一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝的制作方法

一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝
1.技术领域
2.本发明涉焊接材料技术领域，尤其涉及一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝。


背景技术：

3.辊压机自20世纪九十年代由国外引进我国以来，已广泛应用于水泥生料、熟料的预粉磨和终粉磨，在石灰石、高炉矿渣、铁矿石、原煤、石膏、石英砂等物料的粉磨中也得到成功应用，成为水泥生产的关键主机设备。其中高压粉碎物料的关键部件即挤压辊，也称为高压辊磨。挤压辊在工作过程中将喂入的物料通过定辊、动辊（反向旋转）间隙时，在高压力作用下，粉碎并压成料饼，一般工作压力范围在40～80kn/cm2。辊子相对转动时，挤压辊周边的线速度为1～2m/s，这使得辊身承受着剧烈的高应力磨粒磨损和应力疲劳破坏。
4.由于挤压辊特殊的使用环境使其表面修复产品多集中在高碳体系，目的是得到高硬度高强度表面材料，而碳元素能加剧金属中硫、磷等引发热裂纹的作用，焊接时焊缝容易产生热裂纹，另外高碳含量使焊接时热影响区很容易产生硬脆的马氏体组织，因此容易产生冷裂纹。因此，目前进行挤压辊修复前期一般需要将辊身整体加热至150℃左右进行预热，防止冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织。而水泥挤压辊辊型普遍较大，辽宁某水泥厂粉磨水泥配置两种规格的辊压机，挤压辊的尺寸分别为φ1200*650mm和φ1200*300mm，辊体整体预热不仅使生产企业负担加热设备成本，而且延长了修复时间，耗费人力、物力。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝，克服现有技术的不足，焊层金属具有高硬度和高耐磨性能，堆焊两层后焊后硬度可达hrc65以上，要求磨损表面无犁沟、凹坑或片状剥落，耐磨性能优异；焊接工艺简单，焊前无需预热，可操作性强，焊丝适用性高。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，其特征在于，药芯焊丝成分按重量百分比为：c 5-6.5％、cr 22-26％、nb 5-6.5％、mn 0.5-1.5％、si 0.2-1％，v1-3％、ti 2-4%、bio 0.2-1%、al 0.2-1%、mg 0.2-1%、tio
2 2-5%、na2sif60.6-1%，余量为铁；冷轧低碳钢带中的碳含量＜0.03%；药芯在冷轧低碳钢带制成的冷拔焊丝管体中的装填系数45%-52%；焊丝线径为φ2.8mm、φ3.2mm、φ4.0mm中的任一种；堆焊层平均硬度为hrc65以上，经lgm-130干砂橡胶轮磨粒磨损实验测试，耐磨层失重量不超过耐磨层失重量不超过0.242g，且磨损表面无犁沟、凹坑或片状剥落。
7.所述药芯中铬成分通过高碳铬铁粉、碳化铬粉、金属铬粉中任一种或任两种以上向焊层过渡获得；所述药芯焊丝中铬成分按重量百分比为23-25%。
8.所述药芯焊丝中钒成分通过添加钒铁粉向焊层过渡获得；所述药芯中钒成分按重量百分比为1.2-2.8%。
9.所述药芯中锰成分通过中碳锰铁、金属锰、锰硅合金中任一种或两种组合向焊层过渡获得，所述药芯焊丝中锰成分按重量百分比为0.6%-1.3%。
10.所述药芯中碳成分通过添加石墨、高碳铬铁、碳化铬或高碳锰铁向焊层过渡获得，药芯焊丝中碳成分按重量百分比为5.2%-6.3%。
11.所述药芯中硅成分通过硅合金粉向焊层过渡获得；所述药芯焊丝中硅成分按重量百分比为0.3%-0.9%。
12.所述药芯中铌成分通过添加铌铁向焊层过渡获得，药芯焊丝中铌成分按重量百分比为5.2%-6.1%。
13.所述药芯中铝成分通过添加铝粉或铝镁合金粉向焊层过渡获得；所述药芯焊丝中铝成分按重量百分比为0.3%-0.9%。
14.所述药芯中镁成分通过添加镁粉或铝镁合金粉向焊层过渡获得，药芯焊丝中镁成分按重量百分比为0.3%-0.8%。
15.本发明的工作原理，通过药芯焊丝组份的添加，盖面层金属为高碳马氏体 少量残余奥氏体 硬质碳化物组织，焊接过程中，大量的铬元素优先与碳元素形成cr7c3初生碳化物，弥散分布于马氏体基体上，通过两种元素含量比例的控制，初生碳化物呈中空的六棱柱状，且垂直分布于磨损受力面，使盖面层金属耐磨性能更优异；通过添加铌铁和钛铁粉形成（nb、ti）c复合碳化物不仅具有高硬度（nbc约2300hv、tic约3200hv），与基体组织结合强度高，而且弥散分布在基体中，极大提高焊层的耐磨性能。同时铌元素是不破坏塑性和韧性的条件下提高材料强度的元素，铌元素的加入使组织晶粒得到有效细化，一方面起到细化晶粒、提高强度的效果，另一方面减少位错缺陷，增大晶界密度，有效抑制了裂纹的扩展和萌生，且大量的奥氏体化形成元素扩大了奥氏体稳定相区，使保留下少量的残余奥氏体，起到应力释放的作用，综合作用下，避免了裂纹的萌生和扩展，提高焊层金属的抗疲劳性能。同时改善盖面层表面的磨损机理，磨损部位呈小块屑装掉落，避免大块状表层脱落失效，延长辊体在线使用寿命。但高碳-铬自保护药芯焊丝中铌的加入，在堆焊熔池阶段，铌优先与空气中的氧结合生成含铌氧化物-尖晶石形化合物二价nbo，黏在焊道表面，产生黏渣现象。因此添加少量氟硅酸钠，主要起造气和造渣作用，调整熔池的熔点、粘度、表面张力和流动性等物化性能，改善脱渣性。金红石型tio2主要起造渣剂作用，可以改善焊缝金属的脱渣性和成形质量，适量的金红石可改善电弧稳定性；铝、镁起联合脱氧作用，同时可减少氮向金属内部的扩散，保证焊道不出现气孔。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）焊层金属呈现高综合力学性能，堆焊两层后焊后硬度可达hrc65以上，经astm-g65干砂橡胶轮磨粒磨损实验测试，耐磨层失重量不超过0.242g，用于辊压机辊面的在线焊接修复，大大提高了辊面的使用寿命。
17.2）堆焊层金属磨损类型优越，避免大快状整体剥落，受强大磨粒磨损作用下，表面呈小块屑装掉落，改善辊面使用状态；3）焊接工艺简单，不同线径药芯焊丝焊接工艺范围区间更大，焊前无需预热，可操作性强，焊丝适用性高。
附图说明
18.图1是本发明实施例1中不同线径药芯焊丝焊接工艺范围图；图2是本发明实施例1中astm-g65试验磨损表面显微平面形貌；图3是本发明实施例1中astm-g65试验磨损表面三维立体形貌。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步说明：下面将详细地描述本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.实施例1一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，实施例中各成分元素通过添加金属铬粉、高碳锰铁、45硅铁、钒铁粉、铌铁粉、铝粉、镁粉、金红石、氟硅酸钠、石墨、铁粉等原料，使焊丝成分控制在： c5.52%、cr23.87%、nb5.77%、mn1.32%、si0.56%，v1.49%、ti:2.14%、bio 0.42%、al0.4%、mg0.4%、tio2:4%、na2sif60.6%，余量为铁。此实施例中焊丝线径φ2.8mm，装填系数49.6%
±
0.5。
21.此实施例中，采用直流反接堆焊，按照图1焊接参数范围所示，选用焊接电流为360a，焊接电压29v施焊。
22.本发明自保护药芯焊丝的堆焊层硬度采用hrrd-150电动双洛氏硬度计测定，每个实施例堆焊层取10个硬度点，最后得到该实施例堆焊层的平均洛氏硬度值。
23.本发明自保护药芯焊丝的堆焊层磨损试验参照astmg65标准要求，采用lgm-130干砂橡胶轮式磨损试验机。将每个实施例的堆焊熔敷金属层切3个尺寸为75
×
25
×
8(mm)的磨损试样。磨损实验参数如下：橡胶轮直径：229mm，橡胶轮转速：200转/分，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：130n，橡胶轮转数：预磨500转，正式试验转2000转，磨料：60-80目石英砂。
24.磨粒磨损表面微观形貌用扫描电镜和高温共聚焦显微镜观察。
25.焊接过程中焊丝电弧稳定，烟尘少，飞溅少，焊后表面光滑，脱渣性能优异。
26.从图2扫描电镜照片可以看出，astmg65磨损试验试样表面无大块剥落，仅有几处细小磨削和划痕，图3经高温共聚焦磨损表面三维形貌显示磨损部分较为光滑，无明显犁沟、凹坑和片状剥落存在，仅有少量箭头所示细微划痕，且痕深较浅，划痕两侧光滑无毛刺，此时堆焊三层后硬度达到hrc66.5，耐磨层失重量仅为0.1441g。
27.实施例2一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，实施例中各成分元素通过添加金属铬粉、锰硅合金粉、钒铁粉、铌铁粉、铝粉、镁粉、金红石、氟硅酸钠、石墨、铁粉等原料，使焊丝成分控制在：c5.4%、cr 24%、nb 5.32%、mn1.15%、si0.44%，v1.73%、ti 2.5%、bio 0.66%、al0.75%、mg0.7%、tio
2 3.2%、na2sif60.73%，余量为铁。此实施例中焊丝线径φ2.8mm，装填系数49.5%
±
0.5。
28.此实施例中，采用直流反接堆焊，按照图1焊接参数范围所示，选用焊接电流为360a，焊接电压29v施焊。
29.堆焊两层后硬度达到hrc65.8，耐磨层失重量仅为0.2195g。
30.实施例3一种挤压辊盖面层用自保护药芯焊丝，包括药芯和冷轧低碳钢带组成，实施例中各成分元素通过添加金属铬粉、碳化铬粉、锰硅合金、钒铁粉、铌铁粉、铝粉、镁粉、金红石、氟硅酸钠、石墨、铁粉等原料，使焊丝成分控制在： c6.1％、cr22.5％、nb5.45％、mn0.98％、si0.4％，v2.19％、ti:3.07%、bio 0.86%、al0.55%、mg0.5%、tio2:3.7%、na2sif60.76%，余量为铁。此实施例中焊丝线径φ3.2mm，装填系数50.7%
±
0.5。
31.此实施例中，采用直流反接堆焊，按照图1焊接参数范围所示，选用焊接电流为420a，焊接电压30v施焊。
32.此实施例焊丝较实施例1、实施例2焊接速度快，熔覆效率高。
33.堆焊两层后硬度为hrc66.2，耐磨层失重量仅为0.1980g。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。