钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]钛-管线钢复合板是一种新型爆炸双金属复合板，兼具钛的强耐腐蚀性和管线钢的高强韧性。实现其在油气运输管道上的应用，既能解决单一管线钢管道易被腐蚀的难点，又能解决用单一耐腐蚀材料制造油气运输管道的高成本问题。然而，由于钛、钢物理、化学特性差异较大，极易形成低熔点共晶体和T1、Fe金属间脆性化合物，使得钛-管线钢复合板难以熔焊连接，严重阻碍了其在油气管道上的应用。目前，关于钛-管线钢复合板的对接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，而且现有的钛-管线钢复合板的对接均采用加盖板的钛、钢互不相溶的搭接焊接方式，这种焊接方法工艺复杂，难以实现工程化应用，尚未见关于其熔焊连接焊接材料的报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，实现了钛-管线钢复合板的熔焊对接。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝的制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯为V粉，外皮为紫铜带。
[0006]本发明的特点还在于，
[0007]药芯的填充量(重量)为5?13%。
[0008]本发明所采用的另一个技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝的制备方法，通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为5?13%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V药芯焊丝。
[0009]本发明的特点还在于，
[0010]V粉的烘干是将V粉放到200°C真空加热炉内保温2.5h，以去除V粉中的结晶水。
[0011]本发明的有益效果是，
[0012](I)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用自动非熔化极惰性气体保护焊焊接。
[0013](2)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，V元素和Ti元素有一定的溶解度，且不形成金属间化合物等脆性相。Cu、V元素既可以优化过渡层组织，又因质地较软，可减少过渡层焊接应力。
[0014](3)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝的制备方法，工艺简单，便于进行大规模批量生产。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0016]本发明钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯为V粉，外皮为紫铜带。药芯的填充量(重量)为5?13%。
[0017]Cu-V药芯焊丝中组分的作用和功能如下:
[0018]Cu元素:由于Cu元素不与基层钢形成金属间化合物脆性相，并且可以改变钛钢复合板过渡层组织形貌。铜做为中间层，对钛和铁元素形成金属间化合物有一定的隔离作用，在焊缝中，钛和铁的金属间化合物层被钛和铜的金属间化合物代替，使焊缝的塑性和韧性有一定的提高，由于钛和铜的金属间化合物相对较软，使的焊缝中的热应力相对减少这对避免焊后裂纹有一定的好处。铜的固溶体可以打断钛和铁的金属间化合物，并且可以减少焊缝的硬度。
[0019]V元素作为药芯焊丝中药粉单一组元，对于熔化焊纯钛TA1/Q345管线钢复合板，过渡层材料的选则和应用至关重要，从冶金作用产物考虑，V元素能与Ti元素形成连续固溶体，而Cu是非碳化物形成元素，能与V及钢中的各种元素均能形成固溶体，对于避免过度层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。适量V元素的加入可以使过渡层与复层钛冶金结合，改善界层组织形貌。
[0020]上述钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝的制备方法，将V粉放到200°C真空加热炉内保温2.5h，以去除V粉中的结晶水，通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为5?13%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V药芯焊丝。
[0021]实施例1
[0022]将V粉放到200°C真空加热炉内保温2.5h，以去除V粉中的结晶水，通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为5%，然后拉拔至直径为1.2_，得到Cu-V药芯焊丝。
[0023]用实施例1制备的Cu-V药芯焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(钛层)，及ER50-6管线钢焊丝(钢层)焊接钛-管线钢(TA1-Q345)复合板。焊接工艺为:钛-管线钢(TA1-Q345)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°。焊接顺序为:钢层-过渡层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为200-230A，过渡层采用手工TIG焊，焊接电流为110-130A，钛层采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为:130-150A。
[0024]经测试，接头力学性能为:抗拉强度485MPa，屈服强度390MPa，断后延伸率3%，断面收缩率8%，室温冲击功12J。
[0025]实施例2
[0026]将V粉放到200°C真空加热炉内保温2.5h，以去除V粉中的结晶水，通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为10%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V药芯焊丝。
[0027]用实施例2制备的Cu-V药芯焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(钛层)，及ER50-6管线钢焊丝(钢层)焊接钛-管线钢(TA1-Q345)复合板，焊接工艺为:钛-管线钢(TA1-Q345)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°，焊接顺序为:钢层-过渡层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为200-230A，过渡层采用手工TIG焊，焊接电流为110-130A，钛层采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为:130-150A。
[0028]经测试，接头力学性能为:抗拉强度500MPa，屈服强度410MPa，断后延伸率8 %，断面收缩率10%，室温冲击功24J。
[0029]实施例3
[0030]将V粉放到200°C真空加热炉内保温2.5h，以去除V粉中的结晶水，通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为13%，然后拉拔至直径为1.2mm,得到Cu-V药芯焊丝。
[0031]用实施例3制备的Cu-V药芯焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(钛层)，及ER50-6管线钢焊丝(钢层)焊接钛-管线钢(TA1-Q345)复合板，焊接工艺为:钛-管线钢(TA1-Q345)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°，焊接顺序为:钢层-过渡层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为200-230A，过渡层采用手工TIG焊，焊接电流为110-130A。钛层采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为:130-150A。
[0032]经测试，接头力学性能为:抗拉强度520MPa，屈服强度405MPa，断后延伸率11%，断面收缩率16%，室温冲击功30J。
【主权项】
1.钛-管线钢焊接用CU-V药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和外皮，其中药芯为V粉，外皮为紫铜带。
2.根据权利要求1所述的钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，其特征在于，药芯的填充量为5?13%。
3.钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝的制备方法，其特征在于，通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为5?13%，然后拉拔至直径为1.2_，得到Cu-V药芯焊丝。
4.根据权利要求3所述的钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝的制备方法，其特征在于，V粉的烘干是将V粉放到200°C真空加热炉内保温2.5h，以去除V粉中的结晶水。
【专利摘要】本发明公开了一种钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯为V粉，外皮为紫铜带。本发明还公开了其制备方法：通过药芯焊丝制丝机将烘干的V粉包裹在紫铜带内，控制其填充量为5～13％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V药芯焊丝。本发明钛-管线钢焊接用Cu-V药芯焊丝，V元素和Ti元素有一定的溶解度，且不形成金属间化合物等脆性相。Cu、V元素既可以优化过渡层组织，又因质地较软，可减少过渡层焊接应力。且其制备工艺简单，便于进行大规模批量生产。
【IPC分类】B23K35-30, B23K35-40
【公开号】CN104741828
【申请号】CN201510109067
【发明人】张敏, 樊庆仰, 谢威威, 褚巧玲, 罗海龙, 韩挺
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月12日