焊丝的研发与应用

——焊丝的研发与应用

北京固本科技有限公司胡建平唐亮

摘要研发了一种用于挤压辊耐磨花纹堆焊焊丝，介绍分析了堆焊层的组织、硬度、化学成分、抗裂性能及其实际使用情况。

关键词：挤压辊；耐磨堆焊；碳化铌

辊压机即高压辊磨。它是将喂入的物料通过两个反向旋转的磨辊间隙时，在高压作用下，被粉碎并压成料饼。当此应力超过材料疲劳强度时，在表层形成裂纹，裂纹扩展、连接、剥落，产生疲劳磨损，最终导致挤压辊不能正常工作。

为此根据挤压辊的磨损形式及特点，消化吸收德国相关技术，采用碳化铌代替高铬，开发出新型辊压机耐磨花纹堆焊焊丝，并对堆焊层的组织及性能做了研究。

与普通高铬铸铁型堆焊焊丝相比，选用碳化铌作为硬质相的优势：首先，高铬合金铸铁堆焊材料由于铬和碳含量高，组织中的高硬度Cr7C3初生碳化物显微硬度高，依靠高硬度的碳化物来抵抗磨损，但碳化铬对堆焊基体的割裂作用大；其次，与碳化铬相比，碳化铌提高焊缝韧性，能达到即耐磨又抗高应力冲击的目的。

2试验方法

2.1硬度试验

采用HRC-150型洛氏硬度计测量试样焊态硬度，试样为经打磨、抛光的金相试样。载荷为150KG（HRC），加载时间为5 s，保荷时间为3 s，每个试样连续测定5个点，取算术平均值。两压痕中心间的距离或任一压痕中心距试样边缘的距离不小于3 mm。结果见表1。

表1 两种焊丝宏观硬度HRC

NbC辊压机耐磨花纹焊丝ZD310

60-63 58-63

2.2金相分析

选用碳化铌（NbC）来代替碳化铬。碳化铌显微硬度为2400Hv，比碳化铬更耐磨。碳化铌可细化堆焊层晶粒，提高堆焊层韧性和抗冲击性。另外，碳化铌比碳化铬尺寸更小见图1，这样就能保证高抗磨性的同时，最大限度的降低了焊缝

的开裂倾向。通过SEM和XRD 可确定堆焊层组织为马氏体和残余奥氏体分布大量的NbC硬质相

图1 堆焊层扫描电镜SEM

2.3磨损试验

堆焊层利用线切割方法制取尺寸为57mm×25mm×5mm的试样作为磨料磨损试样。磨粒磨损试验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机，为典型的三体磨粒磨损：磨粒（石英砂）在橡胶轮和试件表面流动从而引起磨损。试验参数如下：橡胶轮转速为240 r/min、橡胶轮硬度60（邵尔硬度）、载荷为100N，磨料为0.212 mm～0.425 mm的石英砂、预磨1000转，精磨4000转。材料的耐磨性能用磨损的失重来衡量，在试验前后，将试件放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5 min，干燥后用精度为0.1 mg的塞多利斯BS224S型电子天平称量。算出磨损前后试件的重量差，即为失重量。取3个试样的平均值衡量涂层的耐磨性，结果见表2.

表2 磨粒磨损试验结果

试验项目ZD310 新型NbC焊丝

磨损量/g 0.1311 0.0874

相对耐磨性 1.0 1.5

由磨粒磨损试验结果可以知道，由于NbC的加入，堆焊层耐磨性提高1.5倍。

3实际使用效果

我们选择新型NbC辊压机耐磨花纹堆焊焊丝，对瑞安水泥厂的辊压机进行了现场堆焊修复。

图2 用于旧辊修复

图2为2011年7月拍摄，此辊压机原本使用ZD310采用菱形耐磨条纹，使用3个月后，耐磨花纹磨损消失，后使用固本新型辊压机耐磨花纹焊丝，采用一字纹将磨损花纹修补，拍摄时已正常使用3个月，耐磨花纹仍清晰可见，使用寿命大大提高。

图3 用于新辊堆焊

图3为2011年4月拍摄，为北京佳倍德工程有限公司第一车间将固本研发的新型挤压辊耐磨条纹堆焊焊丝用于广西南宁某水泥厂挤压辊堆焊修复工程。将辊体全面清理，修补恢复形状后采用所研制的堆焊焊丝对辊面进行堆焊，为减少工作量，降低操作强度，采用人字耐磨条纹，耐磨花纹实际使用平均寿命为4个月。

结论

1. 用NbC代替碳化铬应用于辊压机耐磨花纹堆焊，堆焊层硬度可达到60～63HRC，耐磨性提高1.5倍，满足辊压机表面的使用要求。

参考文献

[1] 周平安，水泥工业耐磨材料与技术手册[M]，中国建材工业出版社.

[2] 扬威，王欣，张永生等，高铬铸铁耐磨堆焊埋弧药芯焊丝研究[J]，中国表面工程，2007（4），33～37