摘要：新型复合耐磨板是采用新型明弧堆焊药芯焊丝和新型堆焊工艺制备而成，其合金耐磨层主要是体积分数达到50%以上的碳化物，其堆焊过程中不用添加焊剂，熔敷效率高，焊接工艺性能稳定，具有优良的耐磨性能和韧性，其性能优于带埋弧焊复合耐磨板。
本文主要介绍了新型明弧焊复合耐磨板的优点及焊接工艺的过程，旨在加深人们对它的认识，使其更加广泛地应用于矿山、水泥、钢铁、电力等行业1 前言在现代化大规模的工业生产中，磨损导致机械部件的失效问题是非常严重的，特别是随着化工、能源、交通等行业的迅速发展，在现代化工、水泥、冶炼领域中，磨损导致的失效问题更加严重。
随着表面工程技术的发展，大面积复合耐磨板堆焊技术得到推广和使用，美国、加拿大、澳大利亚、英国等已将这一技术广泛应用于工业生产中，而我国是近几年才开始大范围应用，北京赛亿科技有限公司研制开发的明弧焊堆焊耐磨板，是在普通Q235钢板上采用新型明弧堆焊药芯焊丝堆焊制成的新型耐磨复合钢板。
2 复合耐磨钢板的优点2.1 高耐磨性耐磨层的化学成分中碳含量达3%~6%，铬含量高达20%~40%，其金相组织中碳化物的体积分数达到50%以上，宏观硬度为HRC55~65，碳化物的显微硬度为HV0.1
1400~1800，高于沙石中石英的显微硬度HV0.1800~1200耐磨复合钢板的耐磨性能为热处理耐磨钢的5~6倍、不锈钢的6倍、高锰钢的5~6倍、Q345(16Mn)的12倍（常温磨粒磨损实验数据）。
在堆焊耐磨板时，采用特殊工艺方法控制碳化物的生长方向，使碳化物的生长方向与磨料流动方向相垂直，即使与同成分和硬度的铸造合金相比较，耐磨性能也提高1.3倍以上，其耐磨性远远高于喷焊和热喷涂等方法制备的耐磨层，完全适应含尘浓度不大于3kg/。
m3、气流速度不大于25m/s等工况条件下的粉尘磨粒磨损2.2 良好的抗冲击性耐磨复合钢板的基板为低碳钢或低合金钢等韧性材料，体现了双金属的优越性耐磨层抵抗磨损介质的磨损，基板承受介质的载荷，因此具有良好的抗冲击性，可以承受物料输送系统中高落差料斗等工况条件下的冲击和磨损。
2.3 方便的加工性能耐磨复合钢板可以切割、较平、制孔、弯曲和卷园，制成平板、弧板、锥板、圆筒等形状切割好的复合板可以通过拼焊的方式制成各种形式的工程结构件或零部件复合板还可用模具热压成复杂形状耐磨复合钢板可以用螺栓或焊接等方法固定在设备上，方便更换维修。
2.4 性价比高耐磨复合钢板虽然制造成本较高，但能大大延长部件的使用寿命，因而维修费用和停机损失大为降低，高的设备利用率就意味着高的生产效率和企业经济效益，其性价比较之普通材料高约5~8倍对于物料处理量越大，磨损越严重，对运转率影响越大的设备，使用与之相适应的耐磨复合钢板，其产生的经济效益越明显。
3 基材及焊丝的选择3.1 基材的选择复合耐磨板的基材要求有较好的韧性和可焊性,且价格适中根据市场调研和分析，相对其他结构钢材料，Q235 钢含碳量适中，综合性能较好，强度、塑性和可焊性都相对较佳， 所以采用Q235 碳素结构钢作为复合耐磨板的基材，其化学成分如表 1 所示。
表1 Q235 钢的力学性能和化学成分（质量分数）牌号等级化学成分（质量分数）（%）CMnSiSP≤Q235A0.14~0.220.30~0.650.30.050.045B0.12~0.200.30~0.70
0.045C≤0.180.35~0.800.040.04D≤0.170.0350.035由于这四种 Q235 钢的屈服强度和抗拉强度一样，化学成分略有差别，考虑到成本问题 ，我们选用 Q235 做为复合耐磨板的基材。
3.2 焊丝的选择通过反复试验，我们选用北京赛亿科技有限公司研制开发的药芯焊丝WRP260 明弧堆焊焊丝，该焊丝熔敷金属的化学成分如表 2，其熔敷金属是Fe-Cr-C-B-Si 型高铬合金材料，22%~27%的铬含量和3.0%~6.0%的碳含量，可以在堆焊层中形成体积分数超过 50% 的C
r7C3 碳化物（如图 1 所示）。表2 WRP260 熔敷金属的化学成分,%成分CMnSiCr其他FeWRP2604.0`5.00.5~2.00.5~2.220~292Bal.
图1 熔敷金属的堆焊层显微组织在合金组织中碳化物是组成物中硬和耐磨的相（碳化物的显微硬度为 HV0.1 1300～1800），该堆焊层组织中存在大量的碳化物相，使得在磨损过程中磨粒的压入及摩擦受到强烈阻碍。
同时，共晶组织同碳化物有适宜的强度结合，可使碳化物不易脱落，相当于在一定强度的基体上嵌入高硬度颗粒，尤其是在施焊过程中我们采用特殊工艺，使碳化物的生长方向垂直于板面，因此整个堆焊层具有优良的抗磨粒磨损性能。
堆焊层表面平均宏观硬度值能达到 55~65HRC4 堆焊工艺过程4.1 工艺参数选择根据堆焊层工作条件，首先是硬 度的要求，同时参考母材板厚、堆焊高度及堆焊效率来选择工艺参数经过反复试验，确定了采用明弧堆焊 焊丝在不同板厚和不同焊层厚度的理想工艺参数，如在 8mm 的 Q235 钢板上堆焊 4mm 时，其理想工艺参数如下：。
焊丝直径2.8mm，焊接电流300A，焊接电压34V，焊接速度 11mm/min，焊枪摆幅50mm由于焊机（或焊丝直径）的不同，基材及堆焊层厚度的不同，其理想焊接参数和规范也会有较大的差异4.2 堆焊工艺方法。
在堆焊前先将明弧堆焊焊丝穿过送丝轮和导电嘴，焊枪接电源正，基材接电源负，通电后焊丝先与基材之间形成电弧，随焊枪摆动向前焊接，电弧开始在焊丝与基材之间产生，进入稳定焊接过程（如图 2）在堆焊过程中，焊枪的摆动宽度应大于焊丝直径的4 倍以上，以避免摆动过宽造成焊道两侧熔深过大，摆宽过48窄造成成形不良。
堆焊过程中的易损件，如导电嘴、送丝轮应及时更换， 否则会导致送丝不畅，而产生断弧焊丝的干伸长度要适中，不能过长或过短（一般25mm）过长会导致焊道不直，影响焊缝成形；过短会导致断弧，影响连续焊接和耐磨板的质量。
图2 堆焊原理示意图图 2 是一个简易的堆焊原理示意图，在实际的生产过程中，我们采用赛亿科技单头明弧全液压堆焊设备（如图 3 所示）采用这种方法能大大提高生产效率，降低成本如堆焊规格为2200mm×4000mm的Q235钢板，当选用2.8mm焊丝，堆焊4mm厚度时，大约只需要7h，一人操作即可完成整张板的焊接。
同时焊接过程中采用喷力水冷技术，既可提高冷却速度，也可提高耐磨板的硬度和耐磨性
图3 赛亿科技单头明弧全液压堆焊设备及耐磨板焊接速度的选择：从堆焊成形角度讲，焊接速度太小时，由于线能量过大熔化了较多的金属，使熔化金属向焊缝两边流淌，影响焊缝成形，同时容易造成边缘部分与基材间产生未融合的缺陷；焊接速度太大时，会使堆焊层中间下凹或者薄厚不均匀。
通过多次试验，我们选择的焊速一般在10~15mm/s之间，随着焊接电流的增加，焊速也略有增加此外，焊速还影响堆焊层厚度，焊速越快，堆焊层越薄所以在实际堆焊时，应综合考虑多方面因素来选择焊速4.3 堆焊层焊接应力的释放
由于焊接热应力的作用，复合钢板的堆焊层表面分布着许多裂纹，这些裂纹可以起到释放焊接应力、减少母板变形的作用堆焊层的裂纹应该是细小、分散、无序、不深入母板的、与焊道长度方向垂直的裂纹这种裂纹是焊接过程中应力释放的结果，有助于提高复合耐磨板的韧性，防止耐磨层脱落。
此外，高铬耐磨堆焊板的加工性能良好，其表面的细丝状应力释放裂纹，也可避免耐磨复合钢板在加工过程中发生脱落、剥离4.4 复合钢板的较平堆焊后的复合钢板一般会出现较严重的变形，母板越薄，变形越严重堆焊时，为防止母板变形，一般会在母板四周采用压板或压杠压紧。
但在焊接热应力作用下，母板可产生平面方向的收缩位移变形严重时，收缩位移量可达母板长度尺寸的 4%～6%当焊后松开压板时，复合钢板会产生翘曲变形经过研究与试验，采用卷板机较平的方法可以较平复合耐磨板，将制备好的变形耐磨板通过卷板机的作用，卷弧拉伸基板母材，母板的变形会逐步变小，后消失，尺寸较大、变形较严重的钢板需多次拉伸才可
较平采用这种方法可使复合钢板的不平度不大于5mm/m，完全可以满足像衬板、溜槽、料斗、筛板等对平整度要求不是特别高的设备及零件的使用要求5 堆焊层硬度测试选用Q235作为基板，焊丝采用相同的焊丝WRP260、相同的工艺，在不同厚度的基板上，堆焊不同厚度的堆焊层，进行大面积（大于8.8m2）的堆焊试验，然后对每种规格堆焊板取样（如图 4）进行检测，其表面硬度的平均值如表3。
图4 部分测试试样表3 各种规格耐磨板的硬度规格，mm6+48+48+510+510+610+822+10表面硬度，HRC58.259.960.260.161.562.765.5从表3可以看出，耐磨板的表面硬度随着基板厚度的变化略有变化，主要是检测误差所致，但随着堆焊层厚度的增加，硬度增加较为显著；当堆焊层厚度大于4mm时，不管基板厚度如何，其表面硬度均大于58HRC，达到了耐磨板的设计要求，也满足产品对耐磨板的使用要求。
6 结语采用明弧焊药芯焊丝堆焊生产复合耐磨钢板，与其他工艺方法相比，其工艺过程操作简单方便，堆焊层稀释率低，熔敷效率高，板材整体变形小，堆焊面硬度高，耐磨性强，再加工性能良好利用该工艺技术生产的耐磨板产品，因其具有性能指标先进、产品质量稳定、生产成本较低、适应性强等特点，在不同的行业得到广泛应用，具有很强的市场竞争力，已经被越来越多的耐磨板生产企业采用，具有很好的社会经济效益。
北京赛亿科技有限公司于2006年成立于中关村北京科技大学科技园，是一家专门从事热喷涂材料、耐磨复合钢板、堆焊材料研发与销售，药芯焊丝生产设备的研发与销售的高新技术企业公司生产的碳化铬合金耐磨复合钢板生产规格，欢迎咨询选购~。
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