專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉芯焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉 芯焊絲及其制備方法，用于混凝土輸送泵的眼鏡板及切割環(huán)。
背景技術(shù)：
混凝土輸送泵是當(dāng)今建筑工程中普遍使用的一種機(jī)械，而眼鏡板和切割環(huán)是混凝 土輸送泵中的關(guān)鍵部件。眼鏡板和切割環(huán)的工作面在嚴(yán)重磨損、沖擊載荷下工作，不僅要求 其具有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，而且要求其具有高的耐磨性。為了延長(zhǎng)眼鏡板和切割環(huán)的 壽命，當(dāng)今國(guó)內(nèi)外廠家主要采用在鋼基體上堆焊耐磨材料和鑲焊硬質(zhì)合金塊等兩種方法。堆焊法一般采用Fe-Cr-C系耐磨焊條，在眼鏡板和切割環(huán)工作面上制備耐磨層； 主要利用耐磨層中M7C3硬質(zhì)相來(lái)提高材料耐磨性，耐磨層硬度一般S65HRC。由于耐磨層材 料在嚴(yán)酷沖擊磨損環(huán)境下工作，眼鏡板和切割環(huán)的使用壽命一般僅3000-5000立方米/套。通過(guò)釬焊將硬質(zhì)合金材料鑲在鋼基體上的方法稱(chēng)為鑲焊硬質(zhì)合金塊法，采用該方 法，可將眼鏡板與切割環(huán)壽命提高到10000立方米/套。該方法需要在眼鏡板工作端面及 變位接觸區(qū)域釬焊硬質(zhì)合金環(huán)和塊，具有工藝復(fù)雜、需要消耗較多WC-Co(Ni)硬質(zhì)合金、成 本較高的特點(diǎn)。為保證硬質(zhì)合金環(huán)和塊在磨損、沖擊載荷作用下具有足夠的強(qiáng)度和韌性，其 厚度需達(dá)到6-10mm，如果厚度達(dá)不到要求，就會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)合金塊開(kāi)裂、剝落而提前失效的問(wèn) 題。此外，采用釬焊工藝難以保證硬質(zhì)合金與鋼基體結(jié)合面的所有區(qū)域具有高的結(jié)合強(qiáng)度， 這就易造成硬質(zhì)合金在沖擊載荷作用下局部斷裂、剝落而提前失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉芯焊絲及其制備方法， 既能提高眼鏡板和切割環(huán)壽命、又能大幅度降低硬質(zhì)合金原材料消耗及工藝成本。本發(fā)明利用等離子弧、氬弧熔覆法，在眼鏡板、切割環(huán)工作面熔覆專(zhuān)用粉芯焊 絲，可形成厚度為3-6mm高耐磨損(W，Nb)C-TiB2/Ni金屬陶瓷熔覆層，熔覆層硬度可達(dá) 1100-1600HV，熔覆層與基體達(dá)到冶金結(jié)合。本發(fā)明突破了現(xiàn)有硬質(zhì)合金鑲焊技術(shù)所存在 的硬質(zhì)合金層與基體結(jié)合強(qiáng)度較低、成本高、工藝復(fù)雜等局限性，且利用鎳替代鈷作為粘結(jié) 相。本發(fā)明的用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉芯焊絲的外皮為純Ni帶，芯部填充混 合粉末，混合粉末成分的重量百分比為Mo粉l-2wt. %, NbC粉10-25wt. %, TiB2粉 5-15wt. %，Cr粉:2-5wt. %，A1粉:0· 3-lwt. %，WC粉余量。其混合粉末在粉芯焊絲中所 占的重量百分比為65-90wt. %。本發(fā)明制備用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉芯焊絲的工藝步驟為(1)粉芯焊絲所用粉末材料的重量百分比為Mo粉(200-300目，純度彡99. 5% ) l-2wt. %, NbC 粉(200-300 目，純度彡 99.5% ) :10-25wt. %, TiB2 i]r (200-300 目，純度 ^ 99. 5% ) :5-15wt. %, Cr 粉(150-200 目，純度彡 99. 5% ) :2-5wt. %，Al 粉(200-300目，純度≥ 99. 6%) 0. 3-lwt. %，WC 粉(100-200 目，純度≥ 99. 5%)余量;以上粉末中WC作為主要的耐磨陶瓷相，Ni作為粘結(jié)相；NbC的作用是形成(W， Nb) C耐磨固溶體、并在粘結(jié)相中形成細(xì)小的NbC顆粒，從而提高陶瓷相與粘結(jié)相的潤(rùn)濕性； TiB2的作用是在熔覆層中形成板條狀或針狀的陶瓷相，從而提高熔覆層的硬度和耐磨性； Mo的作用是提高陶瓷相與粘結(jié)相的結(jié)合強(qiáng)度，Cr的作用是提高粘結(jié)相的強(qiáng)度和耐磨性，Al 的作用是提高金屬陶瓷熔覆層在高溫熔覆過(guò)程中的抗氧化性；(2)按步驟(1)所述的粉末比例，稱(chēng)取所需的各種粉末，稱(chēng)作粉芯原料；(3)將步驟⑵所述粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為100-120°C，干燥 時(shí)間為3-6小時(shí)；(4)利用行星式球磨機(jī)混合粉芯原料，形成組分均勻的混合粉末；(5)采用純鎳帶包裹球磨混合粉末形成粉芯焊絲，混合粉末在粉芯焊絲中所占的 重量百分比為65-90wt. %。2、熔覆層制備施工時(shí)需將待熔覆工件(即眼鏡板或切割環(huán))邊緣點(diǎn)焊固定在可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓 盤(pán)上，等離子弧或氬弧焊槍固定在與擺動(dòng)器相連的連桿上，擺動(dòng)器底座固定在高度可調(diào)的 直桿上，直桿固定在可作直線運(yùn)動(dòng)的小車(chē)上。采用工件轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止、擺動(dòng)器底座作直線運(yùn)動(dòng) 或靜止、手動(dòng)或自動(dòng)送絲的方法在眼鏡板或切割環(huán)工作面上制備金屬陶瓷熔覆層。對(duì)眼鏡板實(shí)施熔覆工藝時(shí)，等離子弧焊槍固定在與擺動(dòng)器相連的連桿上，焊槍與 工件待熔覆面垂直，采用手動(dòng)或自動(dòng)送絲方法，在所需耐磨區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層(見(jiàn) 圖2)。具體施工時(shí)，首先在2個(gè)環(huán)形區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層，采用工件轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)器底座 靜止的方法制備熔覆層；通過(guò)調(diào)速電機(jī)控制工件與焊槍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)焊槍在 工件上的搭接熔覆，通過(guò)同一面積上重復(fù)熔覆2-3次、相鄰焊道(焊道定義為單次熔覆所形 成寬度為10-15mm的熔覆層)的搭接熔覆，可得到厚度為4_6mm、寬度為15_30mm的金屬陶 瓷熔覆層；然后在扇形、三角形區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層，采用工件固定，擺動(dòng)器底座作直 線運(yùn)動(dòng)的方法制備熔覆層；通過(guò)電機(jī)控制工件與焊槍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn) 焊槍在工件扇形區(qū)域的搭接熔覆，通過(guò)同一面積上重復(fù)熔覆2-3次、相鄰焊道的搭接熔覆， 可得到厚度為4-6mm的金屬陶瓷熔覆層。對(duì)切割環(huán)工件實(shí)施熔覆工藝時(shí)，焊槍與工件待熔覆面垂直，采用手動(dòng)或自動(dòng)送絲 方法，在所需耐磨的環(huán)形區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層。具體施工時(shí)，采用工件轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)器底 座靜止的方法制備熔覆層；通過(guò)調(diào)速電機(jī)控制工件與焊槍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)焊槍 在工件環(huán)形區(qū)域的搭接熔覆，通過(guò)同一面積上重復(fù)熔覆2-3次、相鄰焊道的搭接熔覆，可得 到厚度為4-6mm、寬度為20-30mm的金屬陶瓷熔覆層；3、磨削處理對(duì)已制備好熔覆層的工件進(jìn)行磨削處理。通過(guò)對(duì)熔覆層磨削加工，使眼鏡板或切 割環(huán)的尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)熔覆層厚度在4-6mm范圍時(shí)，經(jīng)磨削精加工后熔覆層的剩余 厚度為 3. 5-5. 5mmο本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在眼鏡板和切割環(huán)工作面直接制備金屬陶瓷熔覆層，熔覆層 與基體為冶金結(jié)合(可有效避免鑲焊法所存在的因局部硬質(zhì)合金塊與基體結(jié)合強(qiáng)度不夠 而剝落問(wèn)題)，該方法工藝步驟簡(jiǎn)單、成本較低，可使眼鏡板和切割環(huán)壽命達(dá)到15000立方米/套左右。


圖1為眼鏡板板基體，需要制備金屬陶瓷熔覆層的環(huán)形區(qū)域1、扇形區(qū)域2、環(huán)形區(qū) 域3、三角形區(qū)域4。圖2為熔覆工作臺(tái)示意圖，擺動(dòng)器5，等離子弧焊槍6，環(huán)形區(qū)域熔覆層7，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán) 8。
具體實(shí)施例方式選用45號(hào)鋼作為眼鏡板基體材料，在眼鏡板基體上的兩個(gè)環(huán)形區(qū)域、扇形區(qū)域及 三角形區(qū)域(見(jiàn)圖1)制備金屬陶瓷熔覆層，具體工藝步驟如下1、制備在粉芯焊絲。(1)按以下配比稱(chēng)取粉末材料粉芯焊絲所用粉末材料的重量百分比為Mo粉 (-200 目，純度 99. 7%) :lwt. %, NbC 粉(-250 目，純度 99. 6%) :15wt. %, TiB2 粉(-200 目，純度 99. 6 % ) :8wt. %，Cr 粉(-200 目，純度 99. 6 % ) :3wt. % ；Al 粉(-250 目，純度 99.8% ) 0. 6wt. %，WC粉(-150目，純度99. 6% )余量；將上述粉末置于干燥箱中，在 110°C下干燥3小時(shí)，然后將粉末在球磨機(jī)中球磨4小時(shí)，得到均勻細(xì)小的混合粉末。(2)選用Ni箔(純度為99%，厚度為50 μ m，寬度為40mm，長(zhǎng)度400mm)作為包裹 (1)所述混合粉末的外皮材料。利用手工灌粉的方法將混合粉末包裹于鎳箔內(nèi)，形成外徑為 5mm的圓截面粉芯焊絲，混合粉末在粉芯焊絲中所占的重量百分比為85%。(3)先將已灌好粉的粉芯焊絲兩端壓扁封口，即形成熔覆用粉芯焊絲。2、選用圖1所示形狀的眼鏡板，采用機(jī)加工辦法對(duì)其工作面(待熔覆面)進(jìn)行切 削加工處理，切削層厚度為1mm。對(duì)切削后的表面進(jìn)行除油、除污處理。3、制備熔覆層熔覆工作臺(tái)原理見(jiàn)圖2，等離子弧焊槍固定在與擺動(dòng)器5相連的連桿上，焊槍與工 件(即眼鏡板基體)待熔覆面垂直，在所需耐磨區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層。具體施工時(shí)，首 先在2個(gè)環(huán)形區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層；其中，工件固定在轉(zhuǎn)盤(pán)8上，轉(zhuǎn)盤(pán)8帶動(dòng)工件勻速 轉(zhuǎn)動(dòng)，采用手動(dòng)送絲方法在環(huán)形區(qū)域制備熔覆層；擺動(dòng)器頻率為2次/秒，等離子弧焊槍電 流為200A ；通過(guò)調(diào)速電機(jī)控制工件轉(zhuǎn)動(dòng)速度，使焊槍與工件在環(huán)形區(qū)域圓周方向的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)速度為4mm/s，通過(guò)同一面積上重復(fù)熔覆2次、相鄰焊道的搭接熔覆，可得到平均厚度為 5mm、寬度為22mm的金屬陶瓷熔覆層。然后在扇形及三角形區(qū)域制備金屬陶瓷熔覆層；采 用工件固定，擺動(dòng)器底座作直線運(yùn)動(dòng)的方法制備熔覆層；通過(guò)電機(jī)控制，使擺動(dòng)器頻率為2 次/秒、工件與擺動(dòng)器底座的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為4mm/s，等離子弧焊槍電流為200A ；通過(guò)同一 面積上重復(fù)熔覆2次、相鄰焊道的搭接熔覆，分別在扇形區(qū)域、三角形區(qū)域得到平均厚度為 5mm的金屬陶瓷熔覆層。4、磨削精加工利用平面磨床，對(duì)已制備好熔覆層的工件進(jìn)行磨削處理，通過(guò)磨削加工熔覆層，使 工件的尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)磨削精加工后熔覆層的剩余厚度為3. 5mm(即高出基體表面 的高度)。
權(quán)利要求
一種用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉芯焊絲，其特征在于，該粉芯焊絲的外皮為純Ni帶，芯部填充混合粉末，混合粉末成分的重量百分比為Mo粉1-2wt.％，NbC粉10-25wt.％，TiB2粉5-15wt.％，Cr粉2-5wt.％，Al粉0.3-1wt.％，WC粉余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述粉芯焊絲，其特征在于，混合粉末在粉芯焊絲中所占的重量百 分比為 65-90wt. %0
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述粉芯焊絲的方法，其特征在于，工藝步驟為(1)配料粉芯焊絲所用粉末材料的重量百分比為該粉芯焊絲的外皮為純Ni帶，芯部 填充混合粉末，混合粉末成分的重量百分比為Mo粉l-2wt. %, NbC粉10-25wt. %, TiB2 粉:5-15wt. %，Cr 粉:2-5wt. %，Al 粉0. 3-lwt. %，WC 粉余量；(2)按步驟(1)所述的粉末比例，稱(chēng)取所需的各種粉末，稱(chēng)作粉芯原料；(3)將步驟(2)所述粉芯原料放入干燥箱中干燥，干燥箱溫度為100-120°C，干燥時(shí)間 為3-6小時(shí)；(4)利用行星式球磨機(jī)混合粉芯原料，形成組分均勻的混合粉末；(5)采用純鎳帶包裹球磨混合粉末形成粉芯焊絲，混合粉末在粉芯焊絲中所占的重量 百分比為65-90wt. %0
全文摘要
一種用于眼鏡板及切割環(huán)防磨的粉芯焊絲及其制備方法，屬于粉芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域。該粉芯焊絲的外皮為純Ni帶，芯部填充混合粉末，混合粉末成分的重量百分比為Mo粉1-2wt.％，NbC粉10-25wt.％，TiB2粉5-15wt.％，Cr粉2-5wt.％，Al粉0.3-1wt.％，WC粉余量；其混合粉末在粉芯焊絲中所占的重量百分比為65-90wt.％。優(yōu)點(diǎn)在于，在眼鏡板和切割環(huán)工作面直接制備金屬陶瓷熔覆層，熔覆層與基體為冶金結(jié)合，該方法工藝步驟簡(jiǎn)單、成本較低，可使眼鏡板和切割環(huán)壽命達(dá)到15000立方米/套左右。
文檔編號(hào)B23K35/30GK101837520SQ20101014250
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者劉宗德, 繆選明, 陳志剛 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué);北京華電納鑫科技有限公司;湖南天地科技有限公司