一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法与流程

本发明涉及焊接材料，尤其涉及一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法。

背景技术：

1、堆焊技术是通过焊接方法在工件表面堆敷一层具有特定性能（如耐磨、耐腐蚀、耐高温）的合金层，从而实现工件表面强化或修复的有效手段，广泛应用于工业生产的各个领域。其中，耐磨堆焊作为堆焊技术的主要应用方向，其核心在于堆焊材料的性能，药芯焊丝凭借其成分调整灵活、堆焊效率高、成形美观、适应性强等优势，已成为耐磨堆焊领域的主流材料。

2、目前，现有耐磨堆焊药芯焊丝多以高铬合金体系为主，利用铬元素形成的cr7c3等碳化物实现耐磨性能，但单一高铬体系的药芯焊丝存在明显缺陷：一方面，碳化物相易团聚、分布不均，导致堆焊层韧性较差，在冲击载荷作用下易出现裂纹、剥落现象，难以适应强冲击、高磨损的复杂工况；另一方面，堆焊层的硬度与韧性难以兼顾，若单纯提高铬含量以提升硬度，会进一步降低韧性，反之则会牺牲耐磨性能，无法满足工业设备对堆焊层高耐磨、高韧性、无裂纹的核心需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种堆焊药芯焊丝及其制备方法和焊接方法，以提高堆焊药芯焊丝的综合性能。

2、本发明提供的一种堆焊药芯焊丝，包括钢带外皮和填充于所述钢带外皮内的药芯，以所述药芯的总质量计，所述药芯包括如下原料及各原料的质量百分比为：高碳铬铁：35~45%，铌铁：4~8%，钒铁：3~6%，石墨：2~4%，锰铁：5~8%，硅铁：3~5%，钛铁：1~2.5%，稀土硅铁：0.5~1.5%，造渣剂：8~15%，粘结剂：1~2%，余量为铁粉。

3、于本发明一实施例中，所述高碳铬铁中cr的质量分数≥70%，c的质量分数为6~8%，杂质含量≤2%，所述铌铁中nb的质量分数≥60%，杂质含量≤3%，所述钒铁中v的质量分数≥50%，杂质含量≤3%，所述锰铁中mn的质量分数≥80%，杂质含量≤2%，所述硅铁中si的质量分数≥75%，杂质含量≤2%，所述钛铁中ti的质量分数为20~35%，杂质含量≤2%，所述稀土硅铁中稀土元素（re+ce）的质量分数≥46%，re的质量分数30~33%，si的质量分数≤40%，杂质含量≤3%，所述铁粉为还原铁粉，纯度≥99%，所述石墨的纯度≥99%，所述粘结剂为水玻璃，所述水玻璃的模数为2.8~3.2，所述水玻璃的质量浓度为30~40%。

4、于本发明一实施例中，所述高碳铬铁的颗粒度满足通过40目的粉粒≥95%，所述铌铁和所述钛铁的颗粒度满足通过60目的粉粒≥95%，所述钒铁、所述硅铁和所述稀土硅铁的颗粒度满足通过80目的粉粒≥95%，所述锰铁的颗粒度满足通过50目的粉粒≥95%，所述铁粉所述石墨的粒度为100~150目。

5、于本发明一实施例中，所述造渣剂包括氧化铝、氧化镁和氧化钙，所述氧化铝、所述氧化镁、所述氧化钙的质量比为2:1:1，所述造渣剂的粒径为100~200目。

6、于本发明一实施例中，所述钢带外皮为低碳钢带，以所述钢带外皮的质量百分比计，包括如下组分及各组分的质量百分比计为：c≤0.10%、si≤0.05%、mn≤0.50%、p≤0.020%、s≤0.020%，余量为fe。

7、于本发明一实施例中，所述堆焊药芯焊丝的直径为1.2~2mm。

8、于本发明一实施例中，所述钢带外皮的厚度为1mm，宽度为14mm。

9、于本发明一实施例中，药芯的质量为所述堆焊药芯焊丝总质量的30~40%。

10、本发明还提供一种堆焊药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：

11、将药芯原料按照配比进行配料，然后在混料机中充分混合均匀，得到药芯；

12、将钢带外皮轧制成u形槽，将所述药芯填充到u形槽内；

13、将填充有所述药芯的u形槽合口，并通过拉丝机进行拉拔，拉拔至所需的焊丝直径，得到所述堆焊药芯焊丝。

14、本发明还提供一种堆焊药芯焊丝的焊接方法，保护气体为co2，焊接基体为q235钢，堆焊工艺参数：焊接电流为200~300a，焊接电压为28~32v，焊接速度为15~20cm/min，层间温度控制在150℃以下，堆焊厚度为15mm。

15、本发明的有益效果：本发明提出的堆焊药芯焊丝，在药芯配方中添加钛铁和稀土硅铁，钛铁作为强脱氧剂，可有效去除堆焊过程中的氧气，减少合金元素的氧化烧损，同时形成的tic可进一步强化堆焊层；稀土硅铁中的稀土元素可净化熔池，细化晶粒，改善堆焊层的成形，减少气孔、夹渣等缺陷，同时提升堆焊层与基体的结合强度。此外，采用氧化铝、氧化镁、氧化钙复合造渣剂，替代传统的氟化物造渣剂，不仅可以减少有害气体排放，更加环保，同时造渣效果好，可有效保护熔池，避免大气污染，提升堆焊质量稳定性。

1.一种堆焊药芯焊丝，其特征在于，包括钢带外皮和填充于所述钢带外皮内的药芯，以所述药芯的总质量计，所述药芯包括如下原料及各原料的质量百分比为：高碳铬铁：35~45%，铌铁：4~8%，钒铁：3~6%，石墨：2~4%，锰铁：5~8%，硅铁：3~5%，钛铁：1~2.5%，稀土硅铁：0.5~1.5%，造渣剂：8~15%，粘结剂：1~2%，余量为铁粉。

2.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁中cr的质量分数≥70%，c的质量分数为6~8%，杂质含量≤2%，所述铌铁中nb的质量分数≥60%，杂质含量≤3%，所述钒铁中v的质量分数≥50%，杂质含量≤3%，所述锰铁中mn的质量分数≥80%，杂质含量≤2%，所述硅铁中si的质量分数≥75%，杂质含量≤2%，所述钛铁中ti的质量分数为20~35%，杂质含量≤2%，所述稀土硅铁中稀土元素（re+ce）的质量分数≥46%，re的质量分数30~33%，si的质量分数≤40%，杂质含量≤3%，所述铁粉为还原铁粉，纯度≥99%，所述石墨的纯度≥99%，所述粘结剂为水玻璃，所述水玻璃的模数为2.8~3.2，所述水玻璃的质量浓度为30~40%。

3.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁的颗粒度满足通过40目的粉粒≥95%，所述铌铁和所述钛铁的颗粒度满足通过60目的粉粒≥95%，所述钒铁、所述硅铁和所述稀土硅铁的颗粒度满足通过80目的粉粒≥95%，所述锰铁的颗粒度满足通过50目的粉粒≥95%，所述铁粉和所述石墨的粒度为100~150目。

4.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述造渣剂包括氧化铝、氧化镁和氧化钙，所述氧化铝、所述氧化镁、所述氧化钙的质量比为2:1:1，所述造渣剂的粒径为100~200目。

5.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述钢带外皮为低碳钢带，以所述钢带外皮的质量百分比计，包括如下组分及各组分的质量百分比计为：c≤0.10%、si≤0.05%、mn≤0.50%、p≤0.020%、s≤0.020%，余量为fe。

6.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述堆焊药芯焊丝的直径为1.2~2mm。

7.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述钢带外皮的厚度为1mm，宽度为14mm。

8.根据权利要求1所述的堆焊药芯焊丝，其特征在于，药芯的质量为所述堆焊药芯焊丝总质量的30~40%。

9.一种权利要求1至8任一项所述的堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.一种权利要求1至8任一项所述的堆焊药芯焊丝的焊接方法，其特征在于，保护气体为co2焊接的方式进行检测，焊接基体为q235钢，堆焊工艺参数：焊接电流为200~300a，焊接电压为28~32v，焊接速度为15~20cm/min，层间温度控制在150℃以下，堆焊厚度为15mm。