微渣自保护药芯焊丝及其堆焊合金性能研究

摘要

自保护药芯焊丝是一种在焊接过程中通过药芯中的合金元素来实现自保护焊接的新型焊接材料，其在母材表面堆焊数层可以获得高性能的堆焊合金，大量用于磨煤辊、磨辊磨盘等零部件的制造和维修。目前商用自保护药芯焊丝中合金元素添加量一般都比较大，且多为贵金属元素，成本较高。本课题试图通过优选添加合金元素来获得成本低廉且性能良好的Fe-Cr-C合金系微渣自保护药芯焊丝。主要从成分设计、焊接工艺性能、堆焊合金性能等方面进行了较为系统的研究，探讨了药芯中各物质对焊接性能的影响规律，得到以下有实用价值的结果:
　　 1.通过系列实验，明确了配置合理的Si、Mn、TiO2、钛酸钾、CaF2、氟硅酸钠、CaO、Al、Mg等物质有利于堆焊时只产生少量的熔渣且熔渣能自动脱落，起到了自保护的作用。并弄清了药芯中的石墨含量对焊接性能的影响，认为当石墨含量1.5wt％时明弧堆焊电弧能够稳定燃烧，且堆焊层中气孔消失。
　　 2.在Fe-Cr-C合金系的基础上，通过添加微量的B、W、稀土Y进一步提高了堆焊合金的性能。采用硼化碳部分替代石墨，可以提高C的过渡系数，增加(Fe、Cr)7C3的数量，碳化物面积分数可达37.14％。在高碳高铬的基础上添加微量B、W，显微组织为大的块状初生(Fe、Cr)7C3型碳化物+Fe2B+WC+奥氏体+马氏体组织，碳化物面积分数为42.23％，表面宏观硬度高达61.6HRC。稀土Y在Fe-Cr-C-B-W-Y堆焊合金中起到异质形核的作用，显微组织表现为细小的(Fe、Cr)7C3型碳化物分布在共晶组织上，碳化物面积分数为42.09％，表面宏观硬度可达59.6HRC。堆焊合金横截面硬度分布均匀，堆焊合金与母材具有良好的冶金结合。
　　 3.在上述实验的基础上，提出了3种改良型的Fe-Cr-C堆焊合金成分配方，分别为 Fe-25％Cr-3.1％C-0.6％B、Fe-25％Cr-3.1％C-0.6％B-0.7％W和Fe-25％Cr-3.1％C-0.6％B-0.7％W-0.05％Y，其中Fe-25％Cr-3.1％C-0.6％B-0.7％W药芯焊丝的性能可与Stellite Delcrome943-o媲美，具有商用前景。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 概述

1．2 自保护药芯焊丝研究现状

1．2．1 焊接材料的发展史

1．2．2 药芯焊丝的发展现状

1．2．3 自保护药芯焊丝研究现状

1．2．4 微渣自保护药芯焊丝

1．3 堆焊合金的研究现状

1．3．1 堆焊技术概述

1．3．2 堆焊合金的分类

1．3．3 Fe-Cr-C堆焊合金的研究现状

1．4 本课题的研究内容

第2章 实验材料及方法

2．1 自保护药芯焊丝的制备

2．1．1 原材料的选择

2．1．2 预处理

2．1．3 焊丝制备

2．2 药芯焊丝表面堆焊实验

2．3 结构和性能表征

2．3．1 堆焊合金显徽组织分析

2．3．2 堆焊合金的形貌观察及能谱分析

2．3．3 堆焊合金X射线衍射分析

2．3．4 堆焊合金硬度分析

第3章 药芯焊丝成分设计及其焊接性能分析

3．1 自保护药芯焊丝成分设计

3．1．1 合金系统的选择

3．1．2 微渣自保护的设计

3．2 焊道表面成型及焊接性能分析

3．2．1 1#药芯焊丝焊接性能研究

3．2．2 2#药芯焊丝焊接性能研究

3．2．3 3#和4#药芯焊丝焊接性能研究

3．3 本章小结

第4章 堆焊合金的组织与性能研究

4．1 堆焊合金的组织与物相分析

4．1．1 B、W、Y对Fe-Cr-C堆焊合金组织的影响

4．1．2 堆焊合金中各元素分布

4．2 堆焊合金的性能研究

4．2．1 B、W、Y对Fe-Cr-C堆焊合金表面宏观硬度的影响

4．2．2 B、W、Y对Fe-Cr-c堆焊合金横截面硬度的影响

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果