高铬铸铁药芯焊丝是一种重要的耐磨堆焊材料,广泛应用于冶金、矿山、水泥、工程机械、航道疏浚设备等领域,是抗磨料磨损性价比优异的堆焊材料。药芯焊丝由于其熔化速度高、便于实现自动焊、熔敷金属成分调整容易、节能环保等优点而受到人们的重视,是堆焊材料的发展方向。药芯焊丝的药粉填充率提高受到限制,特别是药粉中加入低密度组分时,其填充率难以提高,这极大地限制了高合金含量、高耐磨性、低成本耐磨药芯焊丝的开发。本文研究的直径6mm粗药芯焊丝显著提高了药粉填充率,目前粗药芯焊丝药粉合金元素含量与堆焊金属组织性能的关系,粗药芯焊丝的堆焊热过程对堆焊焊缝成分和组织的影响成为开发应用该新型焊丝研发迫切需要解决的关键问题。药芯焊丝的电流主要从焊丝周围的钢带流过,芯部的药粉基本无电流流过。本文基于电流的上述分布特征建立了粗药芯焊丝的热流密度分布模式。计算结果表明,粗药芯焊丝的最大热流密度分布在焊丝横截面所形成的圆周上,离开该圆周双向热流密度沿径向逐渐降低。本文以所建热流密度分布模式为基础,采用数值模拟技术分析了粗药芯焊丝堆焊热过程,获得了堆焊焊缝成型的技术数据,计算了不同焊接工艺参数下的稀释率。通过稀释率获得了不同工艺参数下堆焊焊缝的成分,并利用thermal calc热力学软件对堆焊焊缝的组织进行了模拟。试验结果表明,温度场和堆焊焊缝组织的模拟结果与实测结果吻合良好,为粗药芯焊丝的设计与应用奠定了基础。本文研究了药粉中钒、铬、氮三种合金元素含量对堆焊金属组织性能的影响规律。结果表明,在本文的试验条件下,钒可以细化堆焊金属组织,当加入量在2%以下时,钒可以提高堆焊金属的硬度；铬则使组织中枝状晶分布更加均匀,但对硬度影响不大；极少量的氮(0.08%)即对堆焊金属组织有显著的影响,使得组织向亚共晶方向转变,增加初生奥氏体的含量,适量氮元素的加入可以提高堆焊金属的宏观硬度,同时使得硬度分布更加均匀。本文设计的粗药芯焊丝用于堆焊高温磨损工况下的焦化衬板、以及低温磨料磨损工况的喷煤管道内壁,显著提高了备件的使用寿命。