[发明专利]一种堆焊用夹芯合金粉块及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种堆焊用焊接材料及其制备方法与应用，尤其涉及一种新型的堆焊用夹芯合金粉块及其制备方法与应用。

背景技术

工业生产和加工中，机械零件经常在异常复杂和苛刻的条件下工作，大量的机械装备往往因磨损、腐蚀或磨蚀而报废。这就要求在高温高压、承受较大载荷以及氧化、腐蚀等工作条件下的机械装备表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗氧化等性能。堆焊因工艺简单、设备投资少、操作灵活、适应面广而被广泛用于在零件表面制备特殊性能金属层。

堆焊的方法有手工电弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、埋弧自动堆焊、气体保护堆焊、等离子堆焊、电渣堆焊等。

目前，人们为适应各种堆焊方法开发了各种堆焊材料。例如：

中国专利CN86106019B“耐热耐磨堆焊焊条”，CN1116574A“一种高铬铸铁堆焊材料及工艺”，CN1003430B“高硬度耐磨损不预热堆焊焊条”等堆焊焊条；以及CN1238154C“一种连铸辊堆焊用烧结焊剂及其生产方法”等焊剂；焊条和焊剂具有使用灵活、制造方便的优点，但合金元素的过渡系数低、堆焊金属的成分不够稳定和均匀，且堆焊层合金的数量受到工艺方法的限制，只适于低、中合金的堆焊金属。

中国专利CN1415453A“一种堆焊用包芯焊丝”，CN1775454A“高抗裂耐磨高铬铸铁型堆焊药芯焊丝”等堆焊用药芯焊丝，它的缺点是制造工艺复杂、成本较高、影响其大面积推广，并且由于受到焊丝本身填充系数的限制(一般小于35％)，堆焊层的合金含量也受到限制，不会太高。药芯焊带与药芯焊丝类似。

中国专利CN1015523B“堆焊用合金”提出了一种堆焊用的焊片，该焊片采用真空感应炉冶炼，用精密铸造方法制成，焊片的形状可以根据待堆焊面的形状确定，采用TIG电弧熔敷到工件表面，焊片的制造工艺比较复杂。

中国专利CN1030970C“金属表面大面积堆焊方法”提出了一种适合于大面积堆焊的柔性粉末带及其堆焊工艺方法。其所述柔性粉末带具有一定厚度和宽度，由袋状包装层和金属粉末组成，金属粉末处于袋状包装层之内；以熔化极的气体保护焊接电弧为热源，焊丝和柔性粉末带熔化形成耐磨层，可以实现自动焊，并适合大面积堆焊。但是这种工艺为了保证耐磨层的成分稳定，堆焊的工艺参数必须严格控制，条件苛刻。

并且需要指出的是：上述堆焊材料主要通过电弧热熔敷，电弧热熔敷的热影响区较大，对于某些容易过热的材料，容易造成晶粒粗化，降低韧性，甚至造成堆焊层整体脱落。另外电弧熔敷时，母材的稀释也较大。

中国专利CN85102440B“耐磨堆焊合金粉块”提出了将合金粉末制备成合金块用于堆焊，该耐磨合金粉块是将高铬铸铁、硼铁、硅铁、铁粉按比例混合均匀后加入水玻璃粘接剂，按一定重量加入模具中，施以适当压力模压成型后，再烘干水分制成。熔敷热源为电弧(如碳弧、等离子弧、钨极氩弧)。该合金粉块合金元素的过渡系数比焊条、焊丝、焊剂等常规堆焊材料高，但该合金粉块不适合采用感应热源熔敷，这是因为配料的颗粒很小，即使粉末物料处于压实的状态，其导电能力比金属基体也差得多，因此感应电流不在合金粉块中流动，而在基体上流动，合金粉块只能通过来自基体的热能加热，这种热通过热传导方式传递，合金粉块的导热性能又比较差，增加了其获得热能熔化的难度，特别是厚度较大的合金粉块必然更加难以熔化。另外，为了使合金粉块容易熔化，最好选用熔点低的共晶成分的合金作为耐磨材料，使成分设计的范围受到限制。合金粉块熔敷于工件上的前提是合金粉块覆盖的母材必须熔化，实际上使用电弧熔敷时，由于电弧的热能必须穿过合金粉块才能到达母材，合金粉块由于是各种合金粉末的混合物(不是合金)，而每种合金粉末往往具有较高的熔点，熔化比较困难，这样就造成了母材和粉块均难以熔化，有时合金粉块还没有熔化就被电弧的等离子流力吹散了，使得堆焊金属成型极差，施工工艺性能不好。只有母材熔化形成熔池后，覆盖于其上的合金粉块通过熔池液态金属的对流传热，才会加速熔化形成堆焊金属层。

感应加热具有热能集中于工件表面，加热速度快，热影响区小，效率高、母材对堆焊层的稀释小、容易实现自动化等优点，是比较理想的堆焊用热源。

中国专利CN1041898A“感应堆焊方法”将把以金属粉末为基料的配料涂敷到工件的表面，将其压实，采用感应加热方法使其熔化。该专利若直接采用市售的金属和合金粉末，则会难以熔敷。因此，专利要求使用前必须对市售的金属和合金粉末进行挤压(挤压力为300-500MPa)或冲击的塑性变形处理(机械活化)。这样以来，不仅生产工艺复杂，而且需要增加塑性变形处理的设备，使得成本大幅度提高。