钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag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-Ag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-Ag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-Ag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-Ag药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成:V粉80?90%，Ag粉10?20%，以上组分质量百分比之和为100% ;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13?15%。
[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-Ag药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下:
[0009]步骤1:按质量百分比分别称取80?90%的V粉和10?20%的Ag粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0010]步骤2:将步骤I称取的V粉和Ag粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内烘干；
[0011 ] 步骤3:通过药芯焊丝制丝机将步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量为13?15%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
[0012]本发明的特点还在于，
[0013]步骤2中烘干温度为200°C，时间为2.5h。
[0014]本发明的有益效果是，
[0015](I)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，直径为1.2mm的药芯焊丝适用广泛，该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;
[0016](2)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，V元素作为药芯焊丝中药粉主要组元，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。Ag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，且银质地较软，可减少过渡层焊接应力，减少裂纹的产生。Ag元素的加入可以细化过渡层组织，提高焊缝的强韧性。在焊接过程中，银元素的加入可以提高药芯焊丝的润湿性和流动性，对于焊缝的成型起到至关重要的作用。
[0017](3)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，制备工艺简单，便于进行大规模批量生产。
【具体实施方式】
[0018]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0019]本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成:V粉80?90%，Ag粉10?20%，以上组分质量百分比之和为100%;外皮为紫铜带。
[0020]药芯的填充量(重量)为13?15%。
[0021]Cu-V-Ag药芯焊丝中组分的作用和功能如下:
[0022]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。
[0023]V元素作为药芯焊丝中药粉主要组元，对于熔化焊纯钛TA1/Q345管线钢复合板，过渡层材料的选择和应用至关重要，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。
[0024]Ag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，且银质地较软，可减少过渡层焊接应力，减少裂纹的产生。Ag元素的加入可以细化过渡层组织，提高焊缝的强韧性。在焊接过程中，银元素的加入可以提高药芯焊丝的润湿性和流动性，对于焊缝的成型起到至关重要的作用。
[0025]上述钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下:
[0026]步骤1:按质量百分比分别称取80?90%的V粉和10?20%的Ag粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0027]步骤2:将步骤I称取的V粉和Ag粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200°C，时间为2.5h ；
[0028]步骤3:通过药芯焊丝制丝机将步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量为13?15%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
[0029]实施例1
[0030]步骤1:按质量百分比分别称取80%的V粉和20%的Ag粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0031]步骤2:将步骤I称取的V粉和Ag粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200°C，时间为2.5h ；
[0032]步骤3:通过药芯焊丝制丝机将步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量为13%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
[0033]用实施例1制备的Cu-V-Ag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(钢层在下、钛层在上)，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。
[0034]经测试，接头力学性能为:抗拉强度500MPa，屈服强度405MPa，断后延伸率7%，断面收缩率12%，室温冲击功13J。
[0035]实施例2
[0036]步骤1:按质量百分比分别称取90%的V粉和10%的Ag粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0037]步骤2:将步骤I称取的V粉和Ag粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200°C，时间为2.5h ；
[0038]步骤3:通过药芯焊丝制丝机将步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量为14%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
[0039]用实施例2制备的Cu-V-Ag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(钢层在下、钛层在上)，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。
[0040]经测试，接头力学性能为:抗拉强度530MPa，屈服强度410MPa，断后延伸率7.5%，断面收缩率14%，室温冲击功33J。
[0041]实施例3
[0042]步骤1:按质量百分比分别称取85%的V粉和15%的Ag粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0043]步骤2:将步骤I称取的V粉和Ag粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200°C，时间为2.5h ；
[0044]步骤3:通过药芯焊丝制丝机将步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量为15%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
[0045]用实施例3制备的Cu-V-Ag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(钢层在下、钛层在上)，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C02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。
[0046]经测试，接头力学性能为:抗拉强度508MPa，屈服强度408MPa，断后延伸率6%，断面收缩率11.5%，室温冲击功20J。
【主权项】
1.钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成:V粉80?90%，Ag粉10?20%，以上组分质量百分比之和为100% ;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-Ag药芯焊丝，其特征在于，药芯的填充量为13?15%。
3.钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤1:按质量百分比分别称取80?90%的V粉和10?20%的Ag粉，上述组分质量百分比之和为100% ； 步骤2:将步骤I称取的V粉和Ag粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内烘干； 步骤3:通过药芯焊丝制丝机将步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量为13?15%，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
4.根据权利要求3所述的钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中烘干温度为200°C，时间为2.5h。
【专利摘要】钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉80～90％，Ag粉10～20％，以上组分质量百分比之和为100％；外皮为紫铜带。本发明还公开了其制备方法：将V粉和Ag粉混合均匀后烘干，然后包裹在紫铜带内，拉拔至直径为1.2mm，得到。本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，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。Ag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，且银质地较软，可减少过渡层焊接应力，减少裂纹的产生。
【IPC分类】B23K35-32, B23K35-40
【公开号】CN104741832
【申请号】CN201510109698
【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