TA1-Q345中间层焊接用Ni-Cu-Ag-Co焊丝及其制备方法与流程

ta1
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q345中间层焊接用ni
‑
cu
‑
ag
‑
co焊丝及其制备方法
技术领域
1.本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种ta1
‑
q345中间层焊接用ni
‑
cu
‑
ag
‑
co焊丝及其制备方法。


背景技术：

2.ta1
‑
q345层状复合板通过爆炸焊接的方式制备，兼有ta1优异的耐腐蚀性能和q345高强度特点，是石油化工行业理想的选择。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金属间化合物(fe2ti和feti)，导致两者直接熔焊连接时发生脆性断裂。目前，ta1
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q345层状复合板的对接焊接主要是通过搭接焊接方式，既通过增加钛盖板结构，焊接时候ta1和ta1焊接，q345和q345焊接，不进行中间层(连接ta1焊缝与q345焊缝)的焊接。这种焊接方法工艺复杂，操作困难，难以实现工程化应用。因此，开发ta1
‑
q345中间层用焊接材料，实现其直接熔焊连接，具有重要的工程实际意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种ta1
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q345中间层焊接用ni
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cu
‑
ag
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co焊丝及其制备方法，解决了ta1
‑
q345层状复合板无法直接熔焊对接的问题。
4.本发明采用如下技术方案来实现的：
5.ta1
‑
q345中间层焊接用ni
‑
cu
‑
ag
‑
co焊丝，包括药芯和包裹在药芯外侧的焊皮，其中药粉按质量百分比由以下组分组成：cu粉30～40％，ag粉30～40％，co粉20～30％。
6.本发明进一步的改进在于，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
7.本发明进一步的改进在于，焊皮为纯镍带，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm。
8.本发明进一步的改进在于，药芯焊丝的填充量控制在22～26wt％。
9.ta1
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q345中间层焊接用ni
‑
cu
‑
ag
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co焊丝的制备方法，包括如下步骤：
10.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉30～40％，ag粉30～40％，co粉20～30％；
11.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，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；
12.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔磨具孔径为2.5mm；
13.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
14.步骤5：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。
15.本发明进一步的改进在于，步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
16.本发明进一步的改进在于，步骤2中，真空加热炉中加热温度为200～280℃，保温
时间为1～3h；混粉机中混合时间为1～3h。
17.本发明进一步的改进在于，步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在22～26wt％。
18.本发明至少具有如下有益的技术效果：
19.(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；
20.(2)本发明药芯焊丝以cu、ag、co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
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q345层状复合板，中间层材料的选择和应用至关重要。从ti
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co二元相图可知，高温下co与ti元素之间反应生成韧性较好的β
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ti固溶体，从而减少了ti元素与fe元素之间反应生成脆性金属间化合物。从ti
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cu
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ag三元相图可知，高温下这三种元素将形成塑韧性较好的共晶反应产物。药芯焊丝焊皮的主要成分为ni，ni与fe之间形成强韧性较好的固溶体，ni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fe2ti和feti脆性相的生成；
21.(3)ta1
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q345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(mig焊接)，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层(tig焊接)。最后用erti
‑
1焊丝焊接ta1层(tig焊接)，所得焊接接头具有优良的强韧性；
22.(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
23.图1为本发明实施案例2制备的药芯焊丝，在ta1
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q345层状复合板焊接时，中间层焊缝与底部er50
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6焊缝的扫描电镜低倍组织形貌图；
24.图2为本发明实施案例2制备的药芯焊丝，在ta1
‑
q345层状复合板焊接时，中间层焊缝与ta1层的扫描电镜高倍微观组织形貌图。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
26.本发明提供一种ta1
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q345中间层焊接用ni
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cu
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ag
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co焊丝，包括药芯和焊皮，其中药粉按质量百分比由以下组分组成：cu粉30～40％，ag粉30～40％，co粉20～30％，以上组分质量百分比之和为100％。
27.cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
28.焊皮为纯镍带，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm。
29.药芯焊丝的填充量控制在22～26wt％。
30.该药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：
31.ni元素作为药芯焊丝的主要合金元素，根据fe
‑
ni二元相图可知，fe和ni在高温下形成奥氏体组织，不生成脆性金属间化合物，从而可以起到稀释焊缝中fe2ti和feti脆性金属间化合物的作用。根据ti
‑
ni二元相图可知，ni元素和ti元素反应生成多种塑韧性较fe
‑
ti金属间化合物好的ti
‑
ni系列化合物，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。
32.cu做为中间层焊缝的主要元素，由于cu的熔点较低，流动性好，而fe2ti和feti脆性相的熔点较高。中间层焊缝凝固过程中，fe2ti和feti脆性相优先凝固，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；
33.ag元素作为药芯焊丝中药粉的另一个主要组元，根据ti
‑
cu
‑
ag三元相图可知，当熔池中存在cu和ag元素时，将发生共晶反应生成塑韧性较好的ti
‑
cu
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ag共晶组织，从而消耗掉焊缝中的ti元素，减少fe
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ti脆性相的生成；
34.co元素作为药芯焊丝中药粉的主要组元，由于co元素和ti元素焊接性接近，熔焊连接时可以形成连续固溶体，强韧性好；co是钢的一种强化元素，因此当中间层中加入co元素后，将有效提高中间层焊缝与底部q345焊缝的结合强度。
35.本发明还提供ta1
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q345中间层焊接用ni
‑
cu
‑
ag
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co焊丝的制备方法，具体步骤如下：
36.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉30～40％，ag粉30～40％，co粉20～30％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
37.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，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；步骤2中，真空加热炉中加热温度为200～280℃，保温时间为1
‑3h；混粉机中混合时间为1
‑3h。
38.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.5mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在22～26wt％。
39.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
40.步骤5：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。
41.实施例1
42.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉40％，ag粉30％，co粉30％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
43.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，加热温度为250℃，保温时间为3h，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；混粉机中混合时间为1h。
44.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.5mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在22～26wt％。
45.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
46.步骤5：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。
47.用实施例1制备的ta1
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q345层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti
‑
1焊丝(ta1
层)，及er50
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6焊丝(q345层)焊接ta1
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q345复合板。焊接工艺为：ta1
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q345层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50
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6焊丝在q345侧坡口焊接q345层(mig焊接)，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层(tig焊接)，最后用erti
‑
1焊丝焊接ta1层(tig焊接)。q345层焊接电流为150
‑
200a，中间层焊接电流为90
‑
110a，ta1层焊接电流为：100
‑
130a。
48.经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度351mpa，断后延伸率7％。
49.实施例2
50.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉35％，ag粉35％，co粉30％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
51.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，加热温度为280℃，保温时间为2h，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；混粉机中混合时间为2h。
52.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.5mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在22～26wt％。
53.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
54.步骤5：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。
55.用实施例2制备的ta1
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q345层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti
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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(mig焊接)，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层(tig焊接)，最后用erti
‑
1焊丝焊接ta1层(tig焊接)。q345层焊接电流为150
‑
200a，中间层焊接电流为90
‑
110a，ta1层焊接电流为：100
‑
130a。
56.经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度373mpa，断后延伸率16％。
57.实施例2制备得到的药芯焊丝焊接ta1
‑
q345层状复合板，图1为中间层与底部q345焊缝扫描电镜微观组织形貌，图2是中间层焊缝与ta1层的扫描电镜微观组织形貌。从焊缝低倍扫描电镜图片可以看出，中间层焊缝与q345和底部q345焊缝衔接良好，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ta1母材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。
58.实施例3
59.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉30％，ag粉40％，co粉30％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
60.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，加热温度为200℃，保温时间为1h，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；混粉机中混合时间为1h。
61.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.5mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度
7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30～35wt％。
62.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
63.步骤5：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。
64.用实施例3制备的ta1
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q345层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti
‑
1焊丝(ta1层)，及er50
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6焊丝(q345层)焊接ta1
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q345复合板。焊接工艺为：ta1
‑
q345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(mig焊接)，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层(tig焊接)，最后用erti
‑
1焊丝焊接ta1层(tig焊接)。q345层焊接电流为150
‑
200a，中间层焊接电流为90
‑
110a，ta1层焊接电流为：100
‑
130a。
65.经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度310mpa，断后延伸率15％。
66.实施例4
67.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉40％，ag粉35％，co粉25％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
68.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，加热温度为220℃，保温时间为2.5h，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；混粉机中混合时间为1.5h。
69.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.5mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30～35wt％。
70.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
71.步骤5：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。
72.用实施例4制备的ta1
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q345层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti
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1焊丝(ta1层)，及er50
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6焊丝(q345层)焊接ta1
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q345复合板。焊接工艺为：ta1
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q345层状复合板开不对称双v形坡口，先用er50
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6焊丝在q345侧坡口焊接q345层(mig焊接)，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层(tig焊接)，最后用erti
‑
1焊丝焊接ta1层(tig焊接)。q345层焊接电流为150
‑
200a，中间层焊接电流为90
‑
110a，ta1层焊接电流为：100
‑
130a。
73.经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度335mpa，断后延伸率13％。
74.实施例5
75.步骤1：按质量百分比分别称取cu粉40％，ag粉40％，co粉20％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤1中，cu粉的纯度≥99.99％，ag粉的纯度≥99.99％，co粉的纯度≥99.99％，3种金属粉的粒度都是200目。
76.步骤2：将步骤1称取的cu粉，ag粉和co粉，置于真空加热炉内加热，加热温度为200℃，保温时间为3h，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；混粉机中混合时间为1h。
77.步骤3：采用酒精去除纯镍带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得
到的药粉包裹在纯镍带内，第一道拉拔模具孔径为2.5mm；步骤3中，纯镍带厚度0.3mm，宽度7mm；药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30～35wt％。
78.步骤4：第一道工序拉拔完毕后，逐渐减小模具孔径，最终获得丝直径为1.2mm的药芯焊丝；
79.步骤5：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。
80.用实施例5制备的ta1
‑
q345层状复合板中间层用药芯焊丝，配合erti
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1焊丝(ta1层)，及er50
‑
6焊丝(q345层)焊接ta1
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q345复合板。焊接工艺为：ta1
‑
q345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(mig焊接)，再用本发明的药芯焊丝在ta1侧坡口处焊接中间层(tig焊接)，最后用erti
‑
1焊丝焊接ta1层(tig焊接)。q345层焊接电流为150
‑
200a，中间层焊接电流为90
‑
110a，ta1层焊接电流为：100
‑
130a。
81.经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度320mpa，断后延伸率9％。
82.经优化在药芯焊丝药粉填充率控制在22％～26％时，质量百分比为35％的cu粉、35％的ag粉和30％co粉的情况下，焊接ta1
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q345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。