总重量的20～30％。
本发明提供一种堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照上述组分混合均匀以配置药芯；将钢带纵剪、缠带、清洗，然后轧成U型槽；将所述药芯填充至所述U型槽中；将填充有药芯的钢带闭合、减径、拉丝、收线，得到堆焊药芯焊丝。
本发明提供一种堆焊药芯焊丝的焊接方法，包括如下步骤：预热工件；采用打底焊丝对所述工件进行打底焊接；对所述打底焊接后的工件在焊剂层下单边堆焊，回火并降温；重复上述堆焊操作，堆焊全部完成后，整体回火；降温出炉。
在本发明一示例中，所述预热工件时的预热温度为250～300℃。
在本发明一示例中，所述打底焊接时的打底层厚度小于4mm。
在本发明一示例中，所述堆焊时的焊接电流为450～550A,焊接电压为28～32V，焊接过程中工件温度为200～250℃；所述回火时的回火温度为480～510℃，保温时间为8～12h。
本发明的堆焊药芯焊丝向熔敷金属过渡铬、锰、硅、镍等合金元素，通过调整合金元素的比例可以提高熔敷金属的硬度和强度，耐磨性好，具有一定的韧性，可有效控制堆焊层熔敷金属裂纹的产生，防止脱落，适用于钢铁行业冷轧辊的修复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为：本发明中堆焊药芯焊丝的制备流程图；
图2为：本发明的堆焊药芯焊丝的焊接流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
须知，本说明书中的“％”、“wt％”均代表质量百分数，“份”代表重量份数。
本发明提供一种堆焊药芯焊丝，包括钢带和填充于钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：中碳铬铁40～55％、金属铬9～17％、金属锰3～5％、硅铁5～8％、镍粉2～3％，余量为铁粉。
堆焊药芯焊丝的药芯中各组分的作用如下：
中碳铬铁：向堆焊层过渡合金元素；铬铁的氧化性强，可放热加速反应。本发明的堆焊药芯中，中碳铬铁的质量百分比为40～55％，例如，中碳铬铁的质量百分比可以是40％、45％或55％等40～55％范围内任一数值。
金属铬：向堆焊层过渡合金元素，增加熔敷金属的淬透性并有二次硬化作用，可提高熔敷金属的硬度和耐磨性而不使熔敷金属变脆；增加金属铬的含量可以提高熔敷金属的耐氧化性介质腐蚀能力；但金属铬的添加量过多时会降低熔敷金属的硬度及强度。本发明的堆焊药芯中，金属铬的质量百分比为9～17％，例如，中碳铬铁的质量百分比可以是9％、13％或17％等9～17％范围内任一数值。
金属锰：向堆焊层金属过渡合金元素，脱氧、脱硫，形成保护气氛，放热并加快焊接反应速度。锰可以提高熔敷金属的强度及硬度，但金属锰的添加量过多时，熔敷金属的延展性、韧性及可焊性变差。本发明的堆焊药芯中，金属锰的质量百分比为3～5％，例如，金属锰的质量百分比可以是3％、4％或5％等3～5％范围内任一数值。
硅铁：向堆焊层金属过渡合金元素，脱氧。焊接过程中放热，加速焊丝熔化，提高熔渣流动性，降低堆焊层气孔敏感性，使焊波细致，提高熔敷金属的硬度及强度，但硅铁添加过多时会降低熔敷金属的韧性。本发明的堆焊药芯中，硅铁的质量百分比为5～8％，例如，硅铁的质量百分比可以是5％、7％或8％等5～8％范围内任一数值。
镍粉：向堆焊层过渡合金元素，提高堆焊层的韧性。本发明的堆焊药芯中，镍粉的质量百分比为2～3％，例如，镍粉的质量百分比可以是2％、2.5％或3％等2～3％范围内任一数值。
铁粉：补充药芯中合金粉末不足，提高焊接效率。
在一实施例中，中碳铬铁中碳的含量为1～1.5wt％，铬的含量为78～85wt％，中碳铬铁的粒度优选为60目。
在一实施例中，硅铁为75#硅铁，硅铁中硅的含量为72～75wt％，硅铁的粒度优选为为60目。
在一实施例中，钢带为HS1钢带，钢带的宽度为14mm～18mm，钢带的厚度为0.3mm～0.6mm。例如钢带的宽度可以是14mm、16mm或18mm等14～18mm范围内任一数值；钢带的厚度可以是0.3mm、0.5mm或0.6mm等0.3～0.6mm范围内任一数值。
请参阅图1，本发明提供一种堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S11、按照上述的组分混合均匀以配置药芯；
S12、将钢带纵剪、缠带、清洗，然后轧成U型槽；
S13、将所述药芯填充至所述U型槽中；
S14、将填充有药芯的钢带闭合、减径、拉丝、收线，得到所述堆焊芯焊丝。。
步骤S11中，将药芯中的各组份按照：中碳铬铁40～55％、金属铬9～17％、金属锰3～5％、硅铁5～8％、镍粉2～3％、余量为铁粉的比例混合搅拌均匀。
步骤S12中，将钢带纵剪成合适尺寸再对其进行缠带清洗以去除钢带表面的杂质，再把钢带轧制成U型槽。其中，本发明中使用的钢带为HS1钢带，钢带中碳含量为0.03wt％，硅含量为0.03wt％，锰含量为0.1～0.3wt％，磷含量为0.02wt％，硫含量为0.02wt％。
步骤S13中，药芯的填充率即堆焊药芯焊丝中药芯的重量是堆焊药芯焊丝总重量的20～30％，例如，药芯的填充率可以是20％、25％或30％等20～30％范围内任一数值。
步骤S14中，拉丝过程中可以使用润滑粉增加其润滑度。堆焊药芯焊丝的直径为优选为2.4mm。
请参阅图2，本发明提供一种堆焊药芯焊丝的焊接方法，包括如下步骤：
S21、预热工件；
S22、采用打底焊丝对工件进行打底焊接；
S23、对打底焊接后的工件在焊剂层下单边堆焊，回火并降温；
S24、重复上述堆焊操作，堆焊全部完成后，整体回火；
S25、降温出炉。
在一实施例中，打底焊接的厚度小于4mm。
步骤S21中，预热工件时的预热温度为250～300℃。例如预热温度可以是250℃、280℃或300℃等250～300℃范围内的任一数值。
步骤S22中，打底焊接时的打底层厚度小于4mm；打底焊接时使用的打底焊丝可采用本领域常规的选择，在此不做赘述。
步骤S23中，单边堆焊厚度约30mm时进行回火，以消除焊接应力。
步骤S24中，将工件按照焊接要求焊接完成后，进行回火，以消除焊接应力。
步骤S23和S24中，堆焊时焊接电流为450～550A,焊接电压28～32V，焊接过程中工件温度保持在200～250℃，回火时的回火温度为480～510℃，保温时间为8～12h。例如，工件的温度可以是200℃、220℃或250℃等200～250℃范围内任一数值；焊接电流可以是450A、500A或550A等450～550A范围内的任一数值；焊接电压可以是28V、30V或32V等28～32V范围内的任一数值；回火温度可以是480℃、490℃或510℃等480～510℃范围内任一数值；保温时间可以是8h、10h或12h等8～12h范围内任一数值。
步骤S25中，整体回火之后将工件随炉降温至50℃以下，将工件取出。
需要说明的是，上述焊接过程中未详述的参数皆可按照本领域常规的焊接工艺进行设置。
下面通过一些具体的实施例对本发明进行详述。以下实施例中所使用的药品均可通过一般的商业手段获得。
实施例1
本实施例的堆焊药芯焊丝包括钢带和填充在钢带中的药芯，其中，按药芯的质量百分比计，包括以下组分：中碳铬铁55％、金属铬10％、金属锰5％、硅铁6％、镍粉2％、余量为铁粉。钢带选用HS1钢带，将钢带轧成U型槽，然后将混合均匀的药芯填充至U型槽内，药芯的填充率为28％；然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。
焊接时，先将工件预热至268℃后，采用打底焊丝对工件打底焊接，打底层厚度为3.7mm，对打底焊接后的工件在焊剂层下单边堆焊，单边堆焊厚度约30mm时回火，以消除焊接应力，其中，回火温度为489℃，回火时间为10h；炉冷至280℃后，继续堆焊操作，堆焊全部完成后，整体回火，整体回火温度为503℃，回火时间为10h，然后将工件随炉冷却至46℃后取出。本实施例中，焊接时电流控制在450～510A，层间温度控制在200～250℃。；
实施例2
本实施例的堆焊药芯焊丝包括钢带和填充在钢带中的药芯，其中，按药芯的质量百分比计，包括以下组分：中碳铬铁45％、金属铬15％、金属锰5％、硅铁7％、镍粉2.5％、余量为铁粉。钢带选用HS1钢带，将钢带轧成U型槽，然后将混合均匀的药芯填充至U型槽内，药芯的填充率为24％；然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。
本实施例中，焊接方法与实施例一中的焊接方法相同，区别在于，工件预热温度为277℃，打底焊接的打底层厚度为3.8mm，焊接时电流控制在460～495A，层间温度控制在230～245℃，部分回火温度为495℃，回火时间为8h；整体回火温度为485℃，回火时间为8h，出炉温度为48℃。
实施例3
本实施例的堆焊药芯焊丝包括钢带和填充在钢带中的药芯，其中，按药芯的质量百分比计，包括以下组分：中碳铬铁55％、金属铬13％、金属锰4％、硅铁5％、镍粉2％、余量为铁粉。钢带选用HS1钢带，将钢带轧成U型槽，然后将混合均匀的药芯填充至U型槽内，药芯的填充率为26％；然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。
本实施例中，焊接方法与实施例一中的焊接方法相同，区别在于，工件预热温度为296℃，打底焊接的打底层厚度为3.8mm，焊接时电流控制在520～540A，层间温度控制在236～248℃，部分回火温度为492℃，回火时间为8.5h；整体回火温度为496℃，回火时间为8h，出炉温度为48℃。
实施例4
本实施例的堆焊药芯焊丝包括钢带和填充在钢带中的药芯，其中，按药芯的质量百分比计，包括以下组分：中碳铬铁43％、金属铬12％、金属锰3.5％、硅铁5％、镍粉2％、余量为铁粉。钢带选用HS1钢带，将钢带轧成U型槽，然后将混合均匀的药芯填充至U型槽内，药芯的填充率为30％；然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。
本实施例中，焊接方法与实施例一中的焊接方法相同，区别在于，工件预热温度为258℃，打底焊接的打底层厚度为3.6mm，焊接时电流控制在530～550A，层间温度控制在235～250℃，部分回火温度为488℃，回火时间为8.5h；整体回火温度为486℃，回火时间为10h，出炉温度为45℃。
按本发明所述焊接工艺，对上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4提供的焊丝进行各项焊接试验，焊接工艺及热处理参数如下表1，熔敷金属化学成分及性能如下表2：
表1焊接工艺参数(埋弧焊\HJ260焊剂)
表2熔敷金属化学成分(％)及性能
实施例1至4试验结果表明，本发明提供的堆焊药芯焊丝，有优良的耐磨性能，且熔敷金属有很高的强度和硬度，表面成形性好。
本发明的堆焊药芯焊丝向熔敷金属过渡铬、锰、硅、镍等合金元素，通过调整合金元素的比例可以提高熔敷金属的硬度和强度，耐磨性好，具有一定的韧性，可有效控制堆焊层熔敷金属裂纹的产生，防止脱落，适用于钢铁行业冷轧辊的修复。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种堆焊药芯焊丝，其特征在于，包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：中碳铬铁40～55％、金属铬9～17％、金属锰3～5％、硅铁5～8％、镍粉2～3％，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述中碳铬铁中碳含量为1～1.5wt％，铬含量为78～85wt％。
3.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述硅铁为75#硅铁，所述硅铁中硅的含量为72～75wt％。
4.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述钢带为HS1钢带，所述钢带的宽度为14mm～18mm，所述钢带的厚度为0.3mm～0.6mm。
5.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述堆焊药芯焊丝中所述药芯的重量是所述堆焊药芯焊丝总重量的20～30％。
6.一种堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将权利要求1中的组分混合均匀以配置药芯；
将钢带纵剪、缠带、清洗，然后轧成U型槽；
将所述药芯填充至所述U型槽中；
将填充有药芯的钢带闭合、减径、拉丝、收线，得到堆焊药芯焊丝。
7.一种权利要求1所述的堆焊药芯焊丝的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
预热工件；
采用打底焊丝对所述工件进行打底焊接；
对所述打底焊接后的工件在焊剂层下单边堆焊，回火并降温；
重复上述堆焊操作，堆焊全部完成后，整体回火；
降温出炉。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述预热工件时的预热温度为250～300℃。
9.根据权利要求7述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接时的打底层厚度小于4mm。
10.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述堆焊时的焊接电流为450～550A,焊接电压为28～32V，焊接过程中工件温度为200～250℃；所述回火时的回火温度为480～510℃，保温时间为8～12h。
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