[发明专利]磨辊堆焊用高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨辊堆焊用高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝及其制备方法，属于焊接材料及加工技术领域。

背景技术

磨辊是电力、水泥等行业的重要备件，在服役过程中受到物料的反复切削，要求具有良好的耐磨粒磨损性能。为提高磨辊的使用寿命，需要在磨辊表面堆焊高耐磨材料，目前多使用高铬高合金铸铁自保护药芯焊丝。高铬高合金铸铁焊丝是Cr25C5合金体系，显微组织为莱氏体基体上分布大量柱状或块状的碳化铬，堆焊层硬度达HRC58-62，主要用于静载的磨粒磨损工况，如磨煤机磨辊。

对于高应力的磨粒磨损条件(如水泥磨辊)，高铬高合金铸铁焊丝堆焊层的使用寿命较低，不能满足要求，此时应使用高铌高铬合金铸铁药芯焊丝。在高铬高合金铸铁体系中增加铌元素后，熔池的流动性变差，将恶化焊缝的成形质量；而且在合金铸铁系自保护药芯焊丝的药粉中，低松装密度的组成物较多，药粉的流动性差，易导致焊丝药粉填充系数不稳定，堆焊层熔敷金属的硬度波动较大，反而降低堆焊层的耐磨性能；另外自保护药芯焊丝较大的焊接飞溅也是亟需克服的工艺缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磨辊堆焊用高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝，该焊丝具有良好的焊接工艺性，适用于高应力的磨粒磨损工况。

本发明的另一目的在于提供所述磨辊堆焊用高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磨辊堆焊用高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝，该焊丝由铁素体不锈钢带和其包裹的药粉组成，以重量百分比计，该药粉由以下成分组成：高碳铬铁：42.0％-48.0％、铌铁：13.0％-16.0％、石墨：4.5％-5.0％、硅铁：1.5％-2.0％、电解金属锰：2.0％-3.0％、中碳硼铁：1.5％-2.0％、铝镁合金：1.0％-2.0％、冰晶石：0.5％-1.0％、萤石：0.5％-1.0％、碳酸锂：1.0％-1.5％、锆英砂：0.5％-1.0％、钛酸钾：1.0％-1.5％，钛酸钠：1.5％-2.0％，其余为铁粉。其中，所述药粉占焊丝总重量的28.0％-32.0％。所有药粉成分的粒度均控制在80-200目。

在高铬高合金铸铁体系中添加铌元素后，熔池的流动性下降，降低了焊缝熔敷金属与母材之间的润湿性，恶化焊缝成形质量，主要表现为堆焊层的堆高过大、堆宽过小，焊缝出现搭接不良的现象，降低堆焊层的耐磨性。本发明在焊丝药粉中同时引入硅铁粉和中碳硼铁，并控制两者的添加量，利用硅、硼形成低熔点共晶，降低熔敷金属的熔点，提高熔池的流动性，从而改善焊缝成形质量。在本发明所述焊丝的药粉中，硅铁的含量为1.5％-2.0％，中碳硼铁的含量为1.5％-2.0％。

高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝的焊接飞溅大，恶化了焊缝的外观质量和工人的操作环境。本发明复合加入钛酸钾和钛酸钠作为焊接过程的稳弧剂，利用碱金元素电离势低的特点，减小焊接飞溅。其中钛酸钾中的钾元素可提高电弧的稳定性，减小焊接飞溅，钛酸钠中的钠可提高电弧电压，增加电弧的挺度，改善熔池流动性，提高焊缝的成形质量。在本发明所述焊丝的药粉中，钛酸钠的含量为1.5％-2.0％，钛酸钾的含量为1.0％-1.5％，且两者的重量比优选为1.0-1.5。

一种所述磨辊堆焊用高铌高铬合金铸铁自保护药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

(1)药粉预处理：①钛酸钾和钛酸钠混合均匀后造粒烧结，粒度控制在80-200目之间；②药粉中低松装密度的石墨、冰晶石、萤石、碳酸锂与高松装密度的高碳铬铁共同过80目筛；③将过筛后的粉与其他药粉成分混合，其他药粉成分的粒度均控制在80-200目，并搅拌120±10分钟；

(2)将厚度0.6mm、宽度14mm的铁素体不锈钢带制成U形；将搅拌均匀的药粉加入U型槽中；U型槽合口后依次进行φ4.0mm、φ3.65mm、φ3.41mm、φ3.15mm四道次连续拉拔减径，得到φ3.2mm的磨辊堆焊复合制造用自保护药芯焊丝。

在本发明中，钛酸钠、钛酸钾本身为极易吸潮、且流动性差的物质，若在焊丝药芯中直接使用，不仅降低药粉的流动性，导致药粉填充系数不均匀，堆焊层硬度波动大，而且会导致堆焊层产生大量气孔，降低磨辊的使用寿命。本发明采用药粉预处理工艺，将钛酸钠和钛酸钾按比例混合后进行造粒和高温烧结，得到粒度为80-200目、流动性好、抗吸潮能力强的钛酸钾钠。本发明将经过预处理的钛酸钾、钛酸钠复合加入到焊丝药粉中，提高了药粉的抗吸潮能力，改善了药粉的流动性及堆焊层硬度稳定性。