TA1-Q345中间层焊接用焊丝及制备与焊接方法与流程

本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及ta1-q345中间层焊接用焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法与焊接方法。

背景技术

ta1-q345复合板是一种通过爆炸焊接的方式制备的双金属层状复合结构，兼有ta1优异的耐腐蚀性能和q345高强度特点。实现其在压力容器上的应用，既能满足压力容器承载能力的要求，又能解决ta1-q345双金属层状复合板不易直接熔焊连接的问题。已有的研究结果表明，ta1和q345的主要合金元素ti和fe之间反应将生成脆性的fe2ti和feti金属间化合物，导致两者直接熔焊连接困难。目前，关于ta1-q345双金属层状复合板的对接焊接主要是通过搭接焊接方式，既通过增加盖板结构，焊接时候ta1和ta1焊接，q345和q345焊接，不进行中间层的焊接。这种焊接方法工艺复杂，操作困难，因此难以实现工程化应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种ta1-q345中间层焊接用焊丝，解决了ta1-q345层状复合板无法直接熔焊对接的问题。

本发明的另一个目的是提供一种ta1-q345中间层焊接用焊丝的制备方法。

本发明还有另一个目的是提供用上述焊丝焊接ta1-q345双金属层状复合板时中间层焊缝的熔深。

本发明所采用的技术方案是，ta1-q345中间层焊接用焊丝，包括药粉和焊皮，其中药粉按质量百分比由以下组分组成：v粉30～40％，cr粉10～20％，ni粉10～20％，ag粉20～30％，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于：

v粉的纯度≥99.9％，cr粉的纯度≥99.9％，ni粉的纯度≥99.9％，ag粉的纯度≥99.9％，4种金属粉的粒度都是200目。

焊皮为紫铜带，紫铜带厚度0.3mm，宽度7mm。

该药芯焊丝的填充率控制在25～30％。

本发明所采用的第二个技术方案是，ta1-q345中间层焊接用焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取v粉30～40％，cr粉10～20％，ni粉10～20％，ag粉20～30％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm进行拉拔；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

本发明所采用的第三个技术方案是，采用上述焊丝焊接ta1-q345双金属层状复合板时，中间层焊缝熔深低于复合板界面1.5～2.5mm。

本发明的有益效果是，

(1)本发明药芯焊丝直径比较小，丝径为1.2mm的药芯焊丝适用广泛，该药芯焊丝既可用于tig焊，又可用于mig焊；

(2)v、cr、ni、ag元素作为药芯焊丝中药粉的主要组元，对于直接熔焊连接ta1-q345双金属层状复合板，中间层材料的选择和应用至关重要。从冶金反应产物考虑，v元素和ti元素焊接性接近，可以形成连续固溶体，从而减少了ti元素与fe元素之间反应生成fe2ti和feti脆性金属间化合物。cr、ni元素是钢中的常用合金元素，与fe元素的化学亲和力较高，这两个元素的加入可以提高中间层焊缝与底部fe焊缝的结合强度。ag元素和ti、cu元素之间反应生成塑韧性较好的共晶组织，这些共晶组织的形成也可以降低焊丝的熔点。药芯焊丝焊皮的主要成分为cu，cu元素的熔点较ti和fe的低。cu与fe之间不形成金属间化合物，cu与ti之间反应可生成多种塑韧性相对较好的化合物，从而抑制了焊缝中脆性相的生成；

(3)ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50-6焊丝在q345侧坡口焊接q345层，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层。要求中间层焊缝熔深低于复合板界面1.5～2.5mm。最后用erti-1焊丝焊接ta1层，所得焊接接头具有优良的强韧性；

(4)本发明药芯焊丝合金元素较少，制备工艺简单，便于进行大规模批量生产。

附图说明

图1是ta1-q345双金属层状复合板界面微观组织形貌图；

图2是ta1-q345双金属层状复合板焊接顺序示意图；

图3是ta1-q345双金属层状复合板中间层焊缝熔深示意图；

图4为实施案例2制备的药芯焊丝，在ta1-q345双金属层状复合板焊接时，中间层焊缝的扫描电镜低倍组织形貌图；

图5为实施案例2制备的药芯焊丝，在ta1-q345双金属层状复合板焊接时，焊缝的整体扫描电镜低倍组织形貌图；

图6为实施案例2制备的药芯焊丝，在ta1-q345双金属层状复合板焊接时，中间层焊缝与q345层、ta1层的扫描电镜高倍微观组织形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明ta1-q345中间层焊接用焊丝，包括药粉和焊皮，其中药粉按质量百分比由以下组分组成：v粉30～40％，cr粉10～20％，ni粉10～20％，ag粉20～30％，以上组分质量百分比之和为100％，药芯焊丝的填充量控制在25％～30％。焊皮为紫铜带，紫铜带厚度0.3mm，宽度7mm。

该药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：

cu元素作为药芯焊丝的主要合金元素，cu元素不与fe元素反应生成金属间化合物，而是生成塑韧性较好的铜基固溶体和铁基固溶体，可以起到稀释焊缝中fe2ti和feti脆性金属间化合物的作用。cu元素和ti元素反应生成多种韧性较好的cu-ti化合物，从而可以减少fe元素与ti元素之间反应生成脆性金属间化合物。cu做为中间层焊缝的主要元素，由于cu的熔点较低，而fe2ti和feti脆性相的熔点较高，在焊缝凝固过程中，焊缝中剩余的cu液相将会包围在这些脆性相周围，从而可以提高中间层焊缝的塑韧性；

v元素作为药芯焊丝中药粉的主要组元，由于v元素和ti元素焊接性接近，反应可以形成连续固溶体相，可减少焊缝中ti元素与fe元素之间反应生成脆性金属间化合物；

cr、ni元素是钢中的常用合金元素，与fe元素的化学亲和力较高，这两个元素的加入可以提高中间层焊缝与底部fe焊缝的结合强度；

ag元素可以和ti元素、cu元素之间反应形成塑韧性较好的共晶组织，这些共晶组织的形成也可以降低焊丝的熔点；

上述ta1-q345中间层焊接用焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取v粉30～40％，cr粉10～20％，ni粉10～20％，ag粉20～30％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm进行拉拔；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

采用上述焊丝焊接ta1-q345双金属层状复合板时，中间层焊缝熔深低于复合板界面1.5～2.5mm。

实施例1

步骤1：按质量百分比分别称取v粉30％，cr粉20％，ni粉20％，ag粉30％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

用实施例1制备的ta1-q345双金属层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti-1焊丝(ta1层)，及er50-6焊丝(q345层)焊接ta1-q345复合板，ta1-q345双金属复合板界面微观形貌如图1所示。焊接工艺为：ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50-6焊丝在q345侧坡口焊接q345层，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层，最后用erti-1焊丝焊接ta1层，焊接顺序示意图如图2所示。中间层焊缝熔深低于复合板界面1.5mm，中间层焊缝熔深示意图如图3所示。q345层焊接电流为180-230a，中间层焊接电流为80-100a，ta1层焊接电流为：100-120a。

经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度501mpa，断后延伸率9％。

实施例2

步骤1：按质量百分比分别称取v粉40％，cr粉10％，ni粉20％，ag粉30％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm进行拉拔；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

用实施例1制备的ta1-q345双金属层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti-1焊丝(ta1层)，及er50-6焊丝(q345层)焊接ta1-q345复合板。焊接工艺为：ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50-6焊丝在q345侧坡口焊接q345层，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层，最后用erti-1焊丝焊接ta1层。中间层焊缝熔深低于复合板界面2.5mm。q345层焊接电流为180-230a，中间层焊接电流为80-100a，ta1层焊接电流为：100-120a。

经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度522mpa，断后延伸率15％。

实施例2制备得到的药芯焊丝焊接ta1-q345双金属层状复合板中间层焊缝的扫描电镜低倍组织见图4所示，图5是焊接接头整体低倍扫描电镜形貌，图6是中间层焊缝与q345层、ta1层的扫描电镜高倍微观组织形貌。从低倍扫描电镜图片上可以看出，中间层焊缝与q345和ta1之间衔接良好，无宏观裂纹等焊接缺陷。从高倍扫描电镜图片可以看出，中间层焊缝与q345和ta1组织之间以熔合线隔开，熔合线清晰，熔合线附近未发现裂纹、气孔等常见缺陷。

实施例3

步骤1：按质量百分比分别称取v粉35％，cr粉20％，ni粉20％，ag粉25％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm进行拉拔；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

用实施例1制备的ta1-q345双金属层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti-1焊丝(ta1层)，及er50-6焊丝(q345层)焊接ta1-q345复合板。焊接工艺为：ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50-6焊丝在q345侧坡口焊接q345层，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层，最后用erti-1焊丝焊接ta1层。中间层焊缝熔深低于复合板界面2.0mm。q345层焊接电流为180-230a，中间层焊接电流为80-100a，ta1层焊接电流为：100-120a。

经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度512mpa，断后延伸率8％。

实施例4

步骤1：按质量百分比分别称取v粉40％，cr粉15％，ni粉15％，ag粉30％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm进行拉拔；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

用实施例1制备的ta1-q345双金属层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti-1焊丝(ta1层)，及er50-6焊丝(q345层)焊接ta1-q345复合板。焊接工艺为：ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50-6焊丝在q345侧坡口焊接q345层，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层，最后用erti-1焊丝焊接ta1层。中间层焊缝熔深低于复合板界面1.8mm。q345层焊接电流为180-230a，中间层焊接电流为80-100a，ta1层焊接电流为：100-120a。

经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度489mpa，断后延伸率12％。

实施例5

步骤1：按质量百分比分别称取v粉40％，cr粉20％，ni粉20％，ag粉20％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的v粉、cr粉、ni粉和ag粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为180℃，保温时间为1.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为30min；

步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm；

步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm，2.1mm，1.9mm，1.8mm，1.7mm，1.6mm，1.5mm进行拉拔；

步骤5：对步骤4制备的药芯焊丝，在真空热处理炉中进行热处理，加热温度为450℃，保温时间为2h；

步骤6：对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔，最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm；

步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

用实施例1制备的ta1-q345双金属层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti-1焊丝(ta1层)，及er50-6焊丝(q345层)焊接ta1-q345复合板。焊接工艺为：ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50-6焊丝在q345侧坡口焊接q345层，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层，最后用erti-1焊丝焊接ta1层。中间层焊缝熔深低于复合板界面1.6mm。q345层焊接电流为180-230a，中间层焊接电流为80-100a，ta1层焊接电流为：100-120a。

经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度471mpa，断后延伸率6％。

经优化在药芯焊丝药粉填充率控制在25％～30％时，质量百分比为40％的v粉、10％的cr粉，20％的ni粉和30％的ag粉的情况下，焊接ta1-q345双金属层状复合板可以得到成型效果最好、缺陷最少及力学性能较好的焊缝。ta1-q345双金属层状复合板开不对称双v形坡口，中间层焊缝熔深低于复合板界面2.5mm，所得焊接接头具有优良的强韧性。