粉芯丝材在表面与再制造技术中的应用
贺定勇，蒋建敏，周 正等
电焊机
内容导读：粉芯丝材在材料表面工程和再制造中也是一种常用的材料，通过提高其性能，对其减少损耗，减低成本有很大的意义。
摘要：粉芯丝材是材料表面工程和装备再制造技术中常用的一类耗材，通过用金属带材包裹不同类型的填充粉束(如：金属、舍金、碳化物、氧化物等)构成，大大扩展了粉芯丝材的成分和应用，也可提高沉积金属层的质量，在许多抗磨、耐蚀热喷涂和焊接工程应用中得到成功应用，其中铁基粉芯丝材由于其较好的经济性应用最广。对粉芯丝在热喷涂和堆焊工程中的典型应用进行简介，实际工程中正确选择粉芯丝材和再制造技术对提高技术水平和产品性能具有重要的意义。
关键词：粉芯丝材；再制造；热喷涂；堆焊
1粉芯丝材概述
应用表面工程技术对机械产品中易损零件表面进行强化，以延长产品的使用寿命已取得了很多成功的应用。特别是再制造过程中所表现的节约能源、节约材料、环境友好等优点，使再制造工程得到了大力的支持和发展。粉芯丝材是由金属外皮包裹一定量的粉芯构成，一般是直径为104．0mm的丝材。主要有焊接用药芯焊丝田，Ⅸ-100∞edWi哟和热喷涂用粉芯丝therml Spray Cored Wire)。金属外皮通常采用易于轧制成形的低碳钢、不锈钢、镍、镍铬、铝、锌等带材，厚度O．3—0．8mm，宽度8-16mm。粉芯丝材中的粉芯包括金属、合金、陶瓷、矿物粉等。
丝材是表面再制造加工技术中常用的一类耗材，常用于堆焊和热喷涂方法中。丝材有实芯丝材和粉芯丝材两种。实芯丝材是经过熔炼、浇注、锻造、轧制、退火及拉拔等工艺制成，使用时操作方便，生产效率高，存在的主要问题是调节成分困难，有些特殊成分合金硬而脆，不能轧或拔丝。因此实芯丝材品种少，应用范围窄。而粉芯丝材具有成分调节容易、调节范围广、可获得特殊合金成分等独特的优越性，在国内外已得到成功应用。粉芯丝材的制造工艺主要有以下几种方法：按所使用原材料可分为冷轧带钢法、盘圆法、钢管拔制法和在线焊合法；按产品的结构分为有缝和无缝型；按成形工艺分为轧-拔法、模拔法和全连轧法。
目前有缝型粉芯丝材主要以技术相对成熟的冷轧带钢轧一拔法为主；无缝型粉芯丝材由于不吸潮、导电性好和送丝流畅等优点，在某些特定场合(低氢、高韧性要求)具有应用前景。
2热喷涂粉芯丝材的研究和工程应用
热喷涂粉芯丝材主要有Fe基、Ni基和Al基等类型，可用于电弧喷涂和氧乙炔火焰喷涂等方法，工程中电弧喷涂丝用量远大于火焰喷涂，并具有相对高的结合强度、低孔隙率和高效率。电弧喷涂中常用丝材直径2．0mm和1．6mm，国内以2．0mm为主，国外则以1．6mm为主。前期研究结果表明：成分相同的情况下，采用直径1．6mm粉芯丝材喷涂粒子的雾化效果优于直径2．0mm的丝材，相关对比试验研究还在进行中。
目前在电弧喷涂工程中，Fe基粉芯丝材涂层主要用于抗高温冲蚀磨损、抗高温氧化和腐蚀，大量热喷涂粉芯丝材在燃煤电站锅炉和垃圾焚烧炉“四管”防护中得到成功应用。此外，钢厂的转炉烟罩、轴类零件、曲轴等防护或修复也使用粉芯丝材。
北京工业大学是国内最早从事粉芯丝材研究和生产的单位之一，在粉芯丝材的研究方面取得大量的科研成果，产品在实际工程中得到大量使用。典型的几种热喷涂粉芯丝材产品如下：
(1)KM90型高硬度耐磨粉芯丝材。研制的高硬度耐磨材料主要为Fe—B及Fe—C卜B-Si系粉芯丝材，喷涂层具有结合强度高(大于50MPa)、硬度高(显微硬度HVQ。800--980)、耐磨性好等特点。主要应用于电站锅炉管道、风机叶片、烟道以及油田钻杆的强化和修复。
(2)含非晶高硬度高耐磨粉芯丝材(牌号：KM99／KM99BC)。采用不锈钢带为外皮包覆一定量的Cr3C2或WC或BC。陶瓷粉末及其他合金粉等构成。喷涂层结合强度高(大于55MPa)、硬度高(显微硬度HVnl900-1200)、耐磨性好。已应用于CFB电站锅炉管道、风机叶片、烟道的耐磨防护，垃圾焚烧炉过热器防护。可替代镀硬铬涂层。
(3)DIMO型高结合强度耐磨焊芯丝材。电弧喷涂涂层具有高结合强度，可取代铝青铜以及价格昂贵的镍铝、钼等打底用丝材，低成本，并具有一定耐磨性。并成功应用于发动机曲轴、轴承座再制造，以及零件表面恢复尺寸。
(4)耐磨、耐蚀，抗高温氧化粉芯丝材(牌号：MS50／MS60／MS80)。涂层以Fe基高铬合金以主，在煤粉炉“四管”抗高温冲蚀磨损、抗硫腐蚀，造纸烘缸；印刷辊等耐磨、耐蚀涂层方面应用。
3堆焊药芯丝材的研究和工程应用
堆焊药芯焊丝主要有Fe基和Ni基等类型，广泛用于气保焊、埋弧焊和明弧自保焊等工艺制备耐磨、耐蚀、耐高温氧化堆焊层。堆焊用药芯焊丝直径1．2-4．0mm。耐磨堆焊用药芯焊丝成分体系复杂，国内至今还未建立统一的国家标准，如何选用堆焊药芯焊丝。应考虑以下几个方面：
(1)零部件(基体)材质。碳钢、合金钢、锰钢以及铸钢、铸铁等。可根据基体材质选择合适的打底层或恢复尺寸的焊材。
(2)磨损工况。工程中的磨损类型主要有磨粒磨损、金属一金属问摩擦磨损、冲蚀磨损等。主要用于指导选择合适的耐磨工作层焊材。
(3)堆焊方法。不同的焊接方法对焊丝的设计、规格以及工装卡具等提出不同要求。北京工业大学近几年关注的耐磨堆焊用药芯焊丝研发及工程应用情况如下：
(1)以解决严重磨粒磨损工况的高铬铸铁(Fe-Cr-C)耐磨合金体系。为提高Fe-Cr-C系堆焊层的使用性能，需添加一定量的Nb、Mo、V、B、Ni、Ti等合金元素。Fe—C卜C系列耐磨堆焊丝材在磨辊、磨盘、辊压机、单齿辊、耐磨风机等制造和再制造，以及耐磨复合钢板明弧堆焊中得到成功应用。
(2)针对地铁盾构机刀具受强烈冲击和磨粒磨损的工况，开发Fe-C-Ni-Mn-Mo系堆焊药芯焊丝。在国内多个城市地铁盾构施工中发挥了作用。该合金体系丝材还可用于大型齿轮堆焊修复；煤炭、矿石等装载机料斗和刃12堆焊修复；有套管的石油钻杆耐磨带堆焊等，可有效解决有冲击载荷作用下的高应力磨粒磨损。
(3)低合金热强钢用于热作模具的制造和再制造。主要以Fe-C-Mo-Ni合金体系为主，解决热作模具的高温耐磨、抗氧化和疲劳性能等。
(4)此外，在钢厂连铸辊、开坯辊、支撑辊，中温高压阀门，破碎机锤头，采煤机中部槽,锅炉水冷壁，风机叶轮耐磨堆焊等方面进行了药芯焊丝的开发和研制。堆焊技术在工程中应用实例如图2所示。
4结论
粉芯丝材可广泛用于材料表面工程和装备再制造技术中，强化了机械产品中易损零件表面，延长产品的使用寿命，是一种有发展前景的材料。
参考文献略
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