一種新型埋弧堆焊用藥芯焊絲的研制

董 輝

(酒鋼集團(tuán)蘭州長虹焊接材料有限責(zé)任公司)

一種新型埋弧堆焊用藥芯焊絲的研制

董 輝*

(酒鋼集團(tuán)蘭州長虹焊接材料有限責(zé)任公司)

根據(jù)鋼廠連鑄拉矯輥及扇形段輥等連鑄設(shè)備的技術(shù)要求、工作條件和磨損狀況，開發(fā)了一種金屬粉芯的埋弧堆焊藥芯焊絲,并對其性能和焊縫金相組織進(jìn)行了分析。

埋弧堆焊 藥芯焊絲 熔敷金屬 金相組織

連鑄拉矯輥及扇形段輥等連鑄設(shè)備是鋼廠生產(chǎn)中的重要設(shè)備，若磨損后直接報(bào)廢將造成很大的浪費(fèi)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。為了充分利用資源，避免浪費(fèi)，普遍采用埋弧堆焊技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，目前主要采用的2Cr13實(shí)芯焊絲達(dá)不到耐磨要求。連鑄設(shè)備的修復(fù)問題長期以來一直在探索研究之中，隨著堆焊層硬度的提高，抗裂性急劇下降。為此，筆者研制了一種新型金屬粉芯高耐磨堆焊藥芯焊絲，其堆焊層具有良好的抗裂性和高硬度高耐磨性能。

1 埋弧堆焊藥芯焊絲的開發(fā)

1.1藥芯成分設(shè)計(jì)

根據(jù)連鑄拉矯輥和扇形段輥的工況條件，為保證堆焊后的金屬具有良好的耐磨損、耐疲勞性能，滿足實(shí)際使用和堆焊層的硬度要求(HRC35～45)，采用Cr-Mo-X合金系統(tǒng)，一定的Cr含量提高耐氧化性和抗腐蝕性能，它的主要作用是提高工作層面的硬度和抗高溫腐蝕性。在堆焊焊材中，常用碳來調(diào)節(jié)材料的硬度：當(dāng)碳含量低時(shí)，常溫和高溫硬度低，耐磨性差，但焊接性和耐熱疲勞性好；而碳含量高時(shí)，硬度高，耐磨性好，但耐熱疲勞性卻急劇下降，容易產(chǎn)生裂紋。故碳含量應(yīng)設(shè)計(jì)在一個(gè)合理的范圍。當(dāng)C與Cr、Mo等合金形成細(xì)小、彌散分布的碳化物，從而使得堆焊層硬度提高。Mo-X提高合金的耐磨性、耐疲勞性能，并且具有一定的硬度。特別是X材料具有細(xì)化晶粒、減少應(yīng)力集中和降低裂紋敏感性作用。

對耐磨焊材來說，堆焊金屬要求硬度高耐磨性好，當(dāng)前堆焊材料研究發(fā)展的趨勢是采用多種元素合金化，也就是“多元少量”的形式。這種形式有利于晶粒細(xì)化，防止堆焊和后熱處理過程中晶粒長大。硬質(zhì)相也以多種為好，既要有碳化物也要有其他化合物及金屬間化合物等，而且盡量以化合物形式加入為宜。此外，不同的化合物的硬度與韌性是不同的，例如碳化釩的韌性比碳化鎢等許多碳化物韌性要好，為了把堆焊金屬的硬度與韌性都提上去，化合物的種類和量要作統(tǒng)一的考慮，提高焊材的綜合性能。

根據(jù)合金系統(tǒng)的主要元素和與SJ101或HJ431焊劑配套焊接后的堆焊金屬合金成分應(yīng)符合表1要求。

表1 熔敷金屬化學(xué)成分要求 wt%

1.2藥芯焊絲的制備

堆焊藥芯焊絲是用低碳鋼帶材制造，其化學(xué)成分見表2，經(jīng)精剪制成16mm×0.5mm的鋼帶，經(jīng)多輥連軋機(jī)軋成U形，將預(yù)配好的合金粉末(如具有一定的合金成分、粒度分布、一定的比重及流動(dòng)性等)填充進(jìn)去，再連續(xù)軋制封閉開口形成有縫藥芯焊絲，這種藥芯焊絲的接縫是靠機(jī)械咬合的，咬合的形式多種多樣，典型的有對接和搭接，其斷面基本都呈O形，適宜用來做填充率較高的藥芯焊絲。堆焊藥芯焊絲試驗(yàn)配方見表3，其直徑一般在1.2～4.8mm之間,根據(jù)堆焊工件的尺寸、焊機(jī)功率大小及堆焊層的要求等選擇藥芯焊絲的直徑,在堆焊過程中管皮和芯部裝填的鐵合金或金屬粉末,將合金化為堆焊合金層,這種合金化(或稱滲合金)的方式，過渡系數(shù)高，堆焊層成分均勻，堆焊合金成分范圍大，是其他任何堆焊滲合金方法不可比擬的。

表2 鋼帶化學(xué)成分 wt%

表3 藥芯焊絲試驗(yàn)配方 wt%

2 研制結(jié)果及分析

2.1熔敷金屬硬度

用所制備的藥芯焊絲(直徑4.0mm)，配套焊劑為SJ101燒結(jié)焊劑，電焊機(jī)為MZ-1250，焊接工藝參數(shù)為：焊接電流400～450 A，焊接電壓30～32V，焊接速度30～50 cm/min，干伸長32 mm，在300mm×100mm×18mm的Q235鋼板上堆焊5層，層間溫度控制在80～100℃。焊后緩冷，用砂輪將試樣表面打平，每個(gè)試樣用HRC-150洛氏硬度計(jì)測定10個(gè)點(diǎn)，其中測定點(diǎn)之間的距離或任一測定點(diǎn)距試樣邊緣的距離不小于3mm。測得的平均洛氏硬度為HRC38.8，數(shù)據(jù)分散性小，表明藥芯中耐磨成分分布均勻，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能滿足表面耐磨和硬度要求。

2.2熔敷金屬化學(xué)成分

對上述測試硬度的試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果(該焊絲與SJ101焊劑配套焊接)見表4。

表4 熔敷金屬化學(xué)成分 wt%

2.3堆焊金屬的抗裂性

用該藥芯焊絲在300mm× 300mm×30mm的普通低碳鋼板上，不預(yù)熱堆焊，堆焊金屬經(jīng)拋光后經(jīng)檢查無裂紋，如圖1所示。

圖1抗裂性試驗(yàn) ×5

2.4熔敷金屬金相組織

把焊縫金屬試樣磨制成金相試樣，然后用王水對試樣進(jìn)行腐蝕。將腐蝕好的試樣表面用酒精清洗干凈并吹干，使用MPF3金相顯微鏡對焊縫試樣組織形態(tài)進(jìn)行觀察(圖2)。可以看出堆焊層組織為索氏體，既保證了較高的硬度又具有較好的韌性，可防止堆焊層從母材表面剝離。

圖2 焊縫金相組織 ×200

3 應(yīng)用實(shí)例

所研制的藥芯焊在酒鋼連鑄設(shè)備φ300mm的拉矯輥(材料15CrMo)的磨損層進(jìn)行堆焊應(yīng)用，焊接前工件預(yù)熱150～200℃，堆焊層高度約6～7mm，堆焊層硬度為HRC38～42，無裂紋和剝離，使用情況良好，已批量供貨。

4 結(jié)束語

研制出一種具有良好焊接工藝性能的鉻鉬合金系埋弧堆焊用藥芯焊絲，該焊絲堆焊層平均硬度可達(dá)HRC38.8，硬度均勻優(yōu)良，堆焊層組織為索氏體，既有較高的硬度又具有較好的韌性，耐磨性和脫渣性良好，可以用于連鑄拉矯輥及軋輥等相關(guān)耐磨設(shè)備的修復(fù)。

DevelopmentofFlux-coredWireforSubmergedArcWelding

DONG Hui

(JiuquanIron&SteelGroupLaznhouChanghongWeldingMaterialCo.,Ltd.,Lanzhou730000,China)

According to the technical requirements, operating conditions and wear condition of the continuous casting equipment like pulling-straightening rollers in iron & steel plants, a new flux-cored wire for submerged-arc welding was developed and its performance and metallurgical structure were analyzed.

submerged-arc welding, flux-cored welding wire, deposited metal, metallographic structure

*董 輝，男，1965年3月生，高級(jí)工程師。甘肅省蘭州市，730000。

TQ050.4

A

0254-6094(2015)01-0051-03

2014-05-26，

2014-07-10)