專利名稱：：一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種焊接材料領(lǐng)域技術(shù)，更具體說是涉及冶金熱軋輥?zhàn)詣?dòng)埋弧堆焊硬面堆焊燒結(jié)焊劑技術(shù)，特別是涉及一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑及其制造方法。技術(shù)背景硬面堆焊是表面工程的一大分支，適用于冶金、礦山、機(jī)械、建材和煤炭運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的耐磨部件的修復(fù)和制造，所謂再制造工程，應(yīng)用非常廣泛。連鑄輥、送進(jìn)輥等熱軋輥是冶金生產(chǎn)中的關(guān)鍵部件，它們長(zhǎng)期與高溫板坯接觸，表面溫度可達(dá)50(TC甚至60(TC以上，同時(shí)承受冷卻水的反復(fù)作用，工作環(huán)境十分惡劣。反復(fù)的加熱與冷卻使軋輥表面極易產(chǎn)生熱疲勞，出現(xiàn)龜裂，長(zhǎng)期服役會(huì)產(chǎn)生表層脫落，甚至斷輥。所以冶金軋輥必須具有足夠的高溫強(qiáng)度、高溫耐磨性和高溫耐氧化腐蝕性，尤其應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。早期的冶金軋輥采用整體鍛鋼輥，其耐高溫氧化腐蝕性和耐冷熱疲勞性較差，所以使用壽命較低。20世紀(jì)80年代以來，堆焊復(fù)合軋輥被國(guó)內(nèi)外各大冶金廠家普遍采用。通過在軋輥表面堆焊性能優(yōu)異并且可以反復(fù)再生的工作層，不但大大降低生產(chǎn)成本，而且使軋輥的使用壽命明顯提高。現(xiàn)有軋輥堆焊有絲極和帶極兩種，絲極堆焊連續(xù)性較強(qiáng)，藥芯焊絲成分調(diào)整方便，但其堆焊金屬成分均勻性較差，進(jìn)而容易引起性能偏差；帶極堆焊效率較高，其縱向施焊能克服焊絲螺旋施焊誘發(fā)環(huán)狀裂紋的傾向，但是合金焊帶通過冶煉和軋制而成，制造工藝復(fù)雜，成分調(diào)整比較困難。以往軋輥堆焊的方法主要是向?qū)嵭暮附z、藥芯焊絲、合金焊帶或焊劑中添加Ni、Mo、Mn、W、V、Nb等合金元素，通過焊絲(焊帶)熔化或焊劑(藥芯)中的合金過渡使堆焊金屬含有這些合金元素，進(jìn)而滿足軋輥的使用性能要求。公開號(hào)分別為CN1103614A、CN1209372A、CN1316311A、CN101077554A的發(fā)明專利都不外乎如此。添加價(jià)格較高的Ni、Mo、Mn、W、V、Nb等合金元素?zé)o疑使成本增加，而且這些元素的存在會(huì)對(duì)焊劑的高溫脫渣性產(chǎn)生不良影響，W元素產(chǎn)生的高溫紅硬性還易誘發(fā)堆焊裂紋。此外，當(dāng)前國(guó)內(nèi)還幾乎沒有能夠通過單獨(dú)調(diào)整焊劑成分來大幅度調(diào)節(jié)堆焊金屬硬度的報(bào)道。因此。迫切需要一種新的燒結(jié)焊劑，能夠提卨冶金熱軋輥使用壽命、滿足不同軋輥不同硬度要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高冶金熱軋輥使用壽命、滿足不同軋輥不同硬度要求并且成本較低的硬面堆焊燒結(jié)焊劑及其制造方法。為了達(dá)到解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明的一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑，其組分重量百分比為MgO:3050%、CaO:210%、A1203:1020%、CaF2:1828%、Si02:1020%、SiC:01.5%、其它組分05%。本發(fā)明的一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑，其進(jìn)一步優(yōu)化的配方為所述的其他組分為Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe等主要起脫氧作用的鐵合金。Mn-Fe中Mn大于75%，C小于1%，其余為Fe;Si-Fe中Si大于40%，其余為Fe;Ti-Fe中Ti大于30%，其余為Fe。按照上述配方配置并加工后，采用鈉水玻璃作粘結(jié)劑，鈉水玻璃占上述十粉總重的1530%。所述干粉是指硬面堆焊燒結(jié)焊劑中MgO、CaO、A1203、CaF2、Si02、SiC以及其它主要起脫氧作用的鐵合金組分。與本發(fā)明的焊劑相匹配的焊絲為2Crl3系焊絲，焊絲的組分重量百分比為C:0.120.20%、Si:0.20.6%、Mn:0.41.5%、Cr:1215%、P^0.03%、S^0.01%、Fe:余量。焊劑成分中MgO、CaO、A12Q3、CaF2、Si02是形成熔渣的主要成分，它們?cè)诒景l(fā)明焊劑中的作用表述如下。MgO和CaO:MgO、CaO具有較高的堿度、熔點(diǎn)和高溫化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)堆焊金屬除氫、去硫大有益處，而且能提高熔渣粘度，增大熔渣表面張力。在本發(fā)明焊劑中，當(dāng)MgOgO^或CaC^2X時(shí)，起不到提高堆焊金屬韌性、降低擴(kuò)散氫含量、減少氣孔敏感性的作用。MgO、CaO含量過少，熔渣的熔點(diǎn)偏低，易造成熔渣托不住鐵水的現(xiàn)象。當(dāng)MgC^50X或CaC^10X時(shí)，將使熔渣表面張力增大，容易造成堆焊金屬表面壓痕，產(chǎn)生咬邊、夾渣等缺陷。A1203:1A1203是一種中性氧化物，氧化勢(shì)很低，可部分替代Si02，以減小熔渣氧化性和提高堆焊金屬的力學(xué)性能。另外Al203能提高電弧集中性，與CaF2共存時(shí)可使熔渣粘度適中，優(yōu)化焊劑脫渣性，進(jìn)而得到外觀優(yōu)良的堆焊金屬。當(dāng)八120《10%時(shí)，上述效果不明顯。當(dāng)八120^20%時(shí)，焊道外觀變差，電弧穩(wěn)定性降低。CaF2:CaF2是一種偏堿性的鹽，熔點(diǎn)較低，在高溫下比較活潑，在促進(jìn)堆焊金屬精煉反應(yīng)的同時(shí)降低其氧含量，提高抗氣孔能力。CaF2與高熔點(diǎn)的MgO、八1203協(xié)同作用，可調(diào)整焊劑的熔點(diǎn)和熔渣酸堿度。當(dāng)CaF《18X時(shí)，以上效果不明顯；但當(dāng)CaF^28X時(shí)，電弧穩(wěn)定性變差，同時(shí)熔渣的流動(dòng)性變大，堆焊金屬波紋形狀紊亂，而且易產(chǎn)生壓痕。Si02:Si02為酸性氧化物，適當(dāng)加入有利于改善熔渣的流動(dòng)性，且由高溫冷卻到低溫時(shí)有相變過程并伴隨體積改變，對(duì)脫渣有利。當(dāng)加入量過多時(shí)會(huì)使熔渣的氧化性增強(qiáng)，易氧化燒損合金元素，降低堆焊金屬的韌性、塑性和抗裂性。當(dāng)SiO《10X時(shí)，起不到改善焊接工藝性的作用。當(dāng)SiO^20X時(shí)，堆焊金屬韌性下降。SiC:SiC屬于陶瓷，要求其粉末純度298%，加入的主要目的是向堆焊金屬滲碳、滲硅，并通過控制其加入量來得到不同硬度的堆焊金屬。堆焊金屬的硬度隨SiC的加入變化明顯，且滲碳、滲硅不宜過量，否則易導(dǎo)致焊接裂紋，所以其加入量控制在1.5%以內(nèi)。其它成分包括Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe等，主要起脫氧作用，可根據(jù)實(shí)際需要加入，一般添加總量不超過焊劑總重的5%。本發(fā)明一種硬面堆悍燒結(jié)焊劑其制造方法為(1)配料——按照配方進(jìn)行原材料配制；(2)干混——將配制好的粉料混合均勻；(3)濕混、造?！獙⒒旌暇鶆虻姆哿贤度霐嚢铏C(jī)中，加入適量水玻璃的同時(shí)攪拌原材料進(jìn)行濕混，混至濕料變?yōu)闈M足尺寸要求的顆粒狀；(4)低溫烘干——將造粒完畢的濕焊劑投入200250。C的回轉(zhuǎn)烘干爐進(jìn)行低溫烘焙2030min;(5)高溫?zé)Y(jié)——將低溫烘好的焊劑投入700750'C的回轉(zhuǎn)烘干爐進(jìn)行3050min高溫?zé)Y(jié)；(6)篩分——篩選出符合顆粒度要求的焊劑；(7)包裝。通過采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑及其制造方法具有如下有益效果本發(fā)明的硬面堆焊燒結(jié)焊劑與所匹配的2Crl3系焊絲都不特意添加價(jià)格較高的Ni、Mo、W、V、Nb等合金元素，而是通過控制SiC的加入量和焊接工藝來使堆焊金屬得到數(shù)量適中且分布均勻的碳化物，進(jìn)而得到符合硬度要求的堆焊金屬，故成本大大降低，且能滿足各類冶金軋輥對(duì)硬度的不同要求；本發(fā)明的焊劑與2Crl3系焊絲匹配，用于9Cr2Mo熱軋輥的堆焊，堆焊工藝優(yōu)良，高溫脫渣性極好，堆焊金屬表面無粘渣、無壓坑、無氧化色；堆焊金屬性能優(yōu)良，無氣孔、無裂紋，硬度可在3850HRC之間人幅度調(diào)整，且硬度均勻度為il.5HRC，使熱軋輥的高溫耐磨性、高溫耐氧化腐蝕性和耐冷熱疲勞性能都大幅度提高。具體實(shí)施方式根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的組分含量，配制了四種焊劑粉料，配方編號(hào)為F1F4。F1F4四個(gè)配方焊劑均采用相同的制造工藝，即用占硬面堆焊燒結(jié)焊劑干粉總重的20%的鈉水玻璃作粘結(jié)劑，先經(jīng)干混、濕混、造粒，然后于230。C低溫烘干25min，再于720。C高溫?zé)Y(jié)40min，并在堆焊前于380。C保溫1.5h。F1F4四個(gè)配方焊劑均與O4.0mm的2Crl3焊絲配合，在20mm厚碳鋼板上進(jìn)行堆焊，焊接規(guī)范詳見表1。堆焊完畢的金屬在刨床上加工成硬度試樣，即在距離碳鋼板10mm以上處刨出一長(zhǎng)度不小于70mm、寬度不小于15mm且與碳鋼板平行的平臺(tái)，經(jīng)磨床磨光，然后于FRC-3E數(shù)顯式洛氏硬度計(jì)上均勻取5點(diǎn)測(cè)硬度。F1F4四個(gè)配方的組分重量百分比以及各配方對(duì)應(yīng)的堆焊金屬硬度均列于表2。表1焊接規(guī)范焊接電流A焊接電壓V預(yù)熱及道間溫度。c焊接速度cm/min極性焊后處理39041030±125030040直流反接緩冷表2各配方組分重量百分比及對(duì)應(yīng)堆焊金屬硬度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑，其特征在于組分重量百分比為MgO30～50％、CaO2～10％、Al2O310～20％、CaF218～28％、SiO210～20％、SiC0～1.5％、其它組分0～5％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑，其特征在于所述的其他組分為Mn-Fe、Si-Fe、Ti-Fe等主要起脫氧作用的鐵合金。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑，其特征在于:所述的Mn-Fe中Mn大于75X，C小于1X，其余為Fe;Si-Fe中Si大于40%，其余為Fe;Ti-Fe中Ti大于30%，其余為Fe。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑，其特征在于所述硬面堆焊燒結(jié)焊劑采用中性采用鈉水玻璃作粘結(jié)劑，鈉水玻璃占硬面堆焊燒結(jié)焊劑干粉總重的1530%，硬面堆焊燒結(jié)焊劑干粉是指硬面堆焊燒結(jié)焊劑中MgO、CaO、A1203、CaF2、Si02、SiC以及其它主要起脫氧作用的鐵合金組分。5、一種權(quán)利要求1所述硬面堆焊燒結(jié)焊劑的制造方法，其特征在于包括如下步驟(1)配料——按照配方進(jìn)行原材料配制；(2)干混——將配制好的粉料混合均勻；(3)濕混、造粒——將混合均勻的粉料投入攪拌機(jī)中，加入適量水玻璃的同時(shí)攪拌原材料進(jìn)行濕混，混至濕料變?yōu)闈M足尺寸要求的顆粒狀；(4)低溫烘干——將造粒完畢的濕焊劑投入20025(TC的回轉(zhuǎn)烘干爐進(jìn)行低溫烘焙2030min;(5)高溫?zé)Y(jié)——將低溫烘好的焊劑投入70075(TC的回轉(zhuǎn)烘干爐進(jìn)行3050min高溫?zé)Y(jié)；(6)篩分——篩選出符合顆粒度要求的焊劑；(7)包裝。全文摘要本發(fā)明介紹了一種硬面堆焊燒結(jié)焊劑及其制造方法，其組成為MgO30～50％、CaO2～10％、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>10～20％、CaF<sub>2</sub>18～28％、SiO<sub>2</sub>10～20％、SiC0～1.5％以及主要起脫氧作用的鐵合金等其它組分0～5％。通過配料、干混、在攪拌機(jī)中加入水玻璃進(jìn)行濕混，至滿足尺寸要求的顆粒狀、200～250℃的回轉(zhuǎn)烘低溫烘干、700～750℃的回轉(zhuǎn)烘干爐高溫?zé)Y(jié)、篩分、包裝得到產(chǎn)品。本發(fā)明的焊劑成本低，能滿足不同硬度要求；工藝優(yōu)良，高溫脫渣性好；堆焊金屬無氣孔、無裂紋，硬度可調(diào)，熱軋輥的高溫耐磨、耐氧化腐蝕和耐冷熱疲勞性都大幅提高。文檔編號(hào)B23K35/362GK101564804SQ20091006516公開日2009年10月28日申請(qǐng)日期2009年6月5日優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日發(fā)明者孔紅雨,王效蓮,魯曉聲申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所