钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接材料及其制备技术领域，具体涉及一种钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]采用爆炸复合的钛-管线钢双金属复合板，综合两种金属的优点，既具有钛的强耐腐蚀性和管线钢的高强韧性，又节约了钛材，降低了生产成本。钛-管线钢复合板以其低廉的价格、优越的性能，在石油、化工等行业得到广泛的应用。然而，由于钛和钢之间的物理、化学特性差异较大，极易形成低熔点共晶体和TiFeJiFe2等金属间脆性化合物，使得钛-管线钢复合板难以熔焊连接，严重阻碍了其在油气、化工等输送管道上的应用。目前，关于钛-管线钢复合板的熔焊连接的过渡层焊接材料较少有报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝，该焊丝作为过渡层能够有效的避免钛和钢金属间化合物的产生，将钛和钢的组织良好的结合在一起，实现钛-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-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝的制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝，包括药皮和焊芯，其中药皮为紫铜带，焊芯为铌粉。
[0006]本发明的特点还在于，
[0007]铌粉的纯度为彡99.95%，粒径为100目。
[0008]本发明所采用的另一个技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0009]步骤1，将铌粉放置在洁净干燥的器皿中，放入真空炉中，加热至150°C后，保温Ih ；
[0010]步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过紫铜带清洗设备后进行轧U型凹槽；然后将紫铜带前端在碾丝机上碾细后，放入孔径为2.5mm的模具上，再通过成型机进行铜带合口，制成接口结合密实的预拉带；
[0011 ] 步骤3，将步骤I烘干的铌粉倒入加料机上，填入带U型凹槽的预拉带上，控制铌粉的填充率为10?20%，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
[0012]步骤4，将步骤3得到的焊丝放在减径机上处理，更换不同孔径的模具逐级减径拉拔，每次减径幅度为0.2mm，最终制得直径为1.2mm的Cu-Nb焊丝。
[0013]本发明的特点还在于，
[0014]步骤I中铌粉的纯度彡99.95%，粒径为100目。
[0015]本发明的有益效果是，
[0016]1.本发明钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝，具有以下优点:(1)本发明Cu-Nb焊丝，适用于手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊焊接；(2)本发明Cu-Nb焊丝作过渡层可以有效的避免钛和钢金属间化合物的产生，也可以将钛和钢的组织良好的结合在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接；(3)钛-管线钢复合板开不对称的X形坡口，先用管线钢焊丝焊接钢层，然后用本发明的药芯焊丝焊接过渡层，最后用纯钛焊丝焊接钛层，所得焊接接头性能优良。
[0017]2.本发明钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝的制备方法，其药粉成分简单，纯度高，制备工艺简单，效率高，便于进行大规模批量生产。
【附图说明】
[0018]图1是采用实施例1制备得到的Cu-Nb焊丝焊接钛-管线钢复合板的焊缝区熔敷金属金相组织图；
[0019]图2是图1的局部放大图；
[0020]图3是采用实施例4制备得到的Cu-Nb焊丝焊接钛-管线钢复合板的焊缝区熔敷金属金相组织图；
[0021]图4是图3的局部放大图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体附图和实施方式对本发明进行详细说明。
[0023]本发明钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝，包括药皮和焊芯，其中药皮为紫铜带，焊芯为铌粉。
[0024]紫铜带尺寸为厚度0.45mm，厚度宽度为7mm;铌粉的纯度多99.95%，粒径为100目。
[0025]紫铜带中Cu元素在焊丝过渡到焊缝中时，由于铜元素与钢中Fe及其他元素均不形成脆性金属间化合物，焊接时结合良好，且铜的熔点较低、流动性能较好，阻止了钛钢复合界面裂纹的萌生和扩展。
[0026]Nb元素与钛能形成无限固溶体，有很好的互溶特性，能细化钛晶粒，提高焊接接头抗氧化性能；且Nb元素与Cu元素有限固溶，减少了钛和铜之间金属间化合物的产生。
[0027]上述钛-管线钢复合板焊接用Cu-Nb焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0028]步骤I，将纯度彡99.95%，粒径为100目的铌粉放置在洁净干燥的器皿中，放入真空炉中，加热至150°C后，保温Ih ；
[0029]步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过紫铜带清洗设备后进行轧U型凹槽；然后将紫铜带前端在碾丝机上碾细后，放入孔径为2.5mm的模具上，再通过成型机进行铜带合口，制成接口结合密实的预拉带；
[0030]步骤3，将步骤I烘干的铌粉倒入加料机上，填入带U型凹槽的预拉带上，控制铌粉的填充率为10?20%，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
[0031]步骤4，将步骤3得到的焊丝放在减径机上处理，更换不同孔径的模具逐级减径拉拔，每次减径幅度为0.2mm，最终制得直径为1.2mm的Cu-Nb焊丝。
[0032]实施例1
[0033]步骤I，将纯度彡99.95%，粒径为100目的铌粉放置在洁净干燥的器皿中，放入真空炉中，加热至150°C后，保温Ih ；
[0034]步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过紫铜带清洗设备后进行轧U型凹槽；然后将紫铜带前端在碾丝机上碾细后，放入孔径为2.5mm的模具上，再通过成型机进行铜带合口，制成接口结合密实的预拉带；
[0035]步骤3，将步骤I烘干的铌粉倒入加料机上，填入带U型凹槽的预拉带上，控制铌粉的填充率为10%，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
[0036]步骤4，将步骤3得到的焊丝放在减径机上处理，更换不同孔径的模具逐级减径拉拔，每次减径幅度为0.2mm，最终制得直径为1.2mm的Cu-Nb焊丝。
[0037]用实施例1制备的Cu-Nb焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(钛层)，YCGX80管线钢焊丝(钢层)焊接钛-管线钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:钛-管线钢(TA1-X80)复合板开不对称的X形坡口(钛层在上、钢层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为90°。先焊钢层，采用CO2气体保护焊，焊接电流为200A。过渡层及钛层均采用手工钨极氩弧焊，过渡层焊接电流分别为:130A，钛层焊接电流为120A。
[0038]经测试，接头力学性能为:抗拉强度482MPa，屈服强度385MPa，断后延伸率15%，断面收缩率30%，室温冲击功32.3J。
[0039]如图1所示，TAl与过渡层没有明显的熔合线，过渡层组织与钛组织相互穿插，相互渗透；过渡层组织是以Cu为基体的固溶体组织；由于Nb与β -Ti无限固溶，随温度的升高，Nb元素向钛层扩散，形成块状的固溶体组织。从图2中可以看出过渡层与钢层之间