保護氣體對碳化鎢藥芯焊絲堆焊層組織及性能的影響袁曉波1,2，李鋒1，王娟2，牛犇3，易江龍3，鄭開宏2(1.沈陽工業大學材料科學與工程學院，沈陽110870；2.廣東省材料與加工研究所，廣州510650；3.廣東省焊接技術研究所(廣東省中烏研究院)廣東省現代焊接技術重點實驗室，廣州510650)摘要：采用自制藥芯焊絲，利用3種保護氣體(純氫氣，80%Ar+20%CO2和純CO2氣體)制備碳化鎢/鐵基堆焊層，對不同保護氣體下WC顆粒溶解擴散、堆焊層組織、硬度及耐磨性進行研究.結果表明，采用純氬氣保護堆焊時，WC顆粒的溶解擴散層寬度約為3μm，WC顆粒邊緣以須狀共晶組織為主，焊層顯微硬度為790HV±20HV，磨損量為mg；保護氣體為純CO2時，擴散層寬約為5μm，共晶組織形態為菊花狀、魚骨狀或類團絮狀，顯微硬度為590HV±15HV，堆焊層表面磨損程度小，磨損量為mg，較純氬氣保護降低了63%倍，耐磨性相對較好.關鍵詞：保護氣體；碳化鎢；堆焊層；顯微組織；耐磨性0序言氣體保護藥芯焊絲堆焊技術操作簡便、效率高，可有效提高設備耐磨、耐熱等特殊使用性能，延長材料壽命，降低生產成本，廣泛應用于零件修復與生產再制造。從焊縫強度級別上看，490MPa級和590MPa級的藥芯焊絲已普遍適用；陜西品質藥芯焊絲
三個堆焊層的母材硬度值基本一樣，而焊層整體硬度均遠高于母材.硬度值由母材向焊層過渡時，在熔合區處有明顯陡升現象，存在硬度梯度，且純氬氣保護時極大，純CO2氣體保護時極小，這是因為當保護氣體中含CO2時，會對C，Cr，Mn等部分元素造成一定的氧化燒損，元素間濃度梯度降低，擴散程度減弱，硬質碳化物的形成量在過渡區相對減少，硬度梯度降低，陡升幅度變小，對改善界面力學性能有利[8].焊層中的顯微硬度值存在波動，并偶有“峰值”出現，這與焊層中的微觀組織成分和形態密切相關.由于堆焊層中含有未完全溶解的球形WC顆粒、WC燒損擴散形成的共晶組織、反應析出的硬質碳化物以及基體等多種硬度不同的復雜相，因此堆焊層內的顯微硬度值必然不穩定.純氬氣體保護時堆焊層硬度值極大，約為790HV±20HV；純CO2氣體保護時硬度值極小，約為590HV±15HV；80%Ar+20%CO2混合氣體保護時硬度值居中，接近700HV.圖6堆焊試樣的剖面顯微硬度值分布Distributionofmicrohardnesscurvesofdifferentspecimencross-section堆焊試樣表面磨損情況見表2，純氬氣體保護堆焊試樣的磨損量極大為mg，而另外兩個試樣的磨損量相近，分別為mg.一般認為，金屬材料的硬度可以在一定程度上反映其耐磨性。四川實用藥芯焊絲焊接工藝性能包括電弧穩定性、飛濺顆粒大小及數量、脫渣性、焊縫外觀與形狀等。
a)是觀察使用發明例2來制造的藥芯焊絲的照片，(b)是放大(a)的外皮部分的照片。通過圖1可知，外皮處于較為同質的狀態，因此可知能夠確保良好的拉拔加工性。另一方面，通過圖2可以確認，外皮不均質，因此可知難以確保良好的拉拔加工性。綜上所述，根據本發明，通過適當控制合金組成和制造條件，可以明顯改善焊接部偏析的發生，同時可以減少助焊劑內合金元素，從而增加用于改善焊接操作性的助焊劑含量，因此能得到低溫韌性和焊接操作性優異的藥芯焊接用冷軋鋼板。因此，使用本發明的冷軋鋼板，可以減少導致工藝成本上升的助焊劑內合金元素的添加量，并且明顯減少焊接部內偏析，從而可以減少焊接部龜裂的發生，而且可以確保焊接部件的穩定的操作性，因此能降低產品的材質偏差，在成本節約和操作性改善方面上也有效果。
以面積％計，本發明的冷軋鋼板推薦具有由1～6％的碳化鐵和余量的鐵素體構成的微細組織。當所述碳化鐵的分數低且小于1％時，無法促進碳化物的析出，并且因鋼中固溶元素而成為顯示應變時效缺陷的原因，但是，當碳化鐵分數超過6％時，不只成為拉拔加工時龜裂的原因，還存在耐蝕性變差的問題，因此所述碳化鐵的分數推薦具有1～6％的范圍，可以更推薦為～％。本發明的冷軋鋼板的延伸率可以為40％以上。由于滿足這種物理性質，可推薦用作藥芯焊絲用材料。當延伸率小于40％時，在焊絲的拉拔加工時截面收縮率變小，從而可能發生使制管加工性變差且加工時發生諸如撕裂的龜裂的問題。此外，根據本發明制造的冷軋鋼板的焊接部偏析指數為％以下，在-40℃下的低溫沖擊能量可以是50j以上。更具體地，表示使用利用本發明的冷軋鋼板制造的藥芯焊絲焊接的焊接部的偏析指數，焊接部偏析指數是利用在焊接部的整個面積中由添加元素引起的偏析部所占的面積的比來表示。在焊接部發生偏析時，加工時應力集中在偏析部而成為斷裂的原因。在焊接后第2次加工時，為了防止由于焊接部偏析而引起的撕裂，焊接部的偏析指數推薦為％以下，可以更推薦為％以下。在以往的藥芯焊絲中，為了確保低溫韌性，將鎳。調整焊劑的成分和比例極為方便和容易，可以提供所要求的焊縫化學成分。
該區域組織以γ-Fe為主.圖2WC顆粒及周圍組織的金相圖MetallographicstructureofWCparticlesandadjacentarea堆焊層顯微組織及分布圖5為不同保護氣體下WC/鐵基堆焊層的剖面及表面顯微組織.上側堆焊層與下側母材間的界面結合良好，并由于原子序數小的碳元素的擴散遷移能力強，在熔合區生成一條黑色馬氏體帶.結合堆焊層XRD圖譜可知，堆焊層主要由胞狀γ-Fe基體，M7C3，M3C和M23C6型碳化物，高硬度富鎢相Fe6W6C，Fe3W3C及WC和W2C組成，其中M表示Fe，Cr，Mn，Mo元素.馬氏體帶上方晶粒沿熱流逆傳導方向，快速凝固生長.近熔合線處的溫度梯度G較大，結晶速度R較慢，成分過冷度極小，從而形成了一層白色平面晶；隨著液固界面不斷推進，溫度梯度G逐漸減小，結晶速率R逐漸增大，成分過冷增強，晶粒生長方式由無晶核的平面晶發展為沿著垂直于界面方向生長的柱狀樹枝晶；焊層表面受空氣的熱傳導作用，能量有所散失，形核能力增強，利于形成等軸樹枝晶[7]，如圖5b，圖5d，圖5f所示.圖3不同保護氣堆焊層的WC顆粒周圍顯微組織SEMmicrographsofWCparticlesandadjacentareas表1圖3中各微區元素含量分析結果(質量分數。藥芯焊絲可用于焊接各種類型的鋼結構，包括低碳鋼、低合金高強鋼、低溫鋼、耐熱鋼、不銹鋼及耐磨堆焊等。四川藥芯焊絲品牌
低碳鋼及高強鋼用藥芯焊絲的品種多、用量大。陜西品質藥芯焊絲
所述焊接部件是使用直徑為，并且使用先導(pilot)焊機對以電壓為29伏特、電流為150～180a、焊接速度為每分鐘14cm的條件制造的焊接部件實施試驗。[表1][表2][表3]通過所述表1至表3可知，對于滿足本發明提出的合金組成和制造條件的發明例1至9，不只通板性良好，而且還滿足了作為所期望的藥芯焊絲用冷軋鋼板的材質基準的40％以上的延伸率。此外，制造成焊接部件的焊絲偏析指數也小于％，因此在第2次加工時不會發生焊接部的撕裂或龜裂，從而能夠確保優異的加工性。并且，在-40℃中的沖擊能量也是50j以上，從而能夠確保優異的低溫韌性。另一方面，比較例1至4滿足本發明提出的合金組成而沒有滿足制造條件，可以確認其軋制通板性(比較例1至3)和退火通板性(比較例4)變差，并且其延伸率低于目標或在-40℃中的沖擊能量為50j以下或拉拔加工性不良。比較例5至9滿足本發明提出的制造條件而沒有滿足合金組成，比較例10均未滿足合金組成和制造條件。可以確認比較例5至**部分沒有滿足本發明的目標延伸率、焊接部偏析指數及沖擊能量等，而且通板性也不良。此外，在拉拔加工時發生了撕裂或者龜裂。圖1和圖2分別是觀察發明例2和比較例5的微細組的照片，。陜西品質藥芯焊絲
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