[发明专利]铌强化耐磨埋弧堆焊药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种铌强化耐磨埋弧堆焊药芯焊丝，属于焊接材料技术领域。

背景技术

药芯焊丝，是将合金元素(粉体药芯)包裹在钢皮中，经拉拔成不同直径而成的药芯焊丝。

药芯焊丝经焊接熔化后，形成具有耐磨损、耐腐蚀和耐高温等特殊性能的合金焊层。药芯焊丝埋弧焊，在修复和复合制造中占有重要的地位，广泛应用于机械工程结构的高耐磨损等机械结构件的复合部位。

目前堆焊修复的耐磨药芯焊丝，一般都含有碳、铬、硅、锰等合金元素，很少或几乎不含有强碳化物形成元素。

一般认为，增强材料表面强度和改善耐磨性的有效途径，是提供材料的表面硬度和强韧性，较为理想的焊层组织结构为坚韧、连续的基体上均匀分布的高熔点、高硬度、稳定性好的质点。堆焊焊层的耐磨性主要由碳化物的种类、分布和面积比而定。耐磨粉体药芯中所含有的铬，在堆焊过程中与碳和铁形成复合碳化物(Cr、Fe)₇C₃的六方棱柱性结构，其表面硬度为HV1200～1800，侧面的硬度比正表面要稍低。由此可见，已有的用于堆焊修复的药芯焊丝，远不能满足钢铁厂的轧辊，火力电厂的磨煤辊和工程挖掘机械等的复合制造和维修再造等的需求。

发明内容

本发明的目的在于，通过在粉体药芯中添加铌元素，由于铌的过渡系数很高，烧损极少，铌能充分过渡到堆焊熔池金属中与碳优先结合，形成碳化铌非自发形核的核心，而显著细化晶粒，且由于碳化铌能单独存在于堆焊合金中，起到耐磨质点的作用，使耐磨性进一步提高，而提供一种铌强化耐磨埋弧堆焊药芯焊丝。

本发明实现其目的的技术方案是：

一种铌强化耐磨埋弧堆焊药芯焊丝，包括低碳钢空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯；所述粉体药芯包括高碳铬铁、脱氧剂和铁粉；所述粉体药芯在所述空心焊丝内的填充率在30～50％范围内，其特征在于：

a、所述粉体药芯还包括铌铁，其各组分的重量百分含量是(％)：

高碳铬铁        30～55；

铌铁            4～16；

铁粉        25～55；

脱氧剂      3～8。

在上述药芯成分中各组分的主要作用在于：

高碳铬铁：其成分为62.0～72.0％Cr，≤6.0％C，余为Fe。由它向堆焊合金中过渡合金元素。

铌铁：其成分为70.0～80.0％Nb，余为Fe，由它在堆焊焊层中优先与碳结合形成碳化铌硬质耐磨相。

脱氧剂：是硅铁或锰铁或硅铁和锰铁。硅铁成分为40.0～47.0％Si，余为Fe；锰铁成分为75.0～85.0％Mn，余为Fe。通过硅锰的脱氧，而增加堆焊层金属的强度和硬度。

铁粉：向堆焊合金补充合金元素。

上述粉体药芯在空心焊丝内的填充率，可根据实际使用要求和工况，在30％～50％之间调整。

由以上所给出的技术方案和粉体药芯各组分的作用描述可以明了，本发明由于采用钨这种强碳化物形成元素，且在堆焊高温熔池中优先与碳反应生成NbC硬质相，且能均匀弥散分布在堆焊合金内，从而在细化晶粒提高强韧性的同时，提高了堆焊层的硬度，增强了耐磨性能，实现了本发明的目的。

在上述技术方案中，本发明主张所述低碳钢空心焊丝是H08A钢制件，或者是H10钢制件。但不局限于此。试验结果表明含碳量在0.2％以下的低碳钢制件，都是可以用来制备本发明空心焊丝的。

在上述技术方案中，本发明还主张，所述脱氧剂是硅和锰2种金属元素中的1种或2种。硅和锰，都是较低于铝的强脱氧剂，其中硅的脱氧能力高于锰。若采用硅锰联合脱氧，则其脱氧效果更加理想。为此，本发明予以推荐。这里应当注意SiO₂-MnO生成物在堆焊合金中的排渣情况。

上述技术方案得以实施后，其试用结果表明：本发明药芯焊丝焊接工艺性能良好，堆焊层表面硬度分布均匀，平均硬度在HRC42～65范围内，耐磨性为Q235碳钢的10-30倍，并具有抗气孔能力强以及合金化均匀程度高等优点，实现了本发明的初衷。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下对照附图，通过具体实施方式的描述，对本发明作进一步说明发明。

具体实施方式之一，如附图1所示。

一种铌强化埋弧堆焊药芯焊丝，包括H08A低碳钢空心焊丝和设在所述空心焊丝内的粉体药芯，所述粉体药芯的配比是：所述高碳铬铁32％，所述铌铁5％，脱氧剂所述硅铁6％，铁粉57％。填充率30％。药芯焊丝堆焊层平均硬度HRC47。