[发明专利]一种低稀释率的堆焊药芯焊丝及制备方法

说明书

本发明公开一种低稀释率的堆焊药芯焊丝及制备方法，包括低碳钢带和药芯粉末，药芯粉末填充于低碳钢带中，药芯粉末包括：石墨烯0.018%～0.036%，硼铁4.8%～7.2%，硼硅铁0.6%～1.8%，纳米氧化锆0.24%～0.72%，氟钛酸钾0.12%～0.6%，铝镁合金0.36%～1.2%，锰1%～3%，余量为铁。本发明的药芯焊丝通过添加石墨烯在焊接过程中脱氧产生气体产物，通过添加其他复合脱氧成分来调控石墨烯脱氧气体产物逸出频率和程度，促进气体稳定逸出带走热量，石墨烯的添加有利于改善熔池特性，从而降低稀释率，极大提高材料利用率和堆焊合金成分含量水平，无需添加气体保护，无焊接气孔，堆焊成形优良。

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体地涉及一种低稀释率药芯焊丝及制备方法。

背景技术

因能便捷进行金属零部件修复及再制造，药芯焊丝堆焊技术在现代制造业中得到广泛应用。堆焊过程中，除了药芯焊丝，母材亦有部分熔化，导致母材对堆焊金属的稀释现象。如果稀释率过高，则会引起堆焊成分变化，从而影响堆焊合金的性能。然而，如何降低堆焊稀释率是一个难题。

自2004年英国科学家以石墨为基础，从中分离得到了石墨烯以来，由于其独特的结构性能及优势，迅速得到了广泛的研究及应用。石墨烯是一种空间二维性质的材料，平时所述石墨烯材料，一般指单层石墨烯，但是它还存在着双层石墨烯以及多层石墨烯。它是一种由C原子以SP2杂化形式连接的，其中C原子整齐的排列，形成蜂窝状的结构。石墨烯中的C原子，不仅用σ键和其他的C原子进行连接，而且多余的π电子与之外C原子的电子会形成大π键，在这个范围内，电子的移动不受限制，可以自由的进行转移，这就使石墨烯在导电方面具有极好表现。此外，石墨烯的导热性能优异，其导热系数达到了5000W/(m·K)，比碳纳米管材料的导热系数还要大，比Au、Ag等材料的导热系数大十倍左右。

目前，石墨烯在焊接领域也得到了初步应用，一方面是提高焊丝防锈功能，改善送丝性，另一方面主要发挥细化晶粒作用，用于提高焊缝的力学性能。如专利(ZL201710578556.2)报道了一种用石墨烯涂覆的焊丝，通过将石墨烯浆料涂覆并包裹于焊丝本体表面,形成石墨烯涂层，从而制得用石墨烯涂覆的焊丝，增强焊丝的防锈能力，可使焊丝表面更光滑。专利(ZL201710799215.8)发明了一种石墨烯焊丝，其利用氧化石墨为原料，通过将氧化石墨涂覆与焊丝表面，再对焊丝表面的氧化石墨进行还原制得石墨烯焊丝，具有优良的耐腐蚀性能和送丝性。专利(ZL201610826722.1)提供了一种石墨烯复合粉末热喷涂复合焊丝及制备方法，通过热喷涂加工方式在基材表面生成少层石墨烯细化晶粒，从而提高了基材表面硬度和耐磨性能。专利(CN201610826334.3)公开了一种耐热耐磨药芯焊丝，利用在药芯粉中加入纳米级石墨烯、稀土元素和碳化铬等组分，并通过优化组分合理范围，实现了焊缝金属组织细化和均匀化，提高了堆焊金属的高温回火稳定性。此外，专利(ZL202011194495.8)则解决了焊丝自保护效果不良及晶粒粗大的缺陷，增强耐磨性及抗氧化能力，细化晶粒，提高焊缝硬度，改善冲击韧度的效果。

考虑到石墨烯在焊接过程中剧烈脱氧产生大量的气体逸出，极其有利于熔池热量扩散并被带出，有望明显降低堆焊稀释率。目前，降低稀释率通常采用优化焊接方法或工艺参数的途径，尚未有利用石墨烯来改善药芯焊丝堆焊稀释率的相关报道。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种低稀释率的堆焊药芯焊丝及制备方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提供了一种低稀释率的堆焊药芯焊丝，所述低稀释率的堆焊药芯焊丝包括低碳钢带和药芯粉末，药芯粉末填充于低碳钢带中，药芯中各粉末按占焊丝总重的质量百分比含量包括如下组分：石墨烯0.018％～0.036％，硼铁4.8％～7.2％，硼硅铁0.6％～1.8％，纳米氧化锆0.24％～0.72％，氟钛酸钾0.12％～0.6％，铝镁合金0.36％～1.2％，锰1％～3％，余量为铁。