双熔敷极焊条电弧焊是一种新型焊接方法,焊接时两个焊芯分别接电源的两极,工件不接电源,电弧在焊条相互平行绝缘的两焊芯端部形成,利用熔滴携带的热量熔化母材,因此这种新型的焊接方法具有熔敷效率高、稀释率低、工件变形量较小和能源消耗少等优点。如果能把双熔敷极焊接技术应用于耐磨堆焊中,将具有很大的现实意义。本文运用双熔敷极电弧焊原理,开发了石墨型双熔敷极耐磨堆焊焊条,利用石墨和铁合金在高温电弧中发生反应,在普通碳钢表面上堆焊出具有TiC-VC增强相的耐磨熔敷层,通过对其微观组织的分析,研究了这种新颖焊接方法的增强相形成特点及其合金元素对熔敷层的影响。同时对焊条绝缘性、焊条药皮配方、药皮重量系数和堆焊参数等方面进行了研究。石墨型双熔敷极耐磨堆焊焊条的绝缘性好坏是其能否运用到耐磨堆焊中的基本条件,本文首先研究了影响石墨型双熔敷极耐磨堆焊焊条绝缘性的主要因素。试验研究表明,导电颗粒的粒度、两焊芯间距和水玻璃的种类及其质量是影响石墨型双熔敷极耐磨堆焊焊条绝缘性的主要因素。在保证焊条焊接工艺的基础上,当采用粒度为60～80目导电颗粒、石墨采用电极石墨、1.6mm焊芯间距、药皮干粉同钠水玻璃质量配比适中所制成的双熔敷极焊条绝缘性较好。适当的药皮重量系数(45～50%)条件下,石墨型双熔敷极焊条药皮中的石墨、钛铁和钒铁的质量百分比在10%～15%、15%～25%和18%～20%,焊芯间距为1.6mm所制成的焊条,在焊接电流为180～200A以及对应电弧电压为41～45V堆焊时,可获得硬度较高,成形良好的熔敷层。文中在双熔敷极焊条药皮中加入石墨、钛铁和钒铁等作为焊接冶金反应物,并对石墨型双熔敷极耐磨熔敷层中的增强相进行了分析。结果证明,石墨型双熔敷极耐磨堆焊焊条的特殊结构严重影响到Ti元素的过渡系数,当药皮重量系数较少(Kb为45-50%)时,熔敷层中形成的TiC很少。这主要是由于双熔敷极焊条焊接过程中两焊芯之间的药皮在燃烧的电弧之中,而这部分药皮中又能够产生较多的氧化性气体,增加弧柱区的氧化势。因此,药皮中的钛铁更容易参与氧化反应,使大量的钛铁在堆焊过程中起到了脱氧作用而被氧化,在熔渣中生成了大量的钛氧化物,以条状分布在熔渣中,少量的参与原位反应形成TiC。伴随着药皮重量系数的增加,熔敷层中的TiC数量增多。钒铁的加入,可以在熔敷层中促进VC类碳化物粒子的形成,碳化物(主要是VC)沿晶界分布,主要以块状、短棒状存在,且不同熔敷层中碳化物的数量、尺寸不同。药皮重量系数也是影响熔覆层中碳化物数量的重要因素。随药皮重量系数的增加,TiC、VC等碳化物数量明显增多,熔敷层基体组织为低碳马氏体和残余奥氏体,表层硬度超过HRC55,远远大于基体硬度。但过高的药皮重量系数,使得焊条的焊接工艺性变差。较佳的石墨型双熔敷极耐磨堆焊焊条的药皮重量系数应控制在70%为宜。铌铁加入的熔敷层中发现,碳化物主要是以块状存在,由于TiC、NbC、VC的形成温度、晶格结构以及Nb、Ti、V原子的扩散能力和过渡系数的不同,导致了NbC、TiC易先形核生成,而VC更倾向于在共生晶粒的边缘生长。