專(zhuān)利名稱(chēng)：一種石墨化合金鑄鐵電焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨化合金鑄鐵電焊條。
背景技術(shù)：
鑄件在成形過(guò)程中，由于鑄造工藝的復(fù)雜性，不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種鑄造缺陷。因此，對(duì)缺陷鑄件進(jìn)行挽救修復(fù)使之成為合格品具有重大的實(shí)用意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。鑄鐵中的碳、硅元素及硫、磷等雜質(zhì)元素含量高，強(qiáng)度低、脆性大，焊接性較差。在常規(guī)焊接條件下，焊縫金屬極易產(chǎn)生白口及裂紋，導(dǎo)致焊區(qū)機(jī)械加工性能不良甚至焊補(bǔ)修復(fù)失效。為攻克鑄鐵合金焊接難問(wèn)題，早在上世紀(jì)70年代末，吉林工大等單位即對(duì)鑄鐵焊接材料進(jìn)行了研究，獲得了不同牌號(hào)的焊條系列。1988年建立了鑄鐵焊材國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB10044-88)。但是，對(duì)鑄鐵焊材的研發(fā)工作仍在持續(xù)。迄今為止，常用鑄鐵焊條大致分為兩大類(lèi)同質(zhì)焊材和異質(zhì)焊材。其中，異質(zhì)焊材包括生產(chǎn)中最為常用的純鎳芯焊條Z308、鎳鐵芯焊條Z408和鎳銅芯焊條Z508，謂之鎳基焊條。用鎳基焊條獲得的焊縫金屬是由單相奧氏體基體組成，與鑄鐵件本體成分、組織和性能差異大，尤其焊縫色澤與鑄件本體不一致，鑄件上的“焊疤”赫然在目，通常僅用于冷焊條件下不重要的加工面和非加工面鑄造缺陷的焊補(bǔ)修復(fù)。鑄鐵同質(zhì)焊條主要包括用于焊補(bǔ)灰鑄鐵的鋼芯冷焊焊條Z208和鑄鐵芯熱態(tài)焊焊條Z248等。用同質(zhì)焊條獲得的焊縫金屬通常為鑄鐵組織，但是，實(shí)踐證明，只有熱態(tài)焊，即施焊前須將鑄件預(yù)熱到600-700°C，方可滿(mǎn)足焊縫成分、組織和性能與本體的一致性要求。由于鑄件加熱溫度高、能耗大、周期長(zhǎng)、操作環(huán)節(jié)差，其應(yīng)用受到限制。鑒于此，筆者公開(kāi)了一種用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵焊接的同質(zhì)電焊條/氣焊絲(專(zhuān)利號(hào)ZL200510096376.8，公開(kāi)號(hào)1769002，
公開(kāi)日2006-05-10)。該技術(shù)采用物理冶金方法將微量強(qiáng)石墨化元素直接加入到焊芯和焊絲金屬中，通過(guò)焊芯和藥皮雙向過(guò)渡合金元素，從而有效地增強(qiáng)了焊縫金屬石墨化能力，降低了焊縫金屬對(duì)冷卻速率的敏感性。在非加工面缺陷修復(fù)方面，可取代昂貴的鎳基焊條實(shí)現(xiàn)冷焊作業(yè)，室溫焊接無(wú)裂紋；在重要加工面修復(fù)方面，預(yù)熱200 300°C即可達(dá)到傳統(tǒng)熱態(tài)焊600 700°C效果。適用于各種牌號(hào)灰鑄鐵和球墨鑄鐵件重要加工面和非加工面上各類(lèi)缺陷的修復(fù)和鑄鐵零部件、破損件的焊接焊補(bǔ)以及加工件尺寸彌補(bǔ)等。然而，近年來(lái)，我國(guó)鑄件市場(chǎng)發(fā)生了深刻地變化，對(duì)鑄鐵件外觀成形質(zhì)量要求日趨苛刻，鑄鐵件的焊補(bǔ)修復(fù)必須滿(mǎn)足焊補(bǔ)區(qū)色澤、硬度、強(qiáng)度、耐腐蝕性與本體保持一致。同時(shí)，綠色化鑄造生產(chǎn)還要求實(shí)現(xiàn)冷焊作業(yè)，以最大限度的降低成本及環(huán)境污染。為此，必須研發(fā)新型鑄鐵焊接焊材以適應(yīng)高性能高品質(zhì)鑄鐵件的生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石墨化合金鑄鐵電焊條，使鑄鐵焊接時(shí)無(wú)需高溫預(yù)熱即可滿(mǎn)足焊縫成分、組織和性能與本體的一致性要求。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種石墨化合金鑄鐵電焊條，由焊芯和藥皮組成， 焊芯由以下組分按重量百分比組成C2. 6 % 4. 0 %、Si3. 6 % 5. 6 %、Ν 20 % 60 %、Cu5% 20%、Col% 5%、Mn 彡 0. 6%,S 彡 0. 03%,P 彡 0. 07%,Cr 彡 0. 8%，其余為 Fe ；藥皮由以下組分組成大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片狀石墨、泥石墨、45#硅鐵、白泥和碳酸鈉。其中按重量百分比大理石15% 20%、螢石12% 15%、鉀長(zhǎng)石 15% 18%、碳酸鋇7% 12%、鱗片狀石墨5% 9%、泥石墨8% 11%、45#硅鐵10% 13%、白泥15% 17%。大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片狀石墨、泥狀石墨、45硅鐵和白泥的組分總量為100% ；碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片狀石墨、泥石墨、45#硅鐵、白泥總量的 0. 2% 0. 6%。本發(fā)明電焊條的有益效果是(1)焊縫為鑄鐵組織，具有和本體相一致的微觀結(jié)構(gòu)，焊縫組織和色澤與鑄鐵件一致；(2)焊縫組織由奧氏體和晶間石墨組成，無(wú)自由滲碳體和萊氏體等硬質(zhì)相形成，焊縫硬度和本體一致，機(jī)加工性能優(yōu)良；(3)焊縫中大量石墨相的形成顯著地提高了焊縫金屬的抗裂性；(4)冷焊作業(yè)便于實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的一種石墨化合金鑄鐵電焊條所用的合金鑄鐵焊芯，采用電爐熔配低雜質(zhì)含量的鐵液，經(jīng)爐前孕育處理后澆注而成，焊芯規(guī)格為Φ (3 5)mmX400mm。焊芯由以下組分按重量百分比組成C2. 6% 4. 0%,Si3. 6% 5. 6%、Ni20% 60%、Cu5% 20%、Col% 5%、Mn 彡 0. 6%、S 彡 0. 03%、P 彡 0. 07%，Cr 彡 0. 8%，其余為Fe ；藥皮由以下組分組成大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥和碳酸鈉。其中按重量百分比大理石15% 20%、螢石12% 15%、鉀長(zhǎng)石 15% 18%、碳酸鋇7% 12%、鱗片石墨5% 9%、泥狀石墨8% 11%、45#硅鐵10% 13%、白泥15% 17%，大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥的組分總量為100% ；碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥總量的0.2% 0.6%。在制得的合金鑄鐵焊芯上壓涂石墨化型藥皮制成電焊條。通過(guò)控制焊芯的化學(xué)成分來(lái)獲得色澤、硬度、強(qiáng)度和耐腐蝕性與本體相一致的同質(zhì)焊縫。在焊芯中加入2. 6% 4.0% C和3. 6% 5. 6% Si是為了獲得鑄鐵同質(zhì)焊縫。碳是焊縫金屬中石墨相的形成元素，石墨相的析出過(guò)程伴隨著顯著的體積膨脹，有利于提高和改善焊縫金屬的抗裂性。同時(shí)，焊縫中石墨相的存在能夠保障焊縫顏色與本體的匹配性。 另外，Si元素是強(qiáng)石墨化元素，能夠有效地防止白口組織的形成。Ni元素為奧氏體形成元素及石墨化元素，加入20% 60% Ni不僅可以獲得奧氏體基體，而且有助于促進(jìn)焊縫金屬石墨化，從根本上消除自由滲碳體和萊氏體，最大限度地降低焊縫硬度從而改善焊縫的機(jī)械加工性能。Cu是強(qiáng)石墨化元素，有助于獲得無(wú)白口的同質(zhì)焊縫。
Co、Cr是固溶強(qiáng)化元素，同時(shí)兼有調(diào)整焊縫色差的作用。Mn元素能夠改善焊縫金屬的機(jī)械性能，其加入量控制在Mn彡0. 6%。S、P元素為鑄鐵合金中的有害元素等有害雜質(zhì)元素，其加入量控制在S < 0. 03 %、 P 彡 0. 07%。通過(guò)調(diào)整鑄鐵焊芯中的含鎳量使焊縫金屬的奧氏體區(qū)顯著擴(kuò)大，合金鑄鐵焊縫在冷卻凝固過(guò)程中不析出自由滲碳體、萊氏體等硬質(zhì)相，從而有效地防止白口組織的產(chǎn)生；通過(guò)添加鈷、銅、鉻等合金元素進(jìn)一步調(diào)整焊縫的色澤和提高焊縫的抗裂性。本發(fā)明的焊條中焊芯按照以下步驟制備(a)原材料準(zhǔn)備合金料選用原生鐵、金屬鎳、金屬銅、金屬鈷、鉻鐵、硅鐵、錳鐵等。(b)鑄型準(zhǔn)備采用有機(jī)粘結(jié)劑砂造型。(c)鐵液熔配用感應(yīng)電爐熔制原鐵水，用75#Si_Fe合金進(jìn)行爐前孕育處理。(d)焊芯成形采用自有專(zhuān)利技術(shù)(ZL 200510042917. 9)——真空吸鑄法獲得合金鑄鐵焊芯。(e)落砂清理采用隨箱冷卻凝固，室溫開(kāi)箱，落砂后表面噴砂清理工藝。(f)焊芯檢驗(yàn)焊芯表面光潔，無(wú)粘砂和氣孔缺陷，而且在宏觀上符合直線度和同軸度要求。本發(fā)明的焊條中藥皮按照以下步驟制備(a)藥皮輔料準(zhǔn)備各種礦物原料及合金料，主要包括大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片狀石墨、泥石墨、白泥、碳酸鈉、45#硅鐵等。其中粘結(jié)劑選用鈉基水玻璃。(b)混料采用手工或?qū)Ｓ没炝蠙C(jī)混制壓涂涂料。(c)藥皮涂敷采用25t液壓機(jī)壓涂石墨化型藥皮。(d)焊條烘干采用焊條烘干爐烘干焊條。實(shí)施例1焊條的焊芯由以下組分按重量百分比組成C4. 0 %、Si4. 2 %、Ν 20 %、Cu20 %、 Co2%,MnO. 3%, SO. 02%, P0. 06%，其余為 Fe ；藥皮由以下組分按重量百分比組成大理石15%、螢石12%、鉀長(zhǎng)石16%、碳酸鋇 12%、鱗片石墨8%、泥狀石墨10%、45#硅鐵12%、白泥15%，以上總量為100%，碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥總量的0. 2%。實(shí)施例2 焊條的焊芯由以下組分按重量百分比組成C3. 2 %、Si4. 6 %、Ν 30 %、Cul5 %、
5Co 1%,MnO. 2%, SO. 02%, PO. 05%, CrO. 8%，其余為 Fe ；藥皮由以下組分按重量百分比組成大理石20%、螢石15%、鉀長(zhǎng)石15%、碳酸鋇 9<%、鱗片石墨5%、泥狀石墨9(%、45#硅鐵10%、白泥17%、以上總量為100%，碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥總量的0. 3%。實(shí)施例3焊條的焊芯由以下組分按重量百分比組成C3.8%、Si3.6%, Ni40%, CulO Co5%,MnO. 6%, SO. 03%, P0. 07%, CrO. 4%，其余為 Fe ；藥皮由以下組分按重量百分比組成大理石17%、螢石14%、鉀長(zhǎng)石17%、碳酸鋇 8%、鱗片石墨9%、泥狀石墨8%、45#硅鐵11%、白泥16%、以上總量為100%，碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥總量的0. 4%。實(shí)施例4焊條的焊芯由以下組分按重量百分比組成C2.6%、Si5.6%, Ni60%, Cu5%, Co3%,MnO. 4%, SO. 01%, P0. 04%, CrO. 2%，其余為 Fe ；藥皮由以下組分按重量百分比組成大理石16%、螢石13%、鉀長(zhǎng)石18%、碳酸鋇 7%、鱗片石墨6%、泥狀石墨11%、45#硅鐵13%、白泥16%、以上總量為100%，碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥總量的0. 6%。以上實(shí)施例中，利用本發(fā)明的石墨化合金鑄鐵電焊條焊接灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的焊接工藝參數(shù)如表1所示。電焊條藥皮成份配比如表2所示。焊芯及焊縫金屬化學(xué)成分如表3所示。熔敷金屬的力學(xué)性能如表4所示。表1本發(fā)明的合金鑄鐵電焊條焊接工藝參數(shù)
鑄鐵合金種類(lèi)焊條直徑 (Φ/mm)焊接電流 (//A)焊接電壓 WN)焊接工藝灰鑄鐵HT3-5100 20025-45冷焊球墨鑄鐵QT3-5105 21025-45冷焊表2本發(fā)明實(shí)施例合金鑄鐵電焊條藥皮組份配比(重量％ )
^組分
號(hào)大理石螢石鉀長(zhǎng)石碳酸鋇鱗片石墨泥狀石墨45 鐵白泥碳酸鈉11512161281012150.2220151595910170.3317141789811160.44161318761113160.6 在現(xiàn)有鑄鐵焊材中，鎳基焊條D08、Z408、Z508常用于冷焊工藝，形成的焊縫金屬為鎳基合金，與鑄鐵組織差異很大，焊縫加工性?xún)?yōu)良但顏色與本體不一致；同質(zhì)焊材如 Z248.Z208.Z308等在冷焊條件下獲得的焊縫金屬中滲碳體(白口)數(shù)量多，機(jī)加工性能較差，唯有采用熱態(tài)焊工藝方可得理想的同質(zhì)焊縫，但焊區(qū)預(yù)熱溫度過(guò)高，達(dá)600-700°C，亟待為先進(jìn)方法所 表3本發(fā)明實(shí)施例合金鑄鐵焊芯和焊縫金屬的化學(xué)成分(質(zhì)量％ )
權(quán)利要求
1. 一種石墨化合金鑄鐵電焊條，由焊芯和藥皮組成，其特征在于，所述焊芯由以下組分按重量百分比組成C2. 6% 4. 0%、Si3. 6% 5. 6%, Ni20% 60%、Cu5% 20%、 Col% 5%、Mn 彡 0. 6%、S 彡 0. 03%、P 彡 0. 07%，Cr 彡 0. 8%，其余為 Fe ；所述藥皮由以下組分組成大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥和碳酸鈉，其中按重量百分比大理石15% 20%、螢石12% 15%、鉀長(zhǎng)石15% 18%、碳酸鋇7% 12%、鱗片石墨5% 9%、泥狀石墨8% 11%、45#硅鐵10% 13%、白泥 15% 17%，大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥的組分總量為 100% ；碳酸鈉占大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥總量的 0. 2% 0. 6%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的一種石墨化合金鑄鐵電焊條，由焊芯和藥皮組成，焊芯由以下組分按重量百分比組成C2.6％～4.0％、Si3.6％～5.6％、Ni20％～60％、Cu5％～20％、Co1％～5％、Mn≤0.6％、S≤0.03％、P≤0.07％，Cr≤0.8％，其余為Fe；藥皮由以下組分組成大理石、螢石、鉀長(zhǎng)石、碳酸鋇、鱗片石墨、泥狀石墨、45#硅鐵、白泥和碳酸鈉。本發(fā)明的電焊條，在冷焊條件下可以獲得抗裂、無(wú)白口組織的鑄鐵同質(zhì)焊縫，色澤與鑄鐵件本體一致。冷焊操作方便，便于實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B23K35/365GK102528322SQ20121000606
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者徐錦鋒, 翟秋亞 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)