一種水輪機用抗空蝕和磨蝕堆焊焊條的製作方法
2023-05-21 18:41:11
專利名稱：一種水輪機用抗空蝕和磨蝕堆焊焊條的製作方法
技術領域：
本發明涉及堆焊技術，具體地說是一種水輪機用抗空蝕和磨蝕堆焊焊條。
背景技術：
水輪機過流部件因受空蝕和泥沙磨損而過早破壞是水力發電設備普遍存在和極為關注的問題，特別是我國長江、黃河等流域，由於生態環境惡化，水土流失嚴重，水中含沙量高，水輪機的損壞尤為突出。為此，我國政府每年要投入大量的資金，進行發電機組的大修，加上汛期停止發電的損失，成本是相當驚人的。為了解決這一難題，長期以來人們一直致力於水輪機破壞機制研究以及抗磨蝕材料的研製。過去在材料的設計方面，即包括了整體材料的開發，又包括了材料表面改性技術的研究。由於多數情況下由空蝕和泥沙磨損引起的破壞只發生在過流部件特定的表面位置，所以採用性能優良的高合金鋼製造整體過流部件是很不經濟的。鑑於此，近年來人們針對水輪機過流部件，開展了各種表面處理技術的研究，以期提高過流部件的抗磨蝕能力。焊條堆焊作為水輪機過流部件尺寸恢復和防護處理的一種手段，由於其操作簡單、現場實用性強、成本相對較低，而得到了廣泛應用。
目前我國現有的水輪機葉片堆焊焊條常用的市購產品有D276和D277、A102和A132以及D642等幾種。D276和D277焊條耐磨蝕性能較好，但工藝性能較差，特別是含錳量過高，焊接過程中產生大量的錳蒸氣對人體有害，故實際應用不受歡迎。A102和A132屬於奧氏體型焊條，焊接性能好，具有良好的抗空蝕性能，但抗磨蝕性能較差。D642屬於高鉻鑄鐵型焊條，有很高的硬度，堆焊合金具有良好的抗空蝕和磨蝕性能，但焊接性能很差，堆焊層易出現網狀裂紋，且難以打磨、修型，應用上受到了限制。最近中國專利申請(公開號為CN1124685A)提供了一種CrNiB系的抗磨蝕堆焊焊條GB1，主要含有鉻、鎳、硼三種元素，成分範圍如下(重量百分比)Cr 13～20，Ni 5～10，B 0.8～2.0，Fe餘量。該焊條的金相組織為奧氏體加合金共晶組成，硬度中等，易打磨加工，且具有較好的抗空蝕性能和良好的抗衝刷磨損性能，但由於該焊條含有高達10％左右的Ni含量，成本較高。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有中等硬度、抗裂性良好特點的同時，抗空蝕和磨蝕性能更優，成本低的水輪機過流部件用堆焊焊條。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是由焊芯和藥皮構成，堆焊合金的主要化學成分(重量百分比)為C 0.25～0.80％，Cr 14～20％，Mn 4～9％，Ni 3～7％，B 0.7～1.4％，Cu 0～0.8％，Fe餘量。焊條的焊芯採用2Cr13，藥皮採用CaCO3-CaF2-SiO2鹼性低氫型渣系，其它合金元素通過焊條藥皮過渡。
本發明的原理如下本發明要求堆焊合金的金相組織以亞穩的奧氏體基體為主，是因為在硬度相同的情況下，亞穩奧氏體比馬氏體組織的抗空蝕和磨蝕性能好；亞穩奧氏體在外力衝擊作用下，容易發生馬氏體相變，不僅提高了材料表面的硬度和強度，有效地抵禦了微射流或沙粒等衝擊力的作用，而且還吸收了較高的引起空蝕損傷的衝擊能；合金中用錳代替部分鎳，一方面考慮從經濟上的原因，更重要的是因為雖然錳和鎳都是奧氏體化元素，但鎳提高了奧氏體組織的層錯能，而錳降低了奧氏體組織的層錯能，有利於提高奧氏體組織的加工硬化能力；合金中加入少量元素Cu，目的是增加奧氏體的不穩定性；而加入微量元素B的目的是得到沿奧氏體邊界形成的高硬度硼化物共晶組織，它們構成耐磨「骨架」，有利於提高堆焊合金的抗磨蝕性能。
本發明具有如下優點(1)本發明焊條的焊接工藝性能良好，脫渣容易、飛濺小、煙塵適中，抗裂性能較好。
(2)本發明堆焊合金的硬度中等，HRC30～45，易於打磨、修整。
(3)本發明堆焊合金具有優異的抗空蝕性能和良好的抗磨蝕性能，與現有技術中水輪機用材0Cr13Ni5Mo馬氏體不鏽鋼相比，其抗空蝕性能提高5～22倍，抗磨蝕性能提高1.5～2.6倍；適用於清水或含沙水中水輪機過流部件的修復或預保護。
(4)由於本發明採用少量的鎳成分，與現有技術中相比，成本降顯著低。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例1～2本發明以兩組焊條為例，其焊芯是直徑為4mm的2Cr13不鏽鋼焊芯，長度為450mm，採用的藥皮重量係數為1.0，藥皮採用CaCO3-CaF2-SiO2鹼性低氫型渣系，其它合金元素含在焊條藥皮中，其堆焊合金的化學成分列於表1，製作了兩組焊條DG1、DG2。
表1堆焊合金的化學成分
與比照例0Cr13Ni5Mo相比，本發明用部分錳代替一部分鎳，同時加入少量微量元素Cu、B，發明了一種CrMnNiB系的堆焊焊條。該焊條的硬度HRC30～45，金相組織由亞穩奧氏體以及奧氏體+硼化物的共晶組織組成。
在超聲振蕩空蝕實驗機上進行空蝕試驗，振動頻率為20kHz，峰-峰振幅為60μm，空蝕試驗結果見表2。
表2空蝕試驗結果
磨蝕試驗在旋轉圓盤儀上進行，試樣的前方放置圓柱做空蝕源，介質是自來水和粒度為200～300目石英沙組成的液/固雙相溶液，平均含沙濃度為1kg/m3，試樣的線速度為18m/s，磨蝕試驗結果見表3。
表3磨蝕試驗結果
權利要求
1.一種水輪機用抗空蝕和磨蝕堆焊焊條，由焊芯和藥皮構成，其特徵在於按重量百分比計，堆焊合金的主要化學成分為C 0.25～0.80％，Cr14～20％，Mn 4～9％，Ni 3～7％，B 0.7～1.4％，Cu 0～0.8％，Fe餘量。
2.根據權利要求1所述堆焊焊條，其特徵在於焊條的焊芯採用2Cr13，藥皮採用CaCO3-CaF2-SiO2鹼性低氫型渣系，其它合金元素通過焊條藥皮過渡。
全文摘要
本發明涉及堆焊技術，具體地說是一種水輪機用抗空蝕和磨蝕堆焊焊條。它由焊芯和藥皮構成，按重量百分比計，堆焊合金的主要化學成分為C 0.25～0.80％，Cr 14～20％，Mn4～9％，Ni 3～7％，B 0.7～1.4％，Cu 0～0.8％，Fe餘量。本發明堆焊合金與現有水輪機用材0Cr13Ni5Mo馬氏體不鏽鋼相比，抗空蝕性能提高5～22倍，抗磨蝕性能提高1.5～2.6倍，適用於清水或含沙水中水輪機過流部件的保護堆焊。
文檔編號B23K35/22GK1463819SQ0213247
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月26日 優先權日2002年6月26日
發明者姚治銘, 國旭明, 鄭玉貴, 敬和民, 姜勝利 申請人:中國科學院金屬研究所