[01343854]中高碳钢工件堆焊药芯焊丝的研制

燕山大学承担的“中高碳钢工件堆焊用药芯焊丝的研制”科研项目，于2004年得到河北省科学技术研究与发展计划资助（课题编号04212201D），现工作已完成。本申请以用于中高碳钢工件堆焊的药芯焊丝为对象，在药芯中加入稀土和金属镍等合金元素，研究了加入量与堆焊残余应力及开裂性能的关系。通过试验研究，建立了药芯焊丝与堆焊金属化学成分之间的回归方程。在理论的指导下，从综合的角度对用于堆焊中高碳钢的药芯焊丝的成分进行了优化研究，研制出可简化焊前预热和焊后热处理的、抗裂性能良好的药芯焊丝。该项目已经在国内外著名学术刊物发表学术论文9篇，其中被SCI收录5篇、EI收录7篇。申报的“复合双金属大型齿轮再制造技术堆焊焊条”专利于2007年5月16日授权，申报的“中高碳钢零部件堆焊修复及再制造用系列药芯焊丝”专利已公开。目前，该项目在唐山燕鑫工贸有限责任公司为首都钢铁公司堆焊修复及再制造大型齿轮、热轧辊、剪刃、天车轮等，取得了一定的经济效益。该项目采用有限元方法建立了堆焊的温度场和应力场计算模型，通过用实测结果验证，证实了模型的有效性。采用这模型，分析了堆焊冷却过程中应力随时间的变化规律以及马氏体相变点对残余应力分布的影响；进行了堆焊裂纹研究，在堆焊试样上主要存在着堆焊金属的结晶裂纹和冷裂纹，以及热影响区的冷裂纹等三种裂纹；药芯中添加稀土氧化物到能使结晶组织细化，改善堆焊金属中的夹杂物形状，变质夹杂物属性；设计并通过实验研制了供中高碳钢使用的新型抗裂堆焊药芯焊丝，其在焊态条件下堆焊金属的硬度为HRC50左右；其组织为马氏体和少量残余奥氏体；在不预热、不缓冷的条件下或简化热处理工艺条件下试件焊后不开裂。本研究成果在理论上有突破，对实际有重要指导作用，在国内外文献中报道较少，整个工作带有创新性。应用前景经燕山大学图书馆对国内外文献进行检索，整个研究工作在国内外文献中未见报道，具有原创性，具有广阔的应用前景，具体表现为以下三方面：一是科技含量高、竞争能力强。该项目研究的焊接材料其特点是对大型齿轮可以采用免预热、免热处理进行堆焊及再制造，避免了超大型齿轮无法预热的难题；而对于象热轧辊这样含碳量较高的零部件，可以简化堆焊过程中的热处理工艺。更重要的是，采用本焊接材料堆焊修复及再制造的零部件具有较高的耐磨性和使用寿命，用其修复的各种机械零部件，在高、中、低碳钢设备中，比原配件的耐磨性和使用寿命提高3－5倍。二是企业利润高、社会效益好。在利润方面，以燕鑫公司修复及再制造大型齿轮为例，为首钢修复及再制造各种机械零部件，一年可获利300－500万元。另外，同时还在修复及再制造一些大型天车轮、热轧辊、剪刃等其它机械零部件的话，其利润是无法估量的。在社会效益方面，通过堆焊修复及再制造这些长期堆弃在厂区的大型机械零部件，省去了采用传统生产方法制造这些大型机械零部件过程中所需的冶炼、浇注、锻造、加工、热处理等环节，不仅降低了其生产成本，简化了生产工艺，节省了冶炼、浇注及热处理过程中所消耗的大量能源，更消除了上述过程中对环境所造成的污染，真正实现了“绿色”生产。三是适用范围广、发展前景好。该项目研制的特种焊材，可以根据各种机械零部件的材质不同而调整成分，适用与各种钢铁冶金、矿山、水泥等行业。就首钢一家的修复量，目前存放待修的就需6－7年才能完成，而每半年都要更换下一大批旧齿轮、天车轮、轧辊、剪刃等，修复量是非常大的。以上仅是首钢一家，其它如唐山钢铁公司、邯郸钢铁公司等都开展堆焊修复及再制造技术的话，发展前景是非常乐观的。