[发明专利]用于不锈钢埋弧堆焊金属氮合金化的烧结焊剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于不锈钢埋弧堆焊金属氮合金化的烧结焊剂，属于焊接材料技术领域。

背景技术

埋弧堆焊是一种焊剂层下电弧保护焊的方法，把表面材料复合到普通金属零件工作面(受力面)上的金属表面强化技术，可加强机械零件表面的耐磨性能。氮作为间隙原子，与其它合金元素相互作用，能改善钢的强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性和耐腐蚀性能。在焊接材料中用氮进行合金化，能提高零件的抗焊接热裂纹、耐磨蚀和高温稳定性能，充分利用氮的有益作用进行氮合金化，可作为改善堆焊材料综合性能的新途径。氮化铬铁广泛用于不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢、合金钢等特种钢冶炼生产，在埋弧焊剂中加入氮化铬铁具有对不锈钢堆焊金属增氮和补充铬的双重作用。

发明内容

本发明的技术目的是：提供一种用于不锈钢埋弧堆焊金属氮合金化的烧结焊剂，改善堆焊材料的综合性能，适用于钢铁厂的轧辊、火力发电厂的磨煤辊、工程挖掘机械、矿山机械的表面改性、复合制造和再制造等方面。

为了实现上述技术目的，本发明公开了一种用于不锈钢埋弧堆焊金属氮合金化的烧结焊剂，其特征在于，包括基础焊剂和添加焊剂组分：

所述基础焊剂的化学组分及占总体焊剂的重量百分比为：

CaF₂：20％-25％；

MgO：25％-30％；

Al₂O₃：20％-23％；

SiO₂：15％-20％；

CaCO₃：3％-7％；

脱氧剂：3％-8％；

所述添加焊剂为含氮金属化合物。

作为优选，所述添加焊剂为质量分数是6％-15％的氮化铬铁粉末。氮化铬铁在电弧热的作用下被充分融化过度到堆焊池中，不会造成未熔或半熔的夹杂。

作为优选，所述氮化铬铁粉末颗粒大小为10-60目。

作为优选，所述氮化铬铁粉末主要含有Fe、N、Cr三种元素，其中氮含量为3.0％-5.0％，铬含量大于等于60％。

作为优选，所述脱氧剂为硅锰复合脱氧剂。

含氮金属化合物在电弧热的作用下被充分熔化过渡到堆焊熔池中，堆焊金属中含氮量过低，氮大量固溶会使得堆焊层金属中的碳氮化物少，这样金属表面的耐磨性能得不到有效提高；氮含量过高，焊接过程中容易出现气孔，因此加入的含氮金属化合物的量必须控制在合适的范围内，作为最优配比，在本发明中将氮化铬铁的含量限定在6％-15％之间，焊接后堆焊金属氮合金中含有0.10％-0.13％氮含量。

如果含氮金属化合物粉末颗粒尺寸相对烧结焊剂的尺寸过小，容易导致分层，使得配好的焊剂成分不均匀，在焊接过程中氮不能稳定过渡到熔池金属中；如果含氮金属化合物粉末颗粒尺寸相对烧结焊剂的尺寸过大，则容易导致焊接过程中局部氮含量过大，发生气孔。因此，含氮金属化合物的颗粒尺寸应保证与烧结焊剂能充分混合，保证焊接过程中氮能稳定过渡到熔池金属中，因此在本发明中将含氮金属化合物的尺寸范围限定为10-60目。

同时，埋弧堆焊利用焊剂配埋弧焊丝进行焊接，具有经济、可靠、高效等特点，采用烧结焊剂的优点是渗合金极为方便，为实现不锈钢堆焊金属氮合金化提供了良好的条件。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案和技术目的，下面结合具体实施例对本发明作进一步的介绍：

将氮化铬铁粉末均匀混入普通埋弧堆焊烧结焊剂中，具体组分含量如下(按重量百分比)：

基础焊剂：

CaF₂：20％-25％；

MgO：25％-30％；

Al₂O₃：20％-23％；

SiO₂：15％-20％；

CaCO₃：3％-7％；

硅锰复合脱氧剂：3％-8％；

添加焊剂组分为颗粒大小为10-60目的氮化铬铁粉末(含氮量为4.2％，含铬量65％)：8％；

按上述组分配比，将氮化铬铁粉末和其它成分均匀混合。配好的烧结焊剂与直径3.2mm的不锈钢埋弧焊丝配合，采用MZ-1000型直流埋弧自动焊机焊接，直流反接，施焊母材为10mm厚Q235钢板，堆焊三层。其中堆焊工艺参数详见表1。然后在第三层堆焊层切取表面试样，进行化学成分检测分析。