一种用于压力机锻模修复的堆焊药芯焊丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种含有稀土成分的焊接材料及其应用。
【背景技术】
[0002] 压力机依赖曲柄传动或液压传动的压力对热态金属进行锻造，热态金属置于锻造 模具中受挤压成型。锻造模具在工作过程中和高温金属接触局部温度高达500~700°C， 模具表面金属受到加热后力学性能下降，高温下容易氧化，并且炙热金属被强制变形时，与 模具型腔表面摩擦，模具极易磨损。所以压力机锻造模具使用几千次之后就会失效，而这种 失效通常发生在表面局部尺寸范围内。模具由于型腔复杂加工时间长，价格昂贵，整体报废 造成资源浪费，成本过高。所以在模具局部失效后进行修复可以节约成本，缩短翻新制造周 期，提高模具使用寿命。对模具的修复通常采用堆焊的方式，堆焊使用的焊丝成分直接影响 到模具的机械性能和使用寿命。
[0003] 专利文献1 (公开号CN102814604A)通过各种合金元素的加入和配比的优化相比 传统模具钢5CrNiMo和5CrMnMo性能得到很大提升，提高了模具寿命。但由于其Cr含量较 低在模具工作时容易氧化磨损， Cr含量低淬透性较差使模具性能不均匀影响模具寿命。专 利文献2 (公开号CN103008921A)和专利文献3 (公开号CN103862194A)提出的堆焊药芯焊 丝提高了 Cr含量，性能得到了进一步提升，文献3提出的焊丝中还加入了 W使高温性能进 一步提高。但模具的一些凸起位置在工作过程中吸热过多温度高达600°C以上，而文献1~ 3中堆焊模具均采用550°C回火，其在600°C以上回火稳定性差，回火组织粗大，长时间使用 力学性能下降较快，影响了模具使用寿命。工艺性能方面文献1~3的焊丝相比国外焊丝 焊接性能均较差，主要表现为飞溅大，渣粘性大不易清理影响生产效率。
[0004] 因此开发一种具有高回火稳定性，组织细小致密、力学性能稳定和良好焊接工艺 性能的模具堆焊药芯焊丝十分有意义。
【发明内容】
[0005] 针对本技术领域的不足之处，本发明的目的是提出一种用于压力机锻模修复的堆 焊药芯焊丝。
[0006] 本发明的另一目的是提出所述堆焊药芯焊丝的制备方法。
[0007] 本发明的第三个目的是提出所述堆焊药芯焊丝的应用。
[0008] 实现本发明上述目的技术方案为：
[0009] 一种用于压力机锻模修复的堆焊药芯焊丝，采用碳钢钢带包裹药芯粉末，所述 的药芯粉末包括以下质量份的物质：氟硅酸钠：〇. 5~2份，氟化钙：1. 5~4份，金红石： 2. 5~4份，氧化钠：0. 5~2. 0份，氧化钾0. 3~1. 5份，石英：1~3份，高碳络铁10. 2~ 23. 81份，纯铬粉：16. 75~37. 14份，镍粉：0. 86~2. 02份，电解锰：2. 86~4. 13份，钼铁 粉：17~22. 8份，硅铁：3. 7~5. 9份，钒铁粉：3. 7~7. 4份，多元稀土粉：2~8份，还原 铁粉0.51~0.9份。
[0010] 其中，所述高碳铬铁含碳6~8%、含Cr 62~68. %，电解锰含Mn99~100%。
[0011] 其中，所述钼铁粉含Mo 60~70%，所述硅铁含Si 70~80%;所述钒铁粉中V的 含量为40~55%。
[0012] 其中，所述多元稀土粉中，稀土含量为Cel5~18%，La 7~8%，Nd 5~7%， PrO ~2% 〇
[0013] 原料中各主要成分具有以下作用：
[0014] 氟硅酸钠：造渣剂中添加少量氟硅酸钠减少氟化钙的含量，可提高焊接电弧的稳 定性，并且能改善焊缝的脱渣性和成形，降低熔滴表面张力，细化熔滴，减少焊接飞溅提 高脱渣性。但加入量太多时会产生大量的气体，大熔滴的爆炸力，降低焊接电弧的稳定性， 因此氟娃酸钠加入量选择0. 5~2%。
[0015] 氟化钙：可调节焊渣的流动性，使焊渣有良好的覆盖性，电离出的氟离子可生成 HF气体降低焊缝的H含量，提高焊缝的力学性能。但是含量过多时焊渣过稀使得焊渣不 均匀边缘处难清渣，并且过多的氟离子会使熔滴粗化增大飞溅。因此氟化钙加入量选择 L 5 ~4% 〇
[0016] 金红石：增加熔滴的氧化性，降低表面张力细化熔滴，电离出Ti离子降低电弧电 离的电位，提高电弧稳定性。加入量太多会降低焊缝的力学性能。因此加入量选择2. 5~
[0017] 氧化钠和氧化钾：K、Na容易电离减少了阻碍熔滴脱落的电磁力，细化熔滴降低飞 溅。
[0018] 石英：提高电弧电压，细化熔滴。
[0019] 高碳铬铁：向熔敷金属中过渡C元素和Cr元素。本发明为低碳，碳加入量低不好 控制，为减少烧损采用高碳铬铁形式加入。随碳含量增加，钢的室温强度提高。但高的碳含 量会促进碳化物粗化，对韧性不利。因此高碳铬铁的加入量选择10. 2~23. 81%。
[0020] 纯铬粉：向熔敷金属中过渡铬元素。铬能提高钢的淬透性和抗氧化能力，并且有 固溶强化的作用。但加入量过多析出不稳定碳化物降低抗疲劳能力。因此纯铬粉的加入量 选择 16. 75 ~37. 14%。
[0021] 镍粉：向熔敷金属中过渡镍元素。Ni可降低回火脆性，增加韧性。
[0022] 电解锰和硅铁：向熔敷金属中过渡Mn和Si元素。Si和Mn在焊接过程中联合脱 氧保护其余合金元素。
[0023] 钼铁粉：向熔敷金属中过渡Mo元素。Mo可起到固溶强化，并且阻止碳化物相的聚 集，提高回火稳定性，但加入量过多会生成碳化物在晶界处聚集使焊缝变脆。因此钼铁粉的 加入量选择17~22.8%。
[0024] 钒铁粉：向熔敷金属中过渡V元素。V是强碳化物形成元素生成VC，细化晶粒，可 提高钢的持久强度且可防止Cr、Mo贫化。但加入量过多可使焊缝变脆。因此钒铁粉的加入 量选择17~22. 8%。
[0025] 多元稀土粉：向熔敷金属中过渡稀土元素。稀土元素可通过增加形核和降低晶界 迀移能来细化组织。
[0026] 优选地，所述的药芯粉末包括以下质量份的物质：氟硅酸钠 ：0. 5~1. 5份，氟化 妈：2. 5~4份，金红石：3. 0~4份，氧化钠：0. 7~I. 0份，氧化钾0. 3~I. 0份，石英~ 2份，高碳铬铁10. 2~23. 81份，纯铬粉：16. 75~32. 3份，镍粉：1. 73~2. 02份，电解锰： 3. 5~4. 13份，钼铁粉：21~22. 8份，硅铁5. 5~5. 9份，钒铁粉：5. 8~7. 4份，多元稀土 粉：5~8份，还原铁粉0. 51~0. 9份。
[0027] 其中，所述药芯焊丝填充率为23~38 %。
[0028] 本发明所述的药芯焊丝的制备方法，包括步骤：
[0029] 1)将轧钢带轧制成U形槽，再向U形槽中加入占药芯焊丝总重23~38%的药芯 粉末；
[0030] 2)将U形槽合口，使药芯粉末包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直 径达到2. 2~2. 8mm，得到产品
[0031] 本发明所述的药芯焊丝在堆焊中的应用。
[0032] 一种压力机锻模堆焊修复的方法，使用本发明提出的药芯焊丝，包括步骤：热锻模 具修复堆焊采用二氧化碳和/或氩气保护，焊接电流选择280~320A ;电压24~28V ;送 丝速度：430~460mm/min ;气体流速：18~23L/min ;焊丝伸出导电嘴的长度：14~28_。 采用这一工艺参数能够制备出符合热锻模具修复工况要求的堆焊合金层。
[0033] 所获得熔敷金属中合金元素的质量百分含量在以下范围内：C :0. 15~0. 35% ; Cr :10. 0 ~15. 0 % ;Ni :0· 3 ~0· 7 % ; ;Mn :0· 9 ~1. 3 % ;Mo :3. 0 ~4. 0 % ;Si :0· 5 ~ 0· 8% ;V :0· 5 ~L 0% ;稀土 ：0· 04 ~0· 17% ;Fe :余量。
[0034] 优选地，热锻模具修复堆焊合金采用二氧化碳或体积百分比为80%氩气和20% 二氧化碳的混合气体保护。
[0035] 本发明的有益效果在于：
[0036] 采用本发明提出的药芯焊丝制备的堆焊层高温回火稳定性优于现有技术制得的 堆焊层，相同试样尺寸、相同回火时间和回火温度组织明显比现有技术中的焊丝细密均匀， 组织不易粗化，性能稳定，具有很好的强韧性和高抗冷热疲劳能力，因此使用寿命很高，堆 焊后模具使用寿命相比文献3案例1焊丝提高2. 5倍。
[0037] 本发明提出的药芯焊丝，焊接时飞溅小，焊渣覆盖性好，脱渣容易。
【附图说明】
[0038] 图1按照专利文献3中实施例1的药芯焊丝堆焊熔敷金属650°C回火4h金相显微 图。
[0039] 图2本发明热锻模具修复堆焊药芯焊丝实施例1堆焊熔敷金属650°C回火4h金相 显微图。
[0040] 图3 :本发明热锻模具修复堆焊药芯焊丝实施例2堆焊熔敷金属650°C回火4h金 相显微图。
[0041] 图4为本发明热锻模具堆焊药芯焊丝实施例1、实施方例2与文献3实施例1中药 芯焊丝在650°C回火，硬度随回火时间变化曲线图。
[0042] 图5a为本发明实施例1模具堆焊药芯焊丝焊渣覆盖照片，图5b为焊后将试板翻 转使焊道正面朝下，将3kg重的钢球由高度500mm处自由下落连续锤击试板焊道背面3次 后脱渣情况