一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝制造技术

本发明专利技术属于焊接材料技术领域，具体是一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝，包括十字芯、外皮Ⅰ、外皮Ⅱ和药芯；十字芯由钛合金制备，外皮Ⅰ由钽合金制备，外皮Ⅱ由铌合金制备；药芯成分为：纳米中空笼状碳微球9％‑12％，纳米氮化硅10.2％‑12.6％，Mg3.5％‑5.2％，氟化锰2.5％‑4.2％，碳酸钠4.2％‑5.6％，余量为FHT100·25还原铁粉。本发明专利技术堆焊熔敷金属中可形成多种碳化物和氮化物，硬质相种类多，数量大，耐磨堆焊层能适应复杂的工况条件；熔池冶金反应充分，熔敷金属硬度最小值为68.2HRC，硬度分布均匀，其使用周期为普通药芯焊丝堆焊层的3倍以上。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝
本专利技术属于焊接材料
，具体涉及一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝。
技术介绍
磨损是造成机械失效的主要原因之一，如水泥厂立磨磨辊和磨盘以及挤压辊、火力发电厂磨煤机磨辊和磨盘、破碎机锤头和滚筒、挖掘机的铲齿、抛丸机的叶片，以及一些衬板和筛板等等，在使用过程中由于局部磨损、损伤而无法继续使用，损耗巨大，常用的改进工艺是在其表面进行堆焊形成耐磨堆焊层。堆焊技术是一种常用的表面改性及修复方法，近年来药芯焊丝逐渐成为耐磨堆焊的首选焊材，通过在工件表面堆焊特种合金，可以提高其硬度，增强耐磨性，延长工件的使用周期。目前使用耐磨堆焊药芯焊丝进行堆焊时存在以下问题：1)堆焊的熔敷金属中形成的硬质相：①数量小。普通药芯焊丝中药粉颗粒的填充率不能太高(一般小于50％)，另外焊接时电弧是一个移动的热源，焊接过程是一个快速熔化快速冷却凝固的过程，药芯中药粉颗粒的熔化率难以保证，所以形成的硬质相的数量小，对耐磨堆焊层的硬度提高效果不显著；②种类少。由于填充的合金粉末种类的限制，生成的硬质相的种类少，其稳定性、形状、尺寸大小、分布形态比较单一。由于①和②的原因，造成耐磨堆焊层只能在简单的工况条件下工作，不能适应复杂的工况条件。2)为了在堆焊的熔敷金属中形成碳化物硬质相，需要在药芯中增加碳源，但石墨等碳源由于其团聚效应，在电弧热输入及电弧力作用下，与其他元素形成的碳化物分布不均匀，造成整个工件堆焊熔敷金属的硬度分布不均匀，无法达到增强耐磨性的目的。因此，耐磨堆焊用药芯焊丝的改进和创新是目前急待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝，具有以下技术效果：①耐磨堆焊层中形成的硬质相种类多、总数量大，可以适应复杂的工况条件；②耐磨堆焊层中碳与其他元素形成的碳化物分布均匀，较大幅度地提高熔敷金属的硬度，且硬度分布均匀。本专利技术采用如下技术方案：一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝，包括十字芯、外皮Ⅰ、外皮Ⅱ和药芯；在垂直焊丝长度的截面上，所述十字芯呈十字状，并在一端开有贯通长度方向的矩形凹槽，所述外皮Ⅰ和外皮Ⅱ由紧贴在一起的两种金属带卷制形成圆环状，形成圆环后在环形闭合处向圆环的圆心方向弯曲制备出弯折部，所述弯折部与矩形凹槽过盈配合将十字芯与外皮Ⅰ、外皮Ⅱ连接在一起，所述外皮Ⅱ闭合处设有焊缝；所述药芯填充在十字芯与外皮Ⅰ之间的空隙处；所述十字芯的化学成分及用量按质量百分比计为：Al8.4％-10.5％，Mo1.3％-1.5％，V1.3％-1.6％，余量为Ti；所述外皮Ⅰ(2)的化学成分及用量按质量百分比计为：W≤0.01％，Ni≤0.01％，Si≤0.05％，Fe≤0.02％，Ti≤0.02％，余量为Ta；所述外皮Ⅱ(3)的化学成分及用量按质量百分比计为：Ni≤0.015％，Si≤0.03％，Ti≤0.03％，余量为Nb；所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球9％-12％，纳米氮化硅10.2％-12.6％，Mg3.5％-5.2％，氟化锰2.5％-4.2％，碳酸钠4.2％-5.6％，余量为FHT100·25还原铁粉。所述中空笼状碳微球的外径为310nm-350nm，内径230nm-255nm，介孔直径30nm-38nm。所述外皮Ⅰ的厚度为0.1mm-0.8mm，所述外皮Ⅱ的厚度为0.1mm-0.8mm。所述外皮Ⅰ与外皮Ⅱ的厚度相同。所述外皮Ⅰ与外皮Ⅱ的厚度不同。所述焊缝为间断式，采用电子束焊的方法获得。所述焊丝直径为3.2mm-8.0mm，优选5.0mm-7.0mm。本专利技术具有以下有益技术效果：1)堆焊的熔敷金属中含有的硬质相种类多、总数量大，耐磨堆焊层可以适应复杂的工况条件。外皮Ⅰ、外皮Ⅱ和内十字芯的化学成分不同，堆焊时外皮Ⅰ、外皮Ⅱ和内十字芯全部熔化，堆焊的熔敷金属中可形成多种碳化物(碳化钽、碳化铌、碳化钛、碳化硅等)和氮化物(氮化钽、氮化铌、氮化钛、氮化硅等)，硬质相种类多，不同形状、不同尺寸、不同分布形态的硬质相均匀交错分布；由于采用了双外皮和内十字芯的结构，焊接时作为电极熔化，形成硬质相(碳化物和氮化物)的主元素在焊接时能绝大部分熔化，其原子数量多，形成的硬质相的总数量足够大。2)碳化物均匀分布，得到的堆焊熔敷金属的硬度高且分布均匀，耐磨性好。使用外径为纳米级的中空笼状碳微球作为碳源，纳米级的碳微球存在大量的界面，具有高密度的短程扩散路径，使其在金属熔体中比石墨等碳源更容易扩散，焊接时中空笼状碳微球分布均匀，钽、铌、钛、硅、铁等原子可以通过介孔进入空笼进而将碳球胀破，使碳分布更加均匀，生成的以碳化钽、碳化铌、碳化钛、碳化硅为主的各种碳化物均匀分布，得到的堆焊熔敷金属的硬度高且分布均匀。3)本专利技术经过实验得到的堆焊熔敷金属硬度最小值为68.2HRC，硬度值高，耐磨性好；30个硬度测试点的最大值与最小值之差为1.1HRC，熔敷金属硬度分布均匀；经实验测定，其使用周期为普通药芯焊丝耐磨堆焊层的3倍以上，且焊接工艺性好。附图说明图1为本专利技术一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝垂直焊丝长度方向的截面图；图2为图1的俯视图；图3为本专利技术中十字芯的主视图。附图标记说明：1、十字芯；1-1、矩形凹槽；2、外皮Ⅰ；3、外皮Ⅱ；4、药芯；5、焊缝。具体实施方式以下结合实施例和对比例对本专利技术的原理和特征进行描述，所列举实施例和对比例只用于解释本专利技术，并非限定本专利技术的范围。实施例1：如图1至图3所示，一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝，包括十字芯1、外皮Ⅰ2、外皮Ⅱ3和药芯4；在垂直焊丝长度的截面上，十字芯1呈十字状，并在一端开有贯通长度方向的矩形凹槽1-1，外皮Ⅰ2和外皮Ⅱ3由紧贴在一起的两种金属带卷制形成圆环状，形成圆环后在环形闭合处向圆环的圆心方向弯曲制备出弯折部，弯折部与矩形凹槽1-1过盈配合将十字芯1与外皮Ⅰ2、外皮Ⅱ3连接在一起；外皮Ⅱ3闭合处设有焊缝5；药芯4填充在十字芯1与外皮Ⅰ2之间的空隙处。十字芯1的化学成分及用量按质量百分比计为：Al8.4％-10.5％，Mo1.3％-1.5％，V1.3％-1.6％，余量为Ti。外皮Ⅰ(2)的化学成分及用量按质量百分比计为：W≤0.01％，Ni≤0.01％，Si≤0.05％，Fe≤0.02％，Ti≤0.02％，余量为Ta。外皮Ⅱ(3)的化学成分及用量按质量百分比计为：Ni≤0.015％，Si≤0.03％，Ti≤0.03％，余量为Nb。药芯4的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球9％，纳米氮化硅10.2％，Mg3.5％，氟化锰2.5％，碳酸钠4.2％，余量为FHT100·25还原铁粉，中空笼状碳微球的外径为310nm-350nm，内径230nm-255nm，介孔直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝，其特征在于：包括十字芯(1)、外皮Ⅰ(2)、外皮Ⅱ(3)和药芯(4)；/n在垂直焊丝长度的截面上，所述十字芯(1)呈十字状，并在一端开有贯通长度方向的矩形凹槽(1-1)，所述外皮Ⅰ(2)和外皮Ⅱ(3)由紧贴在一起的两种金属带卷制形成圆环状，形成圆环后在环形闭合处向圆环的圆心方向弯曲制备出弯折部，所述弯折部与矩形凹槽(1-1)过盈配合将十字芯(1)与外皮Ⅰ(2)、外皮Ⅱ(3)连接在一起，所述外皮Ⅱ(3)闭合处设有焊缝(5)；/n所述药芯(4)填充在十字芯(1)与外皮Ⅰ(2)之间的空隙处；/n所述十字芯(1)的化学成分及用量按质量百分比计为：Al 8.4％-10.5％，Mo 1.3％-1.5％，V 1.3％-1.6％，余量为Ti；/n所述外皮Ⅰ(2)的化学成分及用量按质量百分比计为：W≤0.01％，Ni≤0.01％，Si≤0.05％，Fe≤0.02％，Ti≤0.02％，余量为Ta；/n所述外皮Ⅱ(3)的化学成分及用量按质量百分比计为：Ni≤0.015％，Si≤0.03％，Ti≤0.03％，余量为Nb；/n所述药芯(4)的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球9％-12％，纳米氮化硅10.2％-12.6％，Mg 3.5％-5.2％，氟化锰2.5％-4.2％，碳酸钠4.2％-5.6％，余量为FHT100·25还原铁粉，所述中空笼状碳微球的外径为310nm-350nm，内径230nm-255nm，介孔直径30nm-38nm。/n...

【技术特征摘要】
20200713 CN 202010666725X1.一种耐磨堆焊层适应复杂工况的堆焊用药芯焊丝，其特征在于：包括十字芯(1)、外皮Ⅰ(2)、外皮Ⅱ(3)和药芯(4)；
在垂直焊丝长度的截面上，所述十字芯(1)呈十字状，并在一端开有贯通长度方向的矩形凹槽(1-1)，所述外皮Ⅰ(2)和外皮Ⅱ(3)由紧贴在一起的两种金属带卷制形成圆环状，形成圆环后在环形闭合处向圆环的圆心方向弯曲制备出弯折部，所述弯折部与矩形凹槽(1-1)过盈配合将十字芯(1)与外皮Ⅰ(2)、外皮Ⅱ(3)连接在一起，所述外皮Ⅱ(3)闭合处设有焊缝(5)；
所述药芯(4)填充在十字芯(1)与外皮Ⅰ(2)之间的空隙处；
所述十字芯(1)的化学成分及用量按质量百分比计为：Al8.4％-10.5％，Mo1.3％-1.5％，V1.3％-1.6％，余量为Ti；
所述外皮Ⅰ(2)的化学成分及用量按质量百分比计为：W≤0.01％，Ni≤0.01％，Si≤0.05％，Fe≤0.02％，Ti≤0.02％，余量为Ta；
所述外皮Ⅱ(3)的化学成分及用量按质量百分比计为：Ni≤0.015％，Si≤0.03％，Ti≤0.03％，余量为Nb；
所述药芯(4)的化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜新，陈永，王瑞娟，孟迪，付雅迪，陈志民，潘继民，王靖博，连明洋，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41