1 引 言堆焊是在金属表面熔敷一层特殊金属层,修补已磨损和腐蚀破坏的零件,在我国应用十分 广泛。对不同的堆焊金属、不同的修补零件需要不同性能的堆焊焊条。为了取得较好的保护效果, 获得性能优良的堆焊金属层,大多使用矿物质造渣剂,这使焊条造价提高,而且焊条药皮较厚,质 量较大,加大了合金元素过渡的路程,使合金烧损严重。同时耐磨堆焊焊条合金含量大,因而焊后 熔渣呈脆性,清渣时常以薄层小块飞溅,极易烫伤清渣人员。又因焊道上含渣量较大,所以清渣工 作费时费力,长期以来这个问题一直没有解决。针对上述问题,作者研制出了新的焊条,在剪床刀 刃、工程机械等厚大工件上进行了耐磨堆焊,取得了预期的效果。2 微渣堆焊焊条的设计2.1 焊条保护方式的确定对于厚大工件的耐磨堆焊层,如何保证多层焊后不清渣又能够有效地保护焊 接区熔池,作者进行了反复试验后,选择石墨作为该焊条的主要保护方式。石墨在370℃以上即 可氧化生成CO2气体,电弧的温度可达600℃以上,反应完全可以进行<1>。另石墨升华为 气体后,可保护焊接区,防止空气中的氢、氧、氮侵入造成危害。石墨在高温作用下能够先期脱氧 ,防止合金元素的烧损,有利于合金元素的过渡。而石墨脱氧反应是放热反应,产生大量的热量有 利于焊接时的引弧和稳弧,石墨与合金作用,产生碳化物使其硬度提高,耐磨性增强。石墨具有良 好的工艺性和涂压性,同时由于加入的造渣剂很少,焊条药皮全由铁合金做成,整个焊条是导电的 ,矿物质很少,焊条药皮相对较薄,不会因为药皮套筒长而出现断弧、电弧不稳现象。但是由于碳 过多堆焊层金属变得很脆,易产生裂纹,因此造渣剂加入量要适当。2.2 合金系的设计要保证堆焊金属具有足够高的硬度和耐磨性,并兼顾有足够的抗裂性,初步确定合金系为CCr Mo Ti。因此在药皮中加入的铁合金有高碳铬铁、中碳锰铁、钛铁、钒铁等,总之,在合金量相同时, 认为多种合金元素比单一合金元素合金化好。由于物·32·2004年6月Materials for Mechanical EngineeringJun.2004理、化学的原因, 多种合金元素的合金化能产生更复杂的共晶化合物,改变组织的尺寸和形状,获得较高的综合力学 性能,在合金中又加入了硅、钼等,焊芯材料为H08焊丝,组成成分见表1。表1 焊条药皮的 主要组成(质量分数,%)Tab.1 Mainchemicalcompositionin thecoatingoftheelectrode(mass,%)锰铁钛铁高碳铬铁石墨其 他1.5～2.53.5～4.555～6520～305.5～8.53 试验结果与分析3. 1 试验材料及条件堆焊试样材料均为20mm厚的Q235钢板,采用GXZ400直流焊机, 反极性,焊条直径d=4～5mm,焊条焊前预热300℃,保温1h,焊接规范见表2。表2 堆焊焊接规范Tab.2 Multilayerweldingnorm焊条d/mm电流I/ A电压U/V焊接速度/m·h-14120～16020～227～95160～20021～247～93.2 堆焊合金层硬度按GB254-1989标准测定堆焊硬度,用HR1500A型洛氏硬度仪,每个试样同一处测3点取平均值,各堆焊层硬度见表3。表3 堆焊层硬 度Tab.3 Hardnessofsurfacinglayer焊层焊态硬度值/HRC1 49.552.447.249.447.6255.054.857.456.054.036 0.362.060.561.062.1461.061.062.060.662.53.3 耐磨性用MIS23型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行磨损试验。试样尺寸56mm×25mm×6mm。每次试 验取石英砂1500g,水100ml。试验后计算出耐磨系数E为22。E=标准试样磨损量/ 堆焊试样磨损量 磨损量为3个试样的平均值,标准试样为45钢。3.4 显微组织由图1可 见,焊缝基体为马氏体,块状碳化物多弥散分布,这种组织不仅具有良好的耐磨性,而且对氢敏感 性小;在熔合区焊缝与母材没有出现方向性强、晶粒粗大的柱状组织,因而熔合较好。(a) 焊 缝组织(b) 熔合区组织图1 堆焊层的显微组织 400×(腐蚀剂均采用盐酸5mL+酒精 95mL溶液)Fig.1 Surfacingmetalmicrostructure3. 5 堆焊金属氢的扩散按GB3865-1983标准用45#甘油法测定熔敷金属中扩散氢的含 量,试件尺寸为70mm×20mm×10mm,引弧板尺寸为30mm×20mm×10mm, 室温28℃,相对湿度68%。3个试样的扩散氢含量分别为2.32、3.44、4.20ml /100g。可见氢含量远低于GB5117-1983标准中的不大于5ml/100g的要求 。说明此焊条由于用石墨升华气体作为保护,焊条属于超低氢型,电弧气氛具有氧化性,氢的作用 不会形成氢致裂纹。3.6 抗裂性参照混凝土输送泵眼睛板的实际要求进行模拟试验用250m m×100mm×30mm的Q235板,经200℃预热,焊条经300℃保温1h预热后,对 表面连续堆焊3～4层(10～12mm),焊后用砂轮打磨,着色检验的结果没有发现裂纹。未 预热时在室温下进行焊接发现有少量的横向裂纹,产生裂纹的主要原因是焊缝的淬硬倾向大,焊缝 含碳量高。堆焊焊条由于药皮中加入微量的矿石粉,硫、磷杂质进入焊缝少,焊缝无夹渣问题,由 于焊前采用了预热等措施,没有发现气孔和裂纹等缺陷。(下转第29页)(上接第24页)3. 7 化学成分由表4可知,堆焊金属中合金元素总量大于37%。由文献<2-5>可知,该合金 系具有较高的硬度和较强的抗磨损能力。表4 堆焊层金属化学成分(质量分数,%)Tab.4 Mainchemicalcompositionofthesurfacinglayer (mass,%)CCrMoVTi其他Fe3～525～303～51.0～1.5≤1.5≤ 4余量4 结 论研制的焊条药皮中添加了石墨,获得了工艺性能好、含氢量低、熔敷速度快、焊 后焊道两侧略有微渣、多层焊不需清渣的焊条。焊后堆焊金属硬度高,耐磨性好,达到了预期效果。微渣耐磨堆焊焊条的研制@闵庆凯$沈阳大学机械工程学院!辽宁沈阳110044
@陈志国$沈阳大学机械工程学院!辽宁沈阳110044
@王希囡$沈阳大学机械工程学院!辽宁沈阳110044
@高静$沈阳大学机械工程学院!辽宁沈阳110044耐磨性;;堆焊;;微造渣剂;;电焊条研 制了微渣耐磨堆焊焊条,发现当焊条药皮中加入一定比例的石墨后,能大幅度提高保护效果,焊道 上渣很少,达到了多层多道焊不需清渣的目的,同时进行了硬度、磨损试验。结果表明:堆焊金属 具有较高硬度和良好的耐磨性,达到了预期的目的。<1> 张文钺.焊接冶金学(基本原理)
.北京:机械工业出版社,1995.62.
<2> 王连芳.堆敷金属耐磨性与硬度关系的研究.焊接,1991,(6):6-9.
<3> 张清辉.无矿石粉的耐磨焊条.焊接学报,1993,(9):137-145.
<4> 孙家枢.金属的磨损.北京:冶金工业出版社,1992.556.
<5> 陈伯蠡.Cr与Mo对堆焊金属耐磨磨损性能的影响.焊接学报,1992,(4) :220-223.?.5≤1.5≤4余量4 结 论研制的焊条药皮中添加了石墨,获得了工 艺性能好、含氢量低、熔敷速度快、焊后焊道两侧略有微渣、多层焊不需清渣的焊条。焊后堆焊金 属硬度高,耐磨性好,达到了预期效果。微渣耐磨堆焊焊条的研制@闵庆凯$沈阳大学机械工程学院!辽宁沈阳110044
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@高静$沈阳大学机械工程学院!辽宁沈阳110044耐磨性;;堆焊;;微造渣剂;;电焊条研 制了微渣耐磨堆焊焊条,发现当焊条药皮中加入一定比例的石墨后,能大幅度提高保护效果,焊道 上渣很少,达到了多层多道焊不需清渣的目的,同时进行了硬度、磨损试验。结果表明:堆焊金属 具有较高硬度和良好的耐磨性,达到了预期的目的。<1> 张文钺.焊接冶金学(基本原理).北京:机械工业出版社,1995.62.
<2> 王连芳.堆敷金属耐磨性与硬度关系的研究.焊接,1991,(6):6-9.
<3> 张清辉.无矿石粉的耐磨焊条.焊接学报,1993,(9):137-145.
<4> 孙家枢.金属的磨损.北京:冶金工业出版社,1992.556.
<5> 陈伯蠡.Cr与Mo对堆焊金属耐磨磨损性能的影响.焊接学报,1992,(4):220-223.
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