本發(fā)明涉及焊接材料，具體的，涉及一種高硬度低開裂性特種焊條。

背景技術(shù)：

1、焊條是一種在焊接過(guò)程中起著關(guān)鍵作用的材料，它通常由金屬焊芯和包裹在焊芯周圍的藥皮組成。焊條主要起到連接、冶金和保護(hù)作用，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械制造等領(lǐng)域。

2、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，氣錘作為一種重要的工具，因其種類多樣且應(yīng)用廣泛，在諸多領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，氣錘的制造材料及使用過(guò)程中存在一些關(guān)鍵問(wèn)題，需要我們深入探討。氣錘的錘體通常采用球磨鑄鐵代替鑄鋼制造。這主要是因?yàn)殍T鐵具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，首先，從成本角度考慮，鑄鐵能夠顯著降低生產(chǎn)成本，這對(duì)于大規(guī)模使用氣錘且對(duì)成本控制有較高要求的企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要；其次，鑄鐵相比鑄鋼在物理性能上具有特殊性，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度及硬度相對(duì)較小，但這一特性卻使其在實(shí)際應(yīng)用中具有不易變形的優(yōu)點(diǎn)。在氣錘工作過(guò)程中，會(huì)承受較大的沖擊力和震動(dòng)，鑄鐵的這種穩(wěn)定性能夠更好地適應(yīng)工作環(huán)境，保證錘體的形狀和結(jié)構(gòu)完整性，從而延長(zhǎng)氣錘的使用壽命。

3、氣錘錘體炸裂出現(xiàn)的原因主要有兩方面，一方面是過(guò)載疲勞使用，過(guò)載錘體現(xiàn)象是由于長(zhǎng)期使用過(guò)程中震動(dòng)力較大，實(shí)際載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原設(shè)計(jì)載荷。在這種情況下，錘體承受了過(guò)大的壓力，逐漸出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象。疲勞過(guò)度的錘體則是由其工作性質(zhì)決定的，氣錘工作時(shí)，較大震動(dòng)力集中的部位會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著工作時(shí)間和作用次數(shù)的增多，裂紋不斷累積，當(dāng)裂紋數(shù)量超過(guò)其極限應(yīng)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)大的炸紋現(xiàn)象。另一方面是鎮(zhèn)子座不穩(wěn)固，工人操作不當(dāng)導(dǎo)致鎮(zhèn)子座不穩(wěn)固，鎮(zhèn)子沒(méi)有擺正位置，使得氣錘打偏，進(jìn)而出現(xiàn)缸體炸裂，這是一個(gè)人為因素導(dǎo)致的問(wèn)題，但卻在實(shí)際生產(chǎn)中較為常見(jiàn)。

4、大型氣錘錘體成本高昂且使用量較大，在全國(guó)及世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。一旦錘體炸裂，如果不及時(shí)更換，且沒(méi)有備件，將會(huì)嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，現(xiàn)場(chǎng)直接補(bǔ)焊修復(fù)是一種常見(jiàn)的解決方案，它既符合“綠色再制造”要求，又能為企業(yè)減少更換時(shí)間、安裝及新設(shè)備的成本。然而，目前大型氣錘錘體修復(fù)過(guò)程中存在諸多難題。采用傳統(tǒng)的堆焊焊條，即使在焊前對(duì)錘體預(yù)熱（約400℃左右），并且焊后進(jìn)行熱處理，在堆焊時(shí)熱影響區(qū)5mm內(nèi)開裂傾向仍然很大。同時(shí)，焊前預(yù)熱和焊后熱處理不僅會(huì)浪費(fèi)大量的能源，使焊接工藝變得復(fù)雜，還增加了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，給企業(yè)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。

5、因此研制一種高硬度低開裂性的特種焊條，對(duì)鑄鐵錘體進(jìn)行堆焊修復(fù)，不僅減少了能源消耗，避免了制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染，通過(guò)免預(yù)熱、免熱處理堆焊使報(bào)廢的鑄鐵錘體恢復(fù)了原來(lái)的使用壽命。也對(duì)解決我國(guó)冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油化工機(jī)械等各行業(yè)所普遍存在的鑄鐵錘體炸裂不能修復(fù)的這一難題具有重要的工程意義，并且市場(chǎng)空間非常廣闊，正符合國(guó)家提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)節(jié)能減排的方針政策。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種高硬度低開裂性特種焊條，解決了相關(guān)技術(shù)中焊縫硬度低、易開裂的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：本發(fā)明提出一種高硬度低開裂性特種焊條，包括焊芯和包覆在焊芯外的藥皮，藥皮由以下重量百分比的原料組成：白土子3%~6%、螢石20%~30%、二氧化鈦6%~8%、鈦鐵4%~7%、鉬鐵2%~5%、高碳錳鐵1%~3%、硅鐵1%~3%、稀土氧化物4%~7%、金屬鎳10%~14%、余量為大理石，所述焊芯為h08a鋼焊絲；

3、所述螢石中caf2的含量范圍為90wt%~97wt%。

4、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述稀土氧化物包括氧化鈰、氧化鑭、氧化釔中的一種或多種。

5、本發(fā)明中，添加量稀土氧化物為原料，且優(yōu)選為氧化釔，有助于改善焊后晶體組織，減少變質(zhì)夾雜物，從而提高堆焊金屬的抗開裂性能。

6、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述硅鐵為純化硅鐵，純化的溫度為720~750℃，保溫時(shí)間為0.8~1.2h。

7、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述高碳錳鐵為純化高碳錳鐵，純化的溫度為300~350℃，保溫時(shí)間為0.8~1.2h。

8、本發(fā)明還提出一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，包括以下步驟：稱取所述藥皮重量百分比的原料，混合均勻后，用粘結(jié)劑壓涂在所述焊芯上，烘干打磨后，即得高硬度低開裂性特種焊條。

9、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述烘干的溫度為250~300℃。

10、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述粘結(jié)劑包括水玻璃、粘土中的一種或兩種。

11、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述水玻璃包括鈉水玻璃、鉀水玻璃、鉀鈉水玻璃中的一種或多種。

12、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述水玻璃為鉀鈉水玻璃時(shí)，所述鉀鈉水玻璃的模數(shù)為2.8~3.1；所述鉀鈉水玻璃中鉀元素與鈉元素的摩爾比為2:1。

13、本發(fā)明中，通過(guò)限定水玻璃的模數(shù)，有助于調(diào)節(jié)熔渣的粘度和熔點(diǎn)，可以有效阻止氧氣、氮?dú)獾扔泻怏w進(jìn)入熔池，減少焊縫中氣孔和氧化物、氮化物夾雜的形成，進(jìn)而提高焊縫的硬度和抗開裂性能。

14、本發(fā)明中，調(diào)節(jié)鉀鈉水玻璃中鉀元素與鈉元素的摩爾比，使熔渣在焊接過(guò)程中具有更好的流動(dòng)性和覆蓋性，促使焊縫金屬晶粒細(xì)化，提高焊縫的硬度，調(diào)節(jié)熔池的凝固速度和方式，使熔池凝固更加均勻，減少凝固過(guò)程中收縮應(yīng)力的集中，降低焊縫開裂的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)焊縫的抗開裂性能。

15、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述二氧化鈦由銳鈦二氧化鈦和金紅石二氧化鈦組成，所述銳鈦二氧化鈦和金紅石二氧化鈦的質(zhì)量比為2:5~6。

16、本發(fā)明中，同時(shí)添加銳鈦二氧化鈦和金紅石二氧化鈦為原料，發(fā)揮兩者的協(xié)同作用，促進(jìn)材料內(nèi)部應(yīng)力的均勻分布，減少裂紋的產(chǎn)生，提高焊縫的硬度。

17、作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述鈦鐵中鐵含量為30wt%~80wt%，所述鉬鐵中鉬含量為60wt%~90wt%；所述高碳錳鐵中碳含量6wt%~7wt%；所述硅鐵中硅含量為70wt%~75wt%。

18、本發(fā)明的工作原理及有益效果為：

19、1、本發(fā)明中，以大理石、螢石、白土子等為原料，起到造渣、脫氧作用，通過(guò)限定螢石中caf2的含量，調(diào)節(jié)熔渣的熔點(diǎn)和粘度，有利于焊縫金屬的結(jié)晶，進(jìn)而提高焊縫的硬度。在焊接過(guò)程中，氫是導(dǎo)致焊縫開裂的重要因素之一，caf2作為主要的去氫成分，可以降低焊縫中的氫含量，減少氫致裂紋的產(chǎn)生，提高焊縫的抗開裂性能。

20、2、本發(fā)明中添加金屬鎳為原料之一，可以提高堆焊金屬中奧氏體穩(wěn)定性，改善堆焊組織，改善殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，提高焊縫的抗開裂性能。

21、3、本發(fā)明中加入適量的鉬鐵，保證堆焊金屬具有一定的強(qiáng)硬性，加入適量的鈦鐵、錳鐵和硅鐵進(jìn)行脫氧，并起到合金化作用，提高焊縫的硬度。

技術(shù)特征：

1.一種高硬度低開裂性特種焊條，其特征在于，包括焊芯和包覆在所述焊芯外的藥皮，所述藥皮包括以下重量百分比的原料：白土子3%~6%、螢石20%~30%、二氧化鈦6%~8%、鈦鐵4%~7%、鉬鐵2%~5%、高碳錳鐵1%~3%、硅鐵1%~3%、稀土氧化物4%~7%、金屬鎳10%~14%、余量為大理石，所述焊芯為h08a鋼焊絲；所述螢石中caf2的含量范圍為90wt%~97wt%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度低開裂性特種焊條，其特征在于，所述稀土氧化物包括氧化鈰、氧化鑭、氧化釔中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度低開裂性特種焊條，其特征在于，所述硅鐵為純化硅鐵，純化的溫度為720~750℃，保溫時(shí)間為0.8~1.2h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度低開裂性特種焊條，其特征在于，所述高碳錳鐵為純化高碳錳鐵，純化的溫度為300~350℃，保溫時(shí)間為0.8~1.2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任意一項(xiàng)所述的一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：按照所述重量百分比，稱取所述藥皮的原料，混合均勻后，用粘結(jié)劑壓涂在所述焊芯上，烘干打磨后，即得高硬度低開裂性特種焊條。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，其特征在于，所述烘干的溫度為250~300℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括水玻璃、粘土中的一種或兩種。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，其特征在于，所述水玻璃包括鈉水玻璃、鉀水玻璃、鉀鈉水玻璃中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，其特征在于，所述水玻璃為鉀鈉水玻璃時(shí)，所述鉀鈉水玻璃的模數(shù)為2.8~3.1，所述鉀鈉水玻璃中鉀元素與鈉元素的摩爾比為2:1。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高硬度低開裂性特種焊條的制備方法，其特征在于，所述二氧化鈦由銳鈦二氧化鈦和金紅石二氧化鈦組成，所述銳鈦二氧化鈦和金紅石二氧化鈦的質(zhì)量比為2:5~6。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種高硬度低開裂性特種焊條，包括焊芯和包覆在焊芯外的藥皮，藥皮包括以下重量百分比的原料：白土子3%~6%、螢石20%~30%、二氧化鈦6%~8%、鈦鐵4%~7%、鉬鐵2%~5%、高碳錳鐵1%~3%、硅鐵1%~3%、稀土氧化物4%~7%、金屬鎳10%~14%、余量為大理石，焊芯為H08A鋼焊絲；螢石中CaF2的含量范圍為90wt%~97wt%。通過(guò)上述技術(shù)方案，解決了相關(guān)技術(shù)中焊縫硬度低、易開裂的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：王志利,王兆玉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：唐山藍(lán)燕焊接材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30