一种具有高耐磨性的药芯焊丝及其应用

摘要

本发明公开了一种具有高耐磨性的药芯焊丝及其应用，属于焊接材料领域。该药芯焊丝包括外皮和药芯，所述的药芯成分及质量百分比为：碳化钨：4.9-5.0％；硼粉：2.0-2.1％；钒粉：1.9-2.1％；锰粉：8-10%；铬粉：30-35%；铌粉：1-2%；氧化铈：0.5-1%；氧化镧：0.8-1.3%；氧化钇；石英：4.0~4.5%；镁砂：2.0~3.5%；氟化物：3.5~4.0%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.0-6.5%。本发明具有飞溅少、稳定性好、熔渣覆盖均匀、脱渣容易、耐磨性和韧性好的优点，尤其是抗冲击能力强，适合对耐磨性和韧性要求高的刀具的焊接。

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体地说，涉及一种药芯焊丝，更具体地说，涉及一种具有高耐磨性的药芯焊丝及其应用。

背景技术

盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。现在能制造盾构机的国家比较少，在中国，目前只有中铁隧道装备制造有限公司等少数厂家能够制造盾构机。盾构机的发展与应用给地铁的建设提供了有力的支持，大大缩短了地铁的建设周期，但是其成本高昂的缺陷一直很难克服。盾构机消耗最大的部件之一就是作为盾构机先锋部队的刀具。盾构机刀盘刀具在施工过程中不仅承受着沙砾磨损，还遭受强烈的冲击。这就要求堆焊合金不仅要具有高硬度，还要具有较好的韧性，在反复强烈冲击的情况下不易发生脱落。直接更换刀具的成本太高，所以对受损的盾构机的刀具进行修复才能降低使用成本。

中国专利号：200510075283.7，公开日2005年10月26日，公开了一份名称为盾构刀头刃口用堆焊药芯焊丝的专利文件，该发明属材料加工工程中的焊接领域，该发明主要应用于地铁隧道挖掘盾构机刀头的堆焊制造。其特征在于，所述的药芯成分质量百分含量：高碳铬铁：45～60%；金属铬：5～15%；钼铁：4～8%；金属锰：5～10%；铌铁：2～5%；钛铁：2～4%；钒铁：2～4%；硅灰石：1～3%；CaF₂：1～3%；SiO₂：2～5%；ZrO₂：2～5%；长石：2～5%；TiO：2:5～10%；Na₂CO₃：1～3%；Bi₂O₃：1～3%；Na₂SiF₆：1～3%。该发明可在刀具磨损失效后，拆下进行现场堆焊修复。但是还是存在耐磨性不足的问题，多次修复影响施工进度。

发明内容

要解决的问题

针对现有药芯焊丝对盾构机刀具的修复存在耐磨性差、使用周期短的问题，本发明提供一种具有高耐磨性的药芯焊丝及其应用，其能用于盾构机刀具的堆焊修复，修复后的刀具不但耐磨性好，而且韧性好，抗冲击能力强。

技术方案  

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有高耐磨性的药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述的药芯成分及质量百分比为：碳化钨：4.9-5.0％；硼粉：2.0-2.1％；钒粉：1.9-2.1％；锰粉：8-10%；铬粉：30-35%；铌粉：1-2%；氧化铈：0.5-1%；氧化镧：0.8-1.3%；氧化钇：其含量根据氧化铈和氧化镧的含量确定，氧化钇、氧化铈和氧化镧的质量百分比总和小于等于2.3%；石英：4.0~4.5%；镁砂：2.0~3.5%；氟化物：3.5~4.0%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.0-6.5%。

优选地，所述的外皮为不锈钢。

优选地，所述的药芯成分及质量百分比为：碳化钨：5.0％；硼粉：2.0％；钒粉：2.0％；锰粉：9%；铬粉：32%；铌粉：1.5%；氧化铈：0.5%；氧化镧：1.1%；氧化钇：0.7%；石英：4.2%；镁砂：3.5%；氟化物：3.8%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.2%。

优选地，所述的氟化物为氟化钙。

一种具有高耐磨性的药芯焊丝在盾构机刀片堆焊修补时的应用。焊接盾构机刀片具有飞溅少、稳定性好、熔渣覆盖均匀和脱渣容易等优点，焊接后的刀具具有缺陷少，焊缝外表美观、耐磨性和韧性好的特点。

本发明通过添加WC、提高C含量、控制Cr含量、Mn含量以及利用B元素和V元素的细化晶粒作用，从而提高堆焊金属的耐磨性。普通技术人员公知随着C含量的不断提高，组织的过共晶越来越明显，碳化物的数量增多，使得宏观硬度都很高，但是由于伴随着C含量的升高，其韧性也会大大降低，所以普通的药芯焊丝中C含量被控制的比较低。本发明突破常规的技术限制，使得药芯中C的总含量为6.0-6.5%，其耐磨性大大提高，同时为了防止韧性的降低，通过添加并合理的限定氧化钇、氧化铈和氧化镧的含量，进而避免了韧性的降低。本发明的焊缝组织为马氏体+网状碳化物+块状碳化物+少量残余奥氏体，这些碳化物为Cr₇C₃型碳化物，具有数量多、分布均匀的特点。本发明中的锰和铬主要是改善晶体结构，提高强度，增强耐磨性。本发明中的铌是过渡元素，对不同的组织起到钉扎作用。本发明焊接的刀具具有良好的耐磨粒磨损性能，尤其是具有优良的抗碎石冲击性能，适用于盾构机刀片的堆焊。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明突破现有的设计思路，采用了C含量高的技术方案，通过添加WC、控制Cr含量、Mn含量以及利用B元素和V元素的细化晶粒作用，从而提高堆焊金属的耐磨性。本发明具有飞溅少、稳定性好、熔渣覆盖均匀、脱渣容易、耐磨性和韧性好的优点，尤其是抗冲击能力强，适合对耐磨性和韧性要求高的刀具的焊接。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

一种具有高耐磨性的药芯焊丝，包括外皮和药芯，外皮为不锈钢。药芯成分及质量百分比为：碳化钨：5.0％；硼粉：2.0％；钒粉：2.0％；锰粉：9%；铬粉：32%；铌粉：1.5%；氧化铈：0.5%；氧化镧：1.1%；氧化钇：0.7%；石英：4.2%；镁砂：3.5%；氟化钙：3.8%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.2%。

该种具有高耐磨性的药芯焊丝应用在盾构机刀片堆焊修补。堆焊后堆焊层组织主要为马氏体+网状碳化物+块状碳化物+少量残余奥氏体，硬度较高，耐磨性较好。焊接盾构机刀片时具有飞溅少、稳定性好、熔渣覆盖均匀和脱渣容易等优点，焊接后的刀具具有缺陷少，焊缝外表美观、耐磨性和韧性好的特点，尤其是具有较强的抗反复强烈冲击的能力，每次堆焊后的盾构机刀片寿命相对于普通药芯焊丝堆焊的刀片的寿命增强了30%。

实施例2

一种具有高耐磨性的药芯焊丝，包括外皮和药芯，外皮为不锈钢。药芯成分及质量百分比为：碳化钨：4.9％；硼粉：2.1％；钒粉：1.9％；锰粉：10%；铬粉：30%；铌粉：2%；氧化铈：1%；氧化镧：0.8%；氧化钇0.2%；石英：4.5%；镁砂：2.0%；氟化钙：3.5%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.0%。

该一种具有高耐磨性的药芯焊丝在焊接盾构机刀片时具有飞溅少、稳定性好、熔渣覆盖均匀和脱渣容易等优点，焊接后的刀具具有缺陷少，焊缝外表美观、耐磨性和韧性好的特点。

实施例3

一种具有高耐磨性的药芯焊丝，包括外皮和药芯，外皮为不锈钢。药芯成分及质量百分比为：碳化钨：5.0％；硼粉：2.0％；钒粉：2.1％；锰粉：8%；铬粉：35%；铌粉：1%；氧化铈：0.8%；氧化镧：1.3%；氧化钇0.2%；石英：4.0%；镁砂：3.1%；氟化钙：4.0%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.5%。

该一种具有高耐磨性的药芯焊丝在焊接盾构机刀片时具有飞溅少、稳定性好、熔渣覆盖均匀和脱渣容易等优点，焊接后的刀具具有缺陷少，焊缝外表美观、耐磨性和韧性好的特点。

实施例4

一种具有高耐磨性的药芯焊丝，包括外皮和药芯，外皮为不锈钢。药芯成分及质量百分比为：碳化钨：4.95％；硼粉：2.05％；钒粉：2.1％；锰粉：9%；铬粉：33%；铌粉：1.8%；氧化铈：0.9%；氧化镧：1.3%；石英：4.2%；镁砂：3.3%；氟化钙：3.7%；余量为金红石和碳粉，其中药芯中C的总含量为6.2%。

本发明突破常规的技术限制，本实施例中使得药芯中C的总含量为6.2%，其耐磨性大大提高，同时为了防止韧性的降低，通过添加并合理的限定氧化铈和氧化镧的含量，进而避免了韧性的降低。本发明的焊缝组织为马氏体+网状碳化物+块状碳化物+少量残余奥氏体，这些碳化物为Cr₇C₃型碳化物，具有数量多、分布均匀的特点。本发明焊接的刀具具有良好的耐磨粒磨损性能，尤其是具有优良的抗碎石冲击性能，适用于盾构机刀片的堆焊。