一种适用于等离子-电弧堆焊的药芯焊丝制造技术

一种适用于等离子‑电弧堆焊的药芯焊丝，由钢带和药芯组成，其特征在于药芯化学成分及质量百分含量为：稳弧剂10~12%；造渣剂15~21%；锰铁0.3~1.5%；硅铁0.1~0.6%；钛铁0.1~0.3%；铝镁粉0.2~0.5%；碳化铬铁6~12%；其余为铁粉，药芯填充率为22~32%。本发明专利技术提供一种针对等离子‑电弧复合堆焊用药芯焊丝，其堆焊过程稳定，焊丝熔化速度快、无飞溅、堆焊层金属组织气孔少、晶粒小，冲击韧性高。本发明专利技术解决了等离子‑电弧的匹配问题，适合对热输入敏感工件的高质量堆焊修复。

A flux cored wire for plasma arc welding

A flux cored wire for plasma arc welding, composed of steel and core, which is characterized in that the medicine core chemical composition and content: arc stabilizing agent 10~12%; slagging agent 15~21%; ferromanganese ferrosilicon 0.3~1.5%; 0.1~0.6%; 0.1~0.3% titanium iron; aluminum magnesium carbon ferrochrome of 0.2~0.5%; 6~12%; the rest is iron powder, medicine core filling rate is 22~32%. The invention provides a method for plasma arc composite hardfacing flux cored wire, the welding process stability, wire melting speed, no splash, surfacing metal tissue defects and small grain size, high impact toughness. The invention solves the matching problem of plasma arc, suitable for high heat input welding quality of workpiece sensitive repair.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于等离子-电弧堆焊的药芯焊丝
本专利技术涉及一种等离子-电弧堆焊使用的药芯焊丝，特别涉及一种适用于易变形工件的高质量堆焊的药芯焊丝。
技术介绍
与堆焊技术的国际发展前沿相比较，我国在堆焊基础理论方面（如堆焊合金的设计、堆焊缺陷的形成机理等）与工业发达国家差距不大，但堆焊材料和设备的工业发展水平与发达国家存在较大差距，我国堆焊材料方面的突出特点是“焊条多焊丝少、熔炼焊剂多烧结焊剂少、实心焊丝多药芯焊丝少”，而堆焊设备方面的现状则是“改装设备多专用设备少、机械化设备多智能化设备少”，因此，无论是堆焊材料的品种和质量，还是堆焊设备的自动化、智能化水平等方面均亟待发展和提高，其中国内堆焊药芯焊丝制备的堆焊修复层在硬度、耐磨性、抗腐蚀性、脱渣性等方面都存在不足，堆焊层的使用寿命相对国外产品较低。而国外堆焊药芯焊丝产品虽然性能优良，但价格较高，造成企业维护成本过高。因此，亟待发展具有高技术含量的堆焊药芯焊丝开发技术，提升我国堆焊修复技术。等离子-电弧是一种复合热源焊接工艺，是将等离子电弧焊和熔化极惰性气体保护焊（MIG）相结合的方法。焊接过程中，在等离子弧和MIG电弧的作用下，焊丝加热并熔化，形成金属熔滴，进入熔池。等离子弧为负极，MIG电弧为正极，电流通过两个电极产生电磁力，电磁力牵引着等离子弧向焊接熔池前方移动，且等离子弧在高速焊接过程中可保持在焊枪轴线。通常情况下，等离子-MIG焊接过程中轴向送进的焊丝和MIG电弧都被等离子气包围。由于复合焊枪结构的独特性，干伸长大，而且压缩后的等离子弧中心温度很高加热，因此焊丝熔化速度快。等离子弧不仅起到加热焊丝的作用，等离子-MIG焊接中熔化极的焊丝底端、熔滴与MIG电弧也都包围在炽热的等离子弧内部，熔滴过渡受力、熔化极电流走向等都受等离子弧影响发生了很大变化。等离子弧焊接的稳定性、热量和温度都高于一般电弧，因此具有较大的熔透力、较快的焊接速度、较窄的热影响区域和较小的工件变形。熔化极氩弧焊的电弧是明弧，焊接过程参数稳定，易于检测和控制。两者的结合需要通过药芯焊丝成分的合理设计，保证在等离子-MIG复合堆焊条件下焊丝熔化速度快、无飞溅、焊接过程稳定，气孔少、晶粒小等。综合来看，目前现有技术均未有提及适合于等离子-电弧复合堆焊的药芯焊丝。研究开发适合等离子-电弧复合堆焊的药芯焊丝，需减少等离子较强熔透力对堆焊工件母材的不利影响，且如何保持电弧在干伸长过大及快速焊接过程中的稳定性的问题。若能将两者匹配结合，基于等离子-电弧复合堆焊优质高效的优点，必将推动其在关键零部件修复领域的大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种焊丝熔化速度快、无飞溅、焊接过程稳定，气孔少、晶粒小的针对等离子-电弧堆焊用的药芯焊丝。本专利技术的药芯焊丝能解决等离子-电弧的匹配问题，适合对热输入敏感工件的高质量堆焊修复。本专利技术的等离子-电弧堆焊药芯焊丝由钢带和药芯组成，其特征在于药芯化学成分及质量百分含量为：稳弧剂10~12%；造渣剂15~21%；锰铁0.3~1.5%；硅铁0.1~0.6%；钛铁0.1~0.3%；铝镁粉0.2~0.5%；碳化铬铁6~12%；其余为铁粉，药芯填充率为22~32%。其中所述的稳弧剂为钾长石与氧化铷的混合物，质量比为1:1，与普通堆焊药芯焊丝相比，等离子-电弧复合堆焊的药芯焊丝干伸长要长，且在等离子弧的作用下焊丝的熔化速度进一步加快，这就需要更容易电离的氧化铷作为稳弧添加剂，与传统的钾长石共同作用稳定等离子-电弧的复合熔池。所述的造渣剂为二氧化锗与二氧化钛的混合物，质量比为2:1，与普通药芯焊丝中使用的金红石型造渣剂不同，基于等离子-电弧复合熔滴的复杂表面张力，在本专利技术中加入具有表面活化作用的二氧化锗，能显著降低熔滴表面张力系数，促进熔滴以稳定形态过渡至焊缝，进一步稳定等离子-电弧复合堆焊过程。在二氧化锗与二氧化钛联合作用下，能在等离子-电弧堆焊过程中形成表面均匀覆盖的锗钛酸盐熔渣。此外，二氧化锗在电弧高温作用下还能与焊缝金属中的氢反应，有效降低焊缝金属中氢含量，提高堆焊层冲击韧性。其中锰铁、硅铁、钛铁为联合脱氧剂，能最大程度保护焊缝金属，减少其含氧量，三者联合作用还能生成TiO2-MnO2-SiO2脱氧产物，浮出熔池表面，提高熔渣脱渣性。此外，钛铁、铝镁粉还能在等离子-电弧作用下形成稳定的TiN、AlN，减少产生气孔的产生。碳化铬铁能在堆焊层中引入C和Cr，用于提高堆焊层硬度和耐磨性。本专利技术提供的药芯焊丝具有以下有益效果：1）通过添加氧化铷和钾长石为稳弧剂，确保在等离子-电弧作用下能迅速电离，稳定熔池；2）二氧化锗造渣剂的添加，能显著降低熔滴表面张力系数，促进熔滴以稳定形态过渡至焊缝，进一步稳定等离子-电弧堆焊过程；3）通过添加联合脱氧剂、脱氮及二氧化锗高温下的除氢作用，能减少熔池中氮、氧、氢含量，保证焊缝金属组织气孔少、晶粒小，冲击韧性高。本专利技术的药芯焊丝能解决等离子-电弧的匹配问题，适合对热输入敏感工件的高质量堆焊修复。具体实施方式根据具体堆焊母材的不同，分别按照表1中成分将氧化铷、钾长石球磨混合30min后制成稳弧剂，将二氧化锗和二氧化钛球磨混合30min后制成造渣剂，各组分粒度范围控制在150~200目，按照表1其他组分制备药芯粉末，表2为药芯粉末的牌号。经120℃烘干处理后，混合均匀并按照22~32%的填充率加至以冷轧钢带为外皮的焊丝中，经过焊丝成型机封口成型为直径5.0mm的粗丝，再经过粗拉及精拉机的多道拉拔工序后，制备得到直径为1.6m的成品焊丝。表1药芯焊丝组分及质量百分含量（%）表2药芯粉末的牌号本实验采用GCr5钢板作为堆焊母材，试板尺寸为150×200×25mm。堆焊材料选用直径Φ1.6mm药芯焊丝。保护气体选用100%Ar，气流量控制在16L/min。堆焊过程中，等离子电流为130~150A，弧焊电流为225~260A，焊接电压为20~30V，焊接速度为22m/min，干伸长20mm，堆焊层厚度约15mm。堆焊前需要对焊接试板进行打磨处理，除去表面的油污及铁锈，焊前不进行预热处理，焊后缓慢空冷为焊态试样，不经焊后热处理进行性能检测。焊后试板利用铣床表面铣出一个平面，加工量为3mm左右。沿焊接方向，在距起弧位置约20mm处开始取样，依次截取冲击试样、弯曲试样、耐磨试样。低温冲击试样尺寸为10×10×55mm，V型缺口，弯曲试样尺寸为5×5×35mm，磨损试样尺寸为20×20×10mm，要求无夹渣、气孔等缺陷。堆焊层的性能测试结果如表3所示，药芯焊丝工艺性能及堆焊层晶粒尺寸结果如表4所示。表3力学性能及耐磨性测试结果表4药芯焊丝工艺性能及晶粒尺寸结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于等离子‑电弧堆焊的药芯焊丝，由钢带和药芯组成，其特征在于药芯化学成分及质量百分含量为：稳弧剂10~12%；造渣剂15~21%；锰铁0.3~1.5%；硅铁0.1~0.6%；钛铁0.1~0.3%；铝镁粉0.2~0.5%；碳化铬铁6~12%；其余为铁粉，药芯填充率为22~32%。

【技术特征摘要】
1.一种适用于等离子-电弧堆焊的药芯焊丝，由钢带和药芯组成，其特征在于药芯化学成分及质量百分含量为：稳弧剂10~12%；造渣剂15~21%；锰铁0.3~1.5%；硅铁0.1~0.6%；钛铁0.1~0.3%；铝镁粉0.2~0.5%；碳化铬铁6~12%；其余为铁粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：易江龙，牛犇，王键益，郭春富，易耀勇，郑世达，蔡得涛，高世一，董春林，
申请(专利权)人：广东省焊接技术研究所广东省中乌研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44