一种双药皮焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属焊接技术领域，具体地说是双药皮焊条及其制备方法。
背景技术
磨损是金属材料失效的主要形式之一，提高金属耐磨性的方法有很多，包括化学热处理、镀层、堆焊、喷涂、激光表面处理、气相沉积等。其中堆焊技术由于效率高、成本低，应用较广。很多熔焊方法都能用于堆焊，其中焊条电弧焊工艺简单、使用灵活，在零部件修复、轧辊焊补、耐磨部件堆焊强化等方面广泛应用。
耐磨焊条药皮成分中含有一定量的石墨和Ti、V、Nb等合金元素，焊接过程中，二者发生冶金反应，生成TiC、VC、NbC等增强颗粒。但传统耐磨堆焊过程中，由于母材接一极，母材稀释率较大、熔敷系数低，焊接应力大，变形大，晶粒易粗化，熔覆层性能下降。虽然通过严格控制焊接参数、改善焊接材料来改善，但由于工件接电源一极，难以从根本上减少工件的热输入。
“高温耐磨焊条及其生产方法”(公开号：CN108393605A)公开了一种含有双药皮的焊条，由内药皮和焊芯组成，所述药皮重量系数为40-60％，所述药皮由内药皮和外药皮组成，其中内药皮涂覆在焊芯的外壁，外药皮涂覆在内药皮的表面上。双熔敷极焊条具有两根互相绝缘的焊芯，焊接时双芯分别接电源的两极，母材不接电源，稀释率较低，熔合比较小，效率高，这正符合耐磨堆焊的要求。但由于药皮成分中含有大量的石墨等导电颗粒，易导致双芯间由于导电而发生焊条击穿现象，影响焊条的正常使用。
山东大学在专利“双芯焊条及淡弧焊接工艺”(公开号：CN1161204C)中公开了双芯焊条，是通过两根单芯焊条粘合成双芯焊条，该结构不牢固，而且两根焊芯的焊接速率无法保证一致。
发明内容
本专利采用双药皮结构设计解决该问题，开发能够安全应用的双药皮双熔敷极TiC-VC-NbC型焊条，提供这种双药皮焊条的制备方法。具体技术方案如下：
作为本发明的第一个目的，在于提供一种双药皮双熔敷极TiC-VC-NbC型焊条，包括内药皮、外药皮两层药皮和两根焊芯，内药皮位于两根焊芯之间，内药皮中石墨含量为不超过4％，外药皮将两根相互平行的焊芯包裹，外药皮中石墨含量范围为10-15％，两根焊芯间距范围为0.8-2.0mm，所述内药皮和外药皮采用粘结剂粘结；焊芯质量分数为36～45％，药皮总质量分数为55～64％。
优选的，所述外药皮包含的组分和质量分数为：钛铁30为10-25份，碳化硼20-24份，石墨10-15份，钒铁2-12份，铌铁1-6份，萤石20-25份、大理石12-25份、人造金红石5-7份、云母3-5份、白泥1-3份。
优选的，所述内药皮包含的组分和质量分数为：钛铁30为10-25份，碳化硼5-9份，石墨2-3.5份，钒铁2-12份，铌铁1-6份，萤石20-35份、大理石15-30份、人造金红石6-9份、云母2-8份、白泥1-3份。
优选的，所述焊芯为碳钢H08A。
优选的，所述内药皮厚度范围为0.8-2.0mm。
优选的，所述外药皮厚度范围为0.8-2.0mm。
进一步的，所述粘结剂选自钠水玻璃或钾水玻璃。
优选的，所述外药皮成分为：钛铁30为15份，碳化硼24份，石墨12份，钒铁10份，铌铁5份，采用萤石20、大理石20份、人造金红石5份、云母3份、白泥1份；外药皮厚度：2mm。
优选的，所述内药皮成分为：钛铁30为15份，碳化硼9份，石墨2份，钒铁10份，铌铁6份，采用萤石20份、大理石20份、人造金红石6份、云母8份、白泥3份；内药皮厚度1mm。
所述焊条质量含量分数为36％，两焊条间距为2mm。
作为本发明的第二个目的，在于提供一种双药皮焊条的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、根据所需焊条规格制作焊芯；分别制备内药皮涂料和外药皮涂料，采用粘结剂和水将药皮粉料粘结；
步骤(2)、利用焊条涂压机将内药皮涂料涂覆在平行设置的两根焊芯之间；
步骤(3)、利用焊条涂压机将外药皮涂料涂覆在步骤(2)所得的带有内药皮的两根焊芯外周，而后烘干，即可制得所述的双药皮焊条。
优选的，在于提供制备所述双药皮焊条的涂压机，包括移动机构、焊芯固定机构、涂覆机构、到位检测机构和给药机构，所述涂覆机构设置于移动机构的一端，待涂覆的焊芯通过焊芯固定机构连接至移动机构上在移动机构带动下向涂覆机构移动，所述到位检测机构检测移动机构上的焊芯的位置，当焊芯穿插涂覆机构并最终越过涂覆机构时，到位检测机构控制移动机构返回；所述给药机构与涂覆机构连接并向涂覆机构提供内药皮涂料和外药皮涂料。
优选的，所述移动机构包括固定座和设置在固定座上的移动电机、滚珠丝杠、滑杆、滑块、第一继电器和第一电源，所述移动电机位于固定座的一端，移动电机与滚珠丝杠连接为滚珠丝杠旋转提供动力，所述滑杆为两条，分别位于滚珠丝杠两侧，滚珠丝杠、两条滑杆平行设置于固定座上，所述滑块上设置通孔供滑杆穿过，滑块上设置于滚珠丝杠配合的内螺纹，滑块随滚珠丝杠的旋转而移动；所述焊芯固定机构固定于滑块上随滑块移动。
所述焊芯固定机构用于固定两根焊芯，所述焊芯固定机构为间距可调的结构，所述焊芯固定机构包括可调间距的两个固定组件，每个固定组件上设置供焊芯穿过的通孔，两个固定组件相对位置通过紧固螺栓连接和固定，通过旋紧和旋松紧固螺栓调节两根焊芯之间的位置。所述固定组件中的一个焊接或者螺钉固定的方式固定于滑块上，另一个固定组件的位置可以移动。
优选的，所述涂覆机构为顺序设置的两套，分别涂覆内药皮涂料和外药皮涂料，分别包括外套框架和设置于外套框架中的内模板、以及与给药机构连通的给药孔，所述内模板内部设两根焊芯穿过的空腔，空腔上方留有给药管，给药管与外套框架的给药孔连通。给药机构提供的药皮涂料经给药孔进入涂覆机构内模板中，涂覆在焊条外围；
所述涂覆机构内模板中心与焊芯固定机构同轴设置，保证焊芯处于涂覆机构模板中心。
所述到位检测机构为第二继电器，设置于移动机构的固定座上。
优选的，所述给药机构为顺序设置的两套，分别提供内药皮涂料和外药皮涂料，包括动力电机、锥形齿轮、直齿轮、第二电源、设有外螺纹的旋转杆、设有内螺纹的推杆和包围在推杆外围的给药外套，所述锥形齿轮和直齿轮啮合，将动力电机的旋转输出为直齿轮的旋转，所述旋转杆一端与直齿轮焊接固定、另一端通过螺纹结构域推杆连接，所述推杆与给药外套通过花键连接，给药外套通过软管与涂覆机构连接，推杆与软管之间被给药外套包围处放置药皮涂料，当旋转杆旋转时，推杆沿给药外套滑动将药皮的涂料推出送至涂覆机构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了包含内药皮和外药皮结构的焊条，通过设置不同石墨含量的双药皮，避免了两焊芯之间因导电可能发生的焊条击穿问题，保证焊条的正常使用；
(2)本发明提供的焊条堆焊效率高、安全节能；堆焊硬度高、磨损失重大大降低；
(3)本发明高温耐磨焊条采用双药皮，药皮通过加入钒铁、铌铁，能够大幅度提高焊层的高温耐磨性；在外药皮掺入硼铁、石墨、钒铁和碳化硼等的耐磨材料，用石墨、Si来代替Mo和V等贵重金属，能形成碳化硼等硬质相，在保证堆焊合金耐磨性的前提下，降低了焊条的生产成本；
(4)为双药皮焊条设计了专门的涂压机，用于两种药皮成的涂覆，由于有内药皮与外药皮形状不同，且不同于现有药皮形状，根据不同的形状采用不同的内模板，保证涂压过程高效进行。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明提供的一种双药皮焊条的结构示意图；
图2为本发明提供的制备双药皮焊条的涂压机结构示意图；
图3为本发明提供的制备双药皮焊条的涂压机中焊芯固定机构结构示意图；
图4为本发明提供的制备双药皮焊条的涂压机中给药机构部分结构示意图；
图5为本发明提供的制备双药皮焊条的涂压机中涂覆机构结构示意图。
其中，1-内药皮，2-外药皮，3-焊芯，21-移动机构，22-焊芯固定机构，23-涂覆机构，24-到位检测机构，25-给药机构，211-移动电机，212-滚珠丝杠，213-滑杆，214-固定座，215-滑块，216-第一继电器，231-内模板，232-给药孔，251-锥形齿轮，252-直齿轮，253-旋转杆，254-推杆，255-给药外套；
d-两根焊芯间距，d1-内药皮厚度，d2-外药皮厚度。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：一种双药皮双熔敷极TiC-VC-NbC型焊条
如图1所示，包括内药皮1、外药皮2两层药皮和两跟焊芯3，内药皮1位于两跟焊芯3之间，其石墨含量处于使焊条击穿的临界石墨含量4％以下，外药皮2将两根相互平行的焊芯3包裹，外药皮中石墨含量范围为10-15％，两跟焊芯间距范围为0.8-2.0mm，两层药皮采用粘结剂粘结。其中粘结剂是钾水玻璃：钠水玻璃4:1的混合水溶液。
作为具体的实施例，所述内药皮、外药皮、焊条成分和质量分数列表如表1所示：
表1不同组分和质量分数的双药皮焊条
本实施例中，使用的铌铁采用FeNb70，钒铁采用FeV80-C。
实施例2：一种双药皮焊条的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、根据所需焊条规格制作焊芯；分别制备内药皮涂料和外药皮涂料，采用粘结剂和水将药皮粉料粘结；
步骤(2)、利用焊条涂压机将内药皮涂料涂覆在平行设置的两根焊芯之间；
步骤(3)、利用焊条涂压机将外药皮涂料涂覆在步骤(2)所得的带有内药皮的两根焊芯外周，而后烘干，即可制得所述的双药皮焊条。
烘干的步骤为焊条制备领域常规工艺，作为典型的实施例，具体烘干步骤为：将双药皮焊条首先在室温条件下放置24小时，然后放入烘干炉中依次经50℃保温1小时，120℃保温0.5小时，250℃保温0.5小时，随炉升温至350-360℃，保温2小时后出炉，得到高温耐磨焊条。
实施例3：制备所述双药皮焊条制备方法中步骤(2)和步骤(3)使用的涂压机，如图2所示，包括移动机构21、焊芯固定机构22、涂覆机构23、到位检测机构24和给药机构25，所述涂覆机构23设置于移动机构的一端，待涂覆的焊芯通过焊芯固定机构22连接至移动机构21上在移动机构21带动下向涂覆机构移动，所述到位检测机构24检测移动机构21上的焊芯的位置，当焊芯穿插涂覆机构23并最终越过涂覆机构23时，到位检测机构24控制移动机构21返回；所述给药机构25与涂覆机构23连接并向涂覆机构23提供内药皮涂料和外药皮涂料。
作为典型的实施例，如图2所示，所述移动机构包括固定座214和设置在固定座214上的移动电机211、滚珠丝杠212、滑杆213、滑块215、第一继电器216和第一电源，所述移动电机211位于固定座214的一端，移动电机211与滚珠丝杠212连接为其旋转提供动力，所述滑杆213为两条，分别位于滚珠丝杠212两侧，滚珠丝杠212、两条滑杆213平行设置于固定座上，所述滑块215上设置通孔供滑杆穿过，滑块215上设置于滚珠丝杠212配合的内螺纹，滑块215随滚珠丝杠212的旋转而移动；所述焊芯固定机构22固定于滑块215上随滑块移动。
所述焊芯固定机构22用于固定两根焊芯，作为优选的实施例，所述焊芯固定机构22为间距可调的结构，具体的，如图3所示，所述焊芯固定机构22包括可调间距的两个固定组件，每个固定组件上设置供焊芯穿过的通孔，两个固定组件相对位置通过紧固螺栓连接和固定，通过旋紧和旋松紧固螺栓调节两根焊芯之间的位置。所述固定组件中的一个焊接或者螺钉固定的方式固定于滑块215上，另一个固定组件的位置可以移动。
所述涂覆机构23为顺序设置的两套，分别涂覆内药皮涂料和外药皮涂料，如图5所示，包括外套框架和设置于外套框架中的内模板231、以及与给药机构连通的给药孔232，所述内模板231内部设两根焊芯穿过的空腔，空腔上方留有给药管，给药管与外套框架的给药孔232连通。给药机构25提供的药皮涂料经给药孔进入涂覆机构内模板中，涂覆在焊条外围。由于有内药皮与外药皮形状不同，且不同于现有药皮形状，根据不同的形状采用不同的内模板，本领域技术人员可以根据内药皮和外药皮的形状制备两种内模板，分别放置于两个涂覆机构中。
所述涂覆机构内模板中心与焊芯固定机构22同轴设置，保证焊芯处于涂覆机构模板中心。
所述到位检测机构24为第二继电器，设置于移动机构的固定座上。
如图2和图4所示，所述给药机构25为顺序设置的两套，分别提供内药皮涂料和外药皮涂料，包括动力电机、锥形齿轮251、直齿轮252、第二电源、设有外螺纹的旋转杆253、设有内螺纹的推杆254和包围在推杆254外围的给药外套255，所述锥形齿轮251和直齿轮252啮合，将动力电机的旋转输出为直齿轮252的旋转，所述旋转杆253一端与直齿轮252焊接固定、另一端通过螺纹结构域推杆254连接，所述推杆254与给药外套255通过花键连接，给药外套255通过软管与涂覆机构连接，推杆254与软管之间被给药外套255包围处放置药皮涂料，当旋转杆253旋转时，推杆254沿给药外套滑动将药皮的涂料推出送至涂覆机构23。步骤(2)中内药皮的涂覆在第一套给药机构上完成，步骤(3)中外药皮的涂覆顺次在第二套给药机构上完成。
所述涂压机的工作过程如下：
本结构通过两个电源分别控制焊芯的运动和药皮的输送，其中第一电源与两个继电器相连，当打开第一电源时，第一继电器工作，第一继电器216通过控制移动电机211开启来控制滑块215向前运动，在此之前焊芯固定机构22处应放置好了应有的两根焊芯，滑块215承载焊芯向前移动，直至焊芯穿插涂覆机构23，最终越过涂覆机构23尾端(此时到位检测机构4末端的第二继电器工作，第一电源断开)。在第一个电源开启的同时，控制锥齿轮的动力电机的第二电源也应启动，当锥齿轮转动时，最终输出的力通过直齿轮控制着调制好的药皮(装在给药机构25内)向涂覆机构23内匀速输送，使焊芯和药皮在涂覆机构23内组合。同时进行的两个过程应保持同步速度，以防焊条制作后形成的成分不均匀现象。
上述过程为焊条制作的内药皮的涂覆过程，内药皮涂覆完成后，移动机构承载两根焊芯继续向前移动到达第二套给药机构完成外药皮的涂覆过程，保证焊芯能够被足够的药皮包裹，确保焊接过程的稳定。
将实施例1-1～1-4中成分的双药皮焊条采用实施例3中所述涂压机以实施例2中所述工艺制备，所得产品采用国家标准“堆焊焊条洛氏硬度测定法”测定硬度，结果如表2所示：
表2实施例1-1～1-4以及普通焊条性能检测结果
可见，采用本发明提供的工艺和产品结构，可保证焊条安全可靠，熔敷率高于普通焊条，堆焊效率更高、更节能。焊接电流控制在150A-250A，堆焊层硬度在55HRC以上，磨损失重是Q235的1/20以下。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
