稀土型免預熱高抗裂堆焊電焊條制造技術

稀土型免預熱高抗裂堆焊電焊條，其藥皮材料包括大理石、螢石、石英、鈦白粉、中碳錳鐵、４５硅鐵、白土子、純堿、高碳鉻鐵、石墨、鉬鐵、鈦鐵、鎳粉、釩鐵、鎢粉、稀土氧化物等。本焊條可廣泛適用各種工件及多道多層堆焊，并滿足焊前不預熱，焊后免熱處理的要求；焊接工藝及設備簡便，勞動強度低；焊接性能穩定，有較高的抗裂性，全熔質可以做各頂機械性能試驗；原材料來源廣泛，易得，生產成本低。用于模具鋼、軋輥鋼、鋼軌、軸、齒輪類，可獲得高硬度、高強度、耐沖擊、耐磨損的堆焊表層。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于電焊條，特別是稀土型免預熱高抗裂堆焊電焊條的專利技術。該焊條適用于模具鋼、軋輥鋼、軸類、齒輪、機車車輛輪緣，無縫線路鋼軌接頭、滑塊等高硬度、高強度、耐沖擊、耐磨損部件表層堆焊。目前，一般中高碳低合金鋼、高合金鋼部件表層堆焊據不同要求大都采用“堆132”、“堆172”、“堆167”、“堆212”、“堆207”、“堆397”等來得到堆焊層的高硬度、高耐磨性(見《焊接冶金與金屬焊接性》機械工業出版社1988年11月第二版第452～457頁)，但此類堆焊層金屬鑄態組織中容易形成晶粒粗大的柱狀馬氏體及大量條狀夾雜物組織，裂紋沿柱晶的開裂傾向較大，容易在堆焊層產生裂紋，一般在焊前需預熱250℃～450℃，焊后緩冷，有些部件甚至要求熱處理。其焊接工藝及焊接設備較復雜;并且焊接勞動強度大;堆焊層性能亦不穩定;堆焊層除了硬度要求外，不能做其它機械性能試驗及要求，基于上述原因，人們都在尋求一種免預熱、高抗裂的優質堆焊材料。在中國專利申請號86101106.6中公開了一種高硬度耐磨損不預熱堆焊電焊條，其藥皮材料配比為 該焊條稱為不預熱堆焊電焊條，但只適用于低、中碳鋼和低、中合金結構鋼冷態堆焊，從藥皮組成成份分析，鑄態熔敷金屬仍有許多柱狀馬氏體組織，堆焊大工件工具鋼或高碳高合金鋼時仍需預熱，并且其中含有大量鎢粉及大量釩鐵，成本較高，焊條飛濺性大，工藝性能不好。另外，在中國專利申請號為90106115.8中公開了一種無渣耐磨堆焊電焊條，其藥皮材料配方為 該專利申請說明書中也提到不需預熱，但從其配方來看，只能適用于堆焊中碳低合金鋼，并單道堆焊，抗裂性仍不太高。另外該類焊條成型工藝較差;成本較高。該申請配方中加入的稀土合金主要目的為脫氧保護，對提高抗裂性作用不明顯。本專利技術的目的是針對現有技術中的不足之處，在焊條藥皮中加入合金劑、變質劑，通過改善堆焊層一次結晶組織，細化晶粒，改善熔敷金屬內夾雜物形狀及分布等措施，將強硬性與塑韌性之間的矛盾較好地解決，使得堆焊層金屬硬度在不明顯降低的條件下，塑韌性大幅度提高，避免了焊前預熱，焊后緩冷及熱處理，獲得可滿足各種工件及多道多層堆焊要求，其抗裂性能好，所需原材料獲得容易，生產成本低，工藝性能好的稀土型免預熱高抗裂堆焊電焊條。本專利技術目的的解決方案是焊條焊芯采用HO8，直徑為Φ3.2mm、Φ4.0mm、Φ5.0mm，成份見GB1300-77。焊條藥皮材料配方按重量百分比為 本專利技術藥皮配方中加入的稀土氧化物更具體地是指Ce2O3或La2O3或為二者的混合物，混合比不限，成份要求Ce2O3+La2O3≥85%;S≤0.03%;P≤0.03%。粒度要求100%過120目，過200目＜50%。藥皮配方中加入高純度的稀土氧化物，而不是稀土合金是本專利技術與現有技術的主要區別，并且加入量以重量百分比計算在5.0%～6.0%為最好，5.5%為最佳點。本配方中稀土氧化物對提高堆焊層金屬抗裂性能的作用機理簡述如下加入到藥皮中的稀土氧化物在電弧吹力的作用下，與熔池液態金屬充分的接觸，有少量的稀土氧化物存留在熔池液態金屬中，對熔敷金屬性能產生影響。在堆焊層的凝固結晶過程中，一般是以基體金屬的粗大晶粒為基礎，進行聯生結晶，最后形成組織粗大的柱狀晶，而不可能有自發形核結晶，故性能較差。進入熔池中的稀土氧化物，在初生奧氏體柱晶的長大過程中，將在奧氏體枝晶結晶前沿的熔液中富集，形成很強的成份過冷區，有利于奧氏體枝晶向多軸次發展，并且縮小了枝晶間距。另一方面，因為稀土氧化物在熔液中的擴散相對較慢，富集在奧氏體枝晶前沿的稀土氧化物又可以阻止奧氏體枝晶的生長，使得一次結晶枝晶成長速度變慢，致使枝晶可能熔斷、游離，使枝晶的方向性降低，枝晶變細、變短。同時Ce2O3或La2O3又可以形成初生奧氏體的非自發核心，使得在焊道的中心部位出現奧氏體的形核長大，細化了組織。在一次枝晶生長過程中，硫等夾雜物偏析，富集于枝晶晶界區，并隨枝晶的定向生長，易長成長條狀沿晶分布的非金屬夾雜物。稀土氧化物的加入，也同時富集于晶界，富集于晶界的稀土氧化物同時也可以在非金屬夾雜物的周圍富集，使得非金屬夾雜物在生長過程中的明顯方向性被抑制，使夾雜物球化。同時，加入鋼中的稀土氧化物也可以同鋼液中的硫等有害元素作用，形成高熔點的化合物，以Ce2O3為例形成的高熔點Ce2O2S在熔池未凝固之前，可從熔池中部分析出，這就既凈化了鋼液，又降低了由于硫等低熔點夾雜物形成熱裂紋的傾向，使得熔敷金屬的抗裂性提高。在結晶的過程中，如果無稀土氧化物的作用，熔池中無非自發形核核心的存在，初生的奧氏體自發形核幾乎不可能，在溫度梯度較大的條件下，液態金屬以母材粗大的晶粒為基，沿最大冷卻速度的反方向結晶長大，成長晶體的主干方向平行于最大的導熱方向，在成長中具有相同的位向，相鄰的結晶體結成一束一起生長，這樣，就構成了柱狀的晶體結構。柱晶在成長過程中，相鄰的兩束晶體以大角度相交，構成柱狀晶界。在平衡的結晶條件下，就單獨一個晶粒而言，存在著由結晶偏析引起的化學不均勻性。這是由于在枝晶的形成長大過程中，硫、磷等偏析元素所富聚的最后結晶的液態金屬被推擠到晶間所引起的。晶間偏析元素的存在，往往導致晶間低熔相的出現。常見的有硫化物、氧化物等與復合硅酸鹽以及它們的共晶。在晶粒間，如果晶間金屬以不連續的液膜態分布，在收縮引起的拉應力作用下，則容易產生沿一次枝晶的晶界產生裂紋。由上述分析可知，一次結晶裂紋與結晶沿晶分布的低熔點化合物偏析有著本質的聯系。這也就決定了結晶裂紋傾向與一次結晶的形狀、尺寸與結構也有著本質的聯系。當晶間的低熔點組分一定時，晶粒越粗大，方向性越強，晶界越平直時一方面，晶界總面積小，裂紋擴展途徑短，擴展阻力小;另一方面，則由于晶界總面積小，單位晶間區域所含低熔點組分增加，有害物質的元素富集量高，則開裂傾向大。稀土氧化物的加入，一方面對熔池鋼液有一定的凈化作用，另一方面，因使柱晶變細，方向性減弱，晶界總面積增加，使得單位晶界上的低熔點夾雜物量減少，降低了形成開裂的傾向。同時，也使得裂紋擴展途徑變長，并且單位擴展長度所消耗的能量增加，使裂紋擴展得到阻礙，提高了塑性韌性。在焊縫的結晶過程中，裂紋的形成除了與結晶引起的偏析以及一次結晶的結構及形態有關外，還與宏觀的區域不均勻性有關。就單獨的焊道來說，焊縫中心偏上部是液相結晶較晚的部位，在這些部位的晶間區域中，低熔點組分富集的程度高，因而也是結晶裂紋最容易發生的部位。由于稀土氧化物的加入，稀土氧化物在焊縫較晚凝固部位可以成為初生奧氏體的非自發形核，使得焊縫在結晶過程中除了由熔合線聯生結晶外，也同時形核結晶。如此可見，加入稀土氧化物后的結晶組織，在一定程度上減弱或消除了宏觀區域偏析，提高了焊層的抗裂性。一次結晶完成后，富集晶界上的稀土氧化物對于晶界狀態及晶粒的細化有明顯的作用。稀土氧化物富于晶界，形成一層薄膜狀，晶界遷移時，稀土氧化物就必須隨同晶界一起運動。在二次結晶過程中，富于晶界的稀土氧化物一方面阻止晶粒長大，另一方面又可以作為二次結晶組織珠光體和鐵素體的核心，打碎先共析鐵素體的沿晶網狀分布，阻止晶間裂紋的形成和發展。晶界是位錯運動的障礙，可以把塑性變形限定在一定的范圍內，使變形均勻化。因此，細化晶粒可以提高熔敷金屬的塑性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種稀土型免預熱高抗裂堆焊電焊條，它包括ＨＯ８焊芯及焊條藥皮材料按重量百分比為：大理石３０～４５，螢石１０～２０，石英３～７，鈦白粉１～４，中碳粉錳鐵３～７，４５硅鐵３～７，白土子２～３，純堿０. ２～１. ０，高碳鉻鐵５～１０，石墨２～４，鉬鐵１～４，鈦鐵５～１０，鎳粉４～１０，釩鐵０～３，鎢粉０～３和水玻璃１５～２５（外加），其特征是：藥皮中加入稀土氧化物４～１０。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳浩泉，
申請(專利權)人：東北重型機械學院南校，
類型：發明
國別省市：13[中國|河北]