一种用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂及其制备方法与流程

本发明涉及焊接材料，尤其是涉及一种用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂及其制备方法。

背景技术：

1、堆焊技术是焊接技术的一种，但它与一般焊接不同。它不是一般结构的连接，而是使用焊接的方法，在零件的表面堆覆一层具有特殊性能的金属，使其能够在特殊工作环境中服役。

2、堆焊广泛应用于汽车、拖拉机、冶金轧辊的表面处理中，合理的运用堆焊技术具有重大的经济意义。一支堆焊轧辊的耐磨性比一支新的轧辊服役寿命高一倍多，降低了轧辊的维护费用，降低轧辊的采购成本。

3、2021年我国年产钢材超过10亿t，所消耗轧辊的价值在150亿元以上。一个轧辊需反复修复，其一年的堆焊焊材消耗量基本占到整个轧辊消耗的8%。

4、行业常用的药芯堆焊焊丝，主要使用c、cr、mo、mn元素强化，如专利101564804a设计了一种堆焊用焊剂，主要依靠c化物（碳化硅）辅助进行硬度强化。但是1cr13类焊丝产品考虑到韧性及抗裂性要求，对堆焊层碳含量有上限要求，要依靠使用贵金属进行强化。后行业为降低成研发推广高氮型焊丝，采用较多的n元素进行硬度强化。但是含氮物质高温下易分解成为氮气，引发氮气孔或压痕，导致表面质量变差，这一点在大规范焊接下尤为明显。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂及其制备方法，该焊剂能够满足脱渣性能优异、焊缝表面形美观，尤其是焊接过程中采用较大规范焊接时不易产生气孔、压痕，同时堆焊层hrc硬度达到40以上。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂，包括药粉和粘结剂，药粉按重量百分比计包括：氧化镁30-35%、氟化钙20-25%、碳酸镁5-10%、氧化铝20-25%、硅灰石5-10%、金红石2-3%、钛酸钡2-3%。

4、其中，氧化镁是一种高熔点的碱性氧化物，在烧结焊剂中的主要作用是造渣，是烧结焊剂制造中是不可或缺的重要原料。在烧结焊剂中可以调整焊剂熔渣粘性，能有效地提升焊接工艺性，但是氧化镁较高时焊缝焊纹会加粗，设计加入量为：30-35%。

5、氟化钙是碱性焊剂中常用原材。caf2也能很好地降低焊缝金属中、电弧气氛中的h含量。同时，适当含量的氟化钙也能很好地提升焊接过程中熔渣的流动性，但是f元素还会产生反电离效果，过量会导致电弧不稳定，设计加入量为：20-25%。

6、氧化铝的加入保证了焊接时的脱渣性。氧化铝熔点高、密度低，在焊接时能浮到熔池上方，主导渣壳的形成，使焊剂拥有良好的脱渣性。在焊接过程中的焊渣能均匀地覆盖在焊缝金属表面，使渣壳成型良好，方便现场焊接时脱渣，同时获得良好的焊缝成型，设计加入量为：20-25%。

7、硅灰石主要成分是二氧化硅和氧化钙，二氧化硅在焊剂中起到的主要作用是造渣，并降低焊剂渣系碱度。焊剂中适当的二氧化硅含量能很好地保证焊接时铁水流动性适中，使焊渣表面平整，脱渣性良好。但过量的硅酸盐容易使焊缝烧损增加，这对堆焊硬度可能会产生不利影响，设计加入量为：5-10%。

8、碳酸镁是达成抗气孔及压痕效果的一个重要添加物：碳酸镁在焊接时会生产氧化镁与二氧化碳气体，二氧化碳气氛可以一定程度抑制药芯焊丝中的氮高温形成氮气溢出，且碳酸镁本身分解温度较低，二氧化碳溢出速度也较快。少量添加也不会产生二氧化碳气孔，设计加入量为：5-10%。

9、金红石、钛酸钡配合碳酸镁使用是本发明的重点：钛酸钡可以与药芯焊丝中的含氮物质反应，生产氮化钛，氮化钛会固溶在焊缝中，避免氮气的产生，金红石本身主要成分为氧化钛，此处的主要作用是调整焊剂熔渣中的钛含量，促进氮化钛反应进行。同时由于碳酸镁分解出的二氧化碳也产生了抑制氮气产生的效果，也促使了氮化钛的形成。钛酸钡的加入量要与药芯焊丝中氮含量对应，金红石达到阈值后，过量添加对反应促进效果不明显。设计加入量为：金红石：2-3%、钛酸钡：2-3%。

10、进一步，所述粘结剂为钠水玻璃，其加入量为药粉总质量的22-25%。

11、进一步，钛酸钡由于需要参与熔金反应，钛酸钡的颗粒度为200-300目，其余药粉的颗粒度为40-100目。

12、进一步，药粉的含水量低于0.1%。

13、本发明还提供了一种如上述所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

14、1）将药粉按照配方比例进行混合，加入水玻璃之后进行搅拌、造粒；

15、2）后进行400-500摄氏度高温烘烤，烘烤时长为1-2小时。

16、进一步，还包括步骤1）混合后对药粉进行干燥烘烤，温度为100-120℃。

17、相对于现有技术，本发明所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂及其制备方法具有以下优势：

18、本发明所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂可以在焊接1cr13高氮焊丝时，保证在焊接高氮药芯焊丝时，即便采用较大焊接规范，仍可以拥有良好的焊剂成型，避免出现氮气孔。

技术特征：

1.一种用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂，其特征在于：包括药粉和粘结剂，药粉按重量百分比计包括：氧化镁30-35%、氟化钙20-25%、碳酸镁5-10%、氧化铝20-25%、硅灰石5-10%、金红石2-3%、钛酸钡2-3%。

2.根据权利要求1所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂，其特征在于：所述粘结剂为钠水玻璃，其加入量为药粉总质量的22-25%。

3.根据权利要求1所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂，其特征在于：钛酸钡的颗粒度为200-300目，其余药粉的颗粒度为40-100目。

4.根据权利要求1所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂，其特征在于：药粉的含水量低于0.1%。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂的制备方法，其特征在于：还包括步骤1）混合后对药粉进行干燥烘烤，温度为100-120℃。

技术总结
本发明提供了一种用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂及其制备方法，该焊剂包括药粉和粘结剂，药粉按重量百分比计包括：氧化镁30‑35%、氟化钙20‑25%、碳酸镁5‑10%、氧化铝20‑25%、硅灰石5‑10%、金红石2‑3%、钛酸钡2‑3%。本发明所制备的用于高氮药芯焊丝堆焊的焊剂可以进行大规范焊接，堆焊层HRC硬度可达40以上，焊缝光亮无气孔、无压痕。

技术研发人员：邢峻瑛,郝旭晨,梁俊凯,李众
受保护的技术使用者：天津市金桥焊材集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/23