[发明专利]一种铁镍基合金药芯电焊条及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁镍基合金药芯电焊条及其制备方法，所述电焊条包括管体、填充于管体内的药芯、以及包裹管体的药皮；药芯为纯镍粉，其于管体内的填充率为100％；药皮由如下质量百分含量的组分组成：矿粉42.0％‑54.0％、高钾长石粉14.0％‑27.0％、金属锰粉3.0％、钛白粉2.0％‑3.0％以及纯镍粉余量，矿粉包括碳酸盐类矿粉、氟化物类矿粉和氧化钛型矿粉。该电焊条在焊接过程的电弧端部不漏粉、管皮与药皮不发红、电弧稳定、焊接飞溅少，焊缝成型美观光滑、焊渣全覆盖且易去除、多层焊缝无裂、无孔，所堆焊金属塑韧性、抗冲击和抗震动性良好，在使用中受强烈冲击力后加工硬化效果明显而使被堆焊工件使用寿命大大提高，适用于铸铁、铸钢件的修补、堆焊场合。

技术领域

本发明属于焊材技术领域，具体涉及一种铁镍基合金药芯电焊条及其制备方法。

背景技术

在制糖领域，常用于剪切、压榨甘蔗的榨辊、撕解刀在作业过程中会发生榨滚齿崩口、磨损等现象，严重影响工件的使用寿命和生产工期，因而往往需要现场对受损工件进行补焊修理。这些工件大多是铸铁、铸钢材质，对堆焊技术及材料的要求较高；首先是堆焊金属与母材的结合强度要高且减震性好，不能出现气孔、夹渣、裂纹等现象，因压榨时的挤压力较大，若结合强度不足会导致崩口、断齿；其次，堆焊金属本身不能太硬，甚至要求比常用的铸铁纯镍Z308焊缝还要软，以便于切削加工成形；同时，堆焊材料的焊接工艺要满足现场施焊条件，例如，需满足电弧稳定，再引弧好，清渣容易，便于全位置施焊，焊接烟雾和飞溅少，焊缝成型美观等；此外，堆焊金属在使用过程中受强力挤压、冲击等作用后要有加工硬化效果，使之使用寿命得以大幅提高。除了上述的榨辊补焊滚齿用途外，一些铸铁模具，如FCD550、FC300材质的汽车模具等工件都需要类似的焊材。以往这些修复所用的焊材主要是不锈钢焊条、铸铁纯镍Z308、Z408焊条等，在实践中都或多或少出现了不理想的状况，例如：易出现裂纹，结合强度不足，没有加工硬化效果而导致使用寿命短、不易切削机加工，以及成本太高等。因此，需要寻求一种能减低使用成本、焊接工艺性能较好、与工件母材熔合度高、焊缝金属强度足够且有加工硬化功能的焊材。

镍是一种扩大奥氏体相区的元素，当其在Fe-Ni合金中的含量超过30％时能保持奥氏体组织。镍还是一种促使石墨化的元素，能减弱含碳量高的铸铁、铸钢等在焊接时半熔合区的白口宽度，故可大大减少硬化层而有利于抗裂和便于机加工作业。但镍的导热系数比钢小，电阻也较高，容易导致晶粒粗化，还极易与钢中的杂质如S、P、Si等作用生成低熔点共晶体等有害物质；而且镍的线胀系数大，焊接时易出现较大的焊接应力，导致在焊接中极易出现结晶裂纹；此外，高镍含量的焊接熔融金属的粘稠度高，流动性差，结晶温度区间太窄，导致焊接熔深浅，成型不好，焊接时气泡无法及时逸出而产生气孔。有关资料表明，焊缝中镍含量低于30％时气孔倾向较小，30％～60％区间最严重，60％以上又减弱。以上种种因素，使得在焊接高镍材料或制备高镍焊材时需要采取各种针对性措施予以应对。目前，市面上的各种电焊条基本都是以镍铁芯或纯镍芯为焊芯，外层包裹着药皮，而焊丝则相反，管皮包裹着药粉。在有关高镍焊接材料领域，已有各种各样的药芯焊丝、电焊条，比如在铸铁焊材领域有常规铸铁修补且焊缝金属加工性能优良的Z308纯镍、Z408镍铁等；国外还有一些Ni60-Fe40等特色焊材。但对于用管芯内填充纯镍粉、以及外包裹着具有各种性能物质的药皮形成的电焊条却不多见。根据CN202011087345.7“一种高耐磨药芯电焊条及其制备方法”的记载可知，药芯电焊条的管皮薄，温升大，容易在焊接过程的前期就熔化而导致管内填充物漏粉或发红，无法继续烧焊；而且镍铁芯的电阻大，焊接时升温大，易致发红而浪费；就镍铁芯制作的电焊条而言，其药皮中如果还加入了一定量的镍粉，则只有在药皮中含较多量的酸碱性物质比如碳酸盐、氟化物、氧化钛型矿粉的渣系时工艺才较好，但此时镍的过渡系数很低；而在药皮中的酸性物质比如氧化钛型矿粉太多，就很容易引起焊缝气孔。纯镍芯成本高，造价高，只有特殊场合才考虑使用。而管芯电焊条的管皮温升、管芯粉与药皮熔化匹配、管芯药皮电焊条全位置焊接、加强与铸铁材质熔合力、含镍高出现的气孔敏感性等问题就制约着这种新型材料的发展。如何破解这些难题，就成为了当务之急。

发明内容