[发明专利]一种用于电渣堆焊高铬铸铁的烧结焊剂及其制备方法

说明书

本发明属于焊接材料技术领域，并公开了一种用于电渣堆焊高铬铸铁的烧结焊剂，该烧结焊剂由下列重量份数的多个原料组分共同构成：CaF₂：35份～40份；Al₂O₃：25份～30份；CaO：20份～25份；SiO₂：5份～10份；MgO：2份～4份；以及Cr₂O₃：1份～3份。本发明还公开了相应的制备方法。通过本发明，减少了高铬铸铁熔池中Cr元素的选择性氧化，降低了电渣堆焊时Cr元素的烧损，同时避免了产生Cr的氧化膜与熔渣产生外延取向共生，有效改善了焊剂的脱渣性能。液态渣池具有稳定的电导率、黏度和表面张力，电渣过程稳定，脱渣性好，高铬铸铁堆焊硬面层表面平整光洁，没有气孔、夹渣、未熔合和裂纹缺陷，质量优良。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，更具体地，涉及一种用于电渣堆焊高铬铸铁的烧结焊剂及其制备方法。

背景技术

高铬铸铁具有良好的耐磨损性能，是应用十分广泛的耐磨损金属材料。将高铬铸铁堆焊在韧性较好的金属材料表面形成双金属复合材料，可以提高金属工件的耐磨损性能，延长使用寿命。因此，采用堆焊方法在低合金钢(或低碳钢)上熔敷高铬铸铁硬面层，在工程应用领域有广泛的需求。

当采用手工电弧堆焊或埋弧焊堆焊高铬铸铁硬面层时，极易在高铬铸铁硬面层中产生裂纹，造成高铬铸铁堆焊层在使用过程中产生块状剥落。为此，已经引入电渣堆焊的工艺来解决此问题。所谓电渣堆焊，是利用电流通过焊剂熔化后形成的具有较高电传导性的液态熔渣时产生的电阻热作为焊接热源，熔化焊丝、焊剂及少量母材，最终形成与母材紧密结合的堆焊层。由于电渣堆焊具有大的堆焊参数规范，堆焊热输入大，堆焊时工件温度梯度小，堆焊高铬铸铁时不易产生裂纹缺陷，因而作为一种重要的高铬铸铁堆焊方法获得了日益广泛的应用。

实际工作中进一步的研究表明，焊剂的选择对电渣堆焊过程稳定性和堆焊层质量影响很大，但国内对电渣堆焊高铬铸铁的焊接材料及堆焊复合工艺研究非常有限，没有合适的专用焊剂用于高铬铸铁的电渣堆焊。具体而言，国内电渣焊常用的焊剂一般为高锰高硅的HJ431或HJ360焊剂，这类熔炼焊剂所存在的技术缺陷主要包括：(1)它的制造过程耗能较大，污染严重，且HJ431和HJ360焊剂中MnO、SiO₂含量较高，表现出较强的氧化性；而高铬铸铁中Cr元素含量很高，电渣堆焊时MnO、SiO₂与Cr发生吸热反应，会在金属熔池与渣池界面的高温反应区，金属熔池中的Cr元素被氧化，高铬铸铁硬面层中的Cr元素烧损严重；(2)与此同时，由于电渣堆焊时水冷铜模的激冷作用，部分液态熔渣在水冷铜模和堆焊层金属间会冷却凝固，形成一层渣皮；而渣皮的脱渣性直接影响堆焊层的表面成形质量；(3)Cr的选择性氧化还会使得在高铬铸铁硬面层表面继续形成一层Cr₂O₃氧化膜，熔渣凝固时在Cr₂O₃氧化膜上易产生外延取向共生，造成渣皮在高铬铸铁硬面层表面黏着，脱渣性差，高铬铸铁硬面层表面成形不良。相应地，本领域亟需对电渣堆焊高铬铸铁的专用焊接剂做出进一步的研究改进，以便在克服以上技术难题的同时，能够更好地满足高质量高效率电渣堆焊高铬铸铁的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于电渣堆焊高铬铸铁的烧结焊剂及其制备方法，其中通过对其反应机理的深入研究，对其组分配比及加工流程工艺等多个方面重新进行了设计，相应不仅在实际使用时可获得更弱的氧化性、有效避免合金元素的过分烧损，而且由于其属于低硅无锰氟化物型渣系，能够更好地平衡熔渣的电导率、黏度及表面张力等物化性能，电渣过程稳定性好，同时堆焊层成形良好，在确保具备良好脱渣性能的同时还进一步提高了硬面层的成形质量，因而尤其适用于钢铁冶炼、矿山机械等设备的工件表面堆焊高铬铸铁硬面层等应用场合。

相应地，按照本发明的一个方面，提供了一种用于电渣堆焊高铬铸铁的烧结焊剂，其特征在于，该烧结焊剂由下列重量份数的多个原料组分共同构成：