用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝及其制备方法
【专利摘要】用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，按质量百分比由以下组分组成：钒粉80～81％，铬粉19～20％，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了其制备方法：将钒粉和铬粉干混得到药芯粉末，将药芯粉末放在药芯焊丝生产设备的加料机上，紫铜带放在放带机上，经过超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率，再通过成型机进行铜带合口，形成直径3.8mm的焊丝；然后依次经过6道减径处理、9级减径精拉处理得到。本发明药芯焊丝能够将复合板的钛层与钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-钢复合板的熔焊对接；所得焊接接头具有优良的强韧性；且制造工艺简单，便于进行大规模批量生产。
【专利说明】用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料加工【技术领域】，具体涉及一种用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]钛-钢复合板(管)以其高强度、优异的耐蚀性能和显著的经济效益而被广泛应用于石油化工等工业部门。由于钛是一种活泼金属，在高温下易与钢中的铁、碳元素形成化合物，增加复合界面的脆性，极易产生焊接裂纹，从而严重制约着钛-钢复合材料的熔焊对接及其应用。目前关于钛-钢复合板(管)的焊接主要选用市面上现有的Ti?N1、Cu、V等实芯焊丝作为过渡层焊接材料，一方面试验焊接材料有限，其成分不能保证与母材完全匹配，另一方面，材料本身的性能导致焊接过程难以顺利进行。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，实现钛-钢复合板(管)焊接接头熔焊冶金结合的目的。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，按质量百分比由以下组分组成:钒粉80?81 %，铬粉19?20 %，以上组分质量百分比之和为100 %。
[0006]本发明的特点还在于，
[0007]钒粉的粒径为60?80目，化学成分为:V > 99.9%，Fe < 0.05%，Si < 0.05%，Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
[0008]铬粉的粒径为60?80目，化学成分为:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%, P < 0.06%。
[0009]本发明所采用的另一个技术方案是，用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0010]步骤I，按质量百分比分别称取80?81 %的钒粉和19?20 %的铬粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0011]步骤2，将步骤I称取的钒粉和铬粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；
[0012]步骤3，将步骤2得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备的加料机上，将尺寸10X0.4mm的紫铜带放在放带机上，经过铜带清洗设备，进行超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率为10?15 %，再通过成型机进行铜带合口，形成直径3.8mm的焊丝；
[0013]步骤4，将步骤3得到的焊丝放在粗拉设备上，经过6道减径处理，然后在精拉生产线的放线机上，进行9级减径精拉处理，得到直径为1.2mm的焊丝。[0014]本发明的特点还在于，
[0015]步骤I中钒粉的粒径为60?80目，化学成分为:V > 99.9%, Fe < 0.05%, Si
<0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
[0016]步骤I中铬粉的粒径为60?80目，化学成分为:Cr > 99.2%, C < 0.02%, Si
<0.14%, S < 0.008%, P < 0.06%。
[0017]步骤I中称取钒粉和铬粉前，将钒粉和铬粉在150?180°C下烘1.5?2h。
[0018]步骤2中的干混处理时间为0.5?0.8h。
[0019]本发明的有益效果是，本发明用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，具有以下优点:1)制得的药芯焊丝直径小，可采用手工钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊焊接；2)本发明药芯焊丝能够将复合板(管)的钛层与钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-钢复合板(管)的熔焊对接；3)钛-管线钢复合板开V形坡口，先用纯钛焊丝焊接钛层，再用本发明的药芯焊丝焊接过渡层，最后用钢用焊丝焊接钢层，所得焊接接头具有优良的强韧性；4)本发明药芯焊丝只涉及两种合金元素，成分控制较为容易，制造工艺简单，便于进行大规模批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是实施例1制备的药芯焊丝配合钛层焊丝及钢层焊丝焊接钛-钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织图；
[0021]图2是实施例2制备的药芯焊丝配合钛层焊丝及钢层焊丝焊接钛-钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织图；
[0022]图3是实施例3制备的药芯焊丝配合钛层焊丝及钢层焊丝焊接钛-钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0024]本发明用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，按质量百分比由以下组分组成:钒粉80?81%，铬粉19?20%，以上组分质量百分比之和为100%。
[0025]钒粉的粒径为60?80目，化学成分为:V > 99.9%，Fe < 0.05%，Si < 0.05%，Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
[0026]铬粉的粒径为60?80目，化学成分为:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%, P < 0.06%。
[0027]各组分的作用:
[0028]钛-钢复合板焊接过程中最主要的问题是，钛的活性较强，高温下易与钢中大部分的元素形成化合物，而且该化合物的脆性较大，在焊接过程中极易产生焊接热裂纹，后续冷却过程中，冷裂纹倾向也较大。
[0029]钒:在诸多金属中，钒可以和钛形成固溶相，不出现脆性的金属间化合物，较好的减小了焊接热裂纹及冷裂纹的产生倾向。
[0030]铬:铬主要作用是促进固溶相的形成，研究发现，当铬含量在19?20%，钒含量在80?81%时，二者可以和钛形成三元固溶相，且钛的含量范围较宽。[0031]上述用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0032]步骤1，将钒粉和铬粉在150?180°C下烘1.5?2h，按质量百分比分别称取80?81%的钒粉和19?20%的铬粉，上述组分质量百分比之和为100% ；
[0033]其中钒粉的粒径为60?80目，化学成分为:V > 99.9 %，Fe < 0.05 %，Si
<0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ；
[0034]铬粉的粒径为60?80目，化学成分为:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，
S< 0.008%, P < 0.06% ；
[0035]步骤2，将步骤I称取的钒粉和铬粉放到混粉机中，干混处理0.5?0.Sh得到混合均匀的药芯粉末；
[0036]步骤3，将步骤2得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备的加料机上，将尺寸10X0.4 (mm)的紫铜带放在放带机上，经过铜带清洗设备，进行超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率为10?15 %，再通过成型机进行铜带合口，形成直径
3.8mm的焊丝；
[0037]步骤4，将步骤3得到的焊丝放在粗拉设备上，经过6道减径处理，然后在精拉生产线的放线机上，进行9级减径精拉处理，得到直径为1.2mm的焊丝。
[0038]本发明制得的药芯焊丝直径小，可采用手工钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊焊接，可将复合板(管)的钛层与钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-钢复合板(管)的熔焊对接。
[0039]实施例1
[0040]步骤I，选择钒粉，粒度为60?80目，化学成分为V > 99.9%，Fe < 0.05%，Si
<0.05%,Al < 0.05%,N< 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ;铬粉，粒度为 60 ?80 目，化学成分为 Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%，P < 0.06%，分别在150°C下烘干2h ；
[0041]步骤2，按质量百分比分别称取烘干的钒粉80%、铬粉20%，以上组分的质量百分比之和为100% ；
[0042]步骤3，将步骤2得到的药粉放到混粉机中，干混0.5h，得到混合均匀的药芯粉末；
[0043]步骤4，将步骤3得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备加料机上，将尺寸10X0.4 (mm)的紫铜带放在放带机上，经过铜带清洗设备，进行超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率为12%，再通过成型机进行铜带合口，形成直径3.8mm的焊丝;
[0044]步骤5，将步骤4得到的焊丝放在粗拉设备上，经过6道减径处理，然后在精拉生产线的放线机上，进行9级减径精拉处理，得到直径为1.2mm的焊丝。
[0045]用实施例1制备的药芯焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及钢层焊丝(YCGX80)焊接钛-钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为:80?100A、100?130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160?180A。[0046]经测试，接头力学性能为:抗拉强度497MPa，屈服强度393MPa，断后延伸率9.5%,断面收缩率34%，室温冲击功33.8J。
[0047]实施例1制备的药芯焊丝配合钛层焊丝及钢层焊丝焊接钛-钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织见图1。由图1可知，下部分颜色偏黑，属于钢层焊接，中部颜色稍亮部分为本发明设计的药芯焊丝焊接，最上部分为钛层材料焊接，药芯焊丝过渡层的厚度在100?150 μ m之间。该过渡层很好的隔绝了钛元素过渡到钢层中，有效的抑制了脆性相的生成。过度层金属部分熔入到钛层及钢层金属中，保证了焊缝金属一定的力学性能。
[0048]实施例2
[0049]步骤I，选择钒粉，粒度为60?80目，化学成分为V > 99.9%，Fe < 0.05%，Si
<0.05%,Al < 0.05%,N< 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ;铬粉，粒度为 60 ?80 目，化学成分为 Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%，P < 0.06%，分别在160°C下烘干 1.8h ；
[0050]步骤2，按质量百分比分别称取烘干的钒粉80.5%、铬粉19.5%，以上组分的质量百分比之和为100% ；
[0051]步骤3，将步骤2得到的药粉放到混粉机中，干混0.6h，得到混合均匀的药芯粉末；
[0052]步骤4，将步骤3得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备加料机上，将尺寸10X0.4 (mm)的紫铜带放在放带机上，经过铜带清洗设备，进行超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率为10 %，随后通过成型机进行钢带合口，形成直径3.8mm的焊丝；
[0053]步骤5，将步骤4得到的焊丝放在粗拉设备上，经过6道减径处理，然后在精拉生产线的放线机上，进行9级减径精拉处理，得到直径为1.2mm的焊丝。
[0054]用实施例2制备的药芯焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及钢层焊丝(YCGX80)焊接钛-钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为:80?100A、100?130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160?180A。
[0055]经测试，接头力学性能为:抗拉强度505MPa，屈服强度398MPa，断后延伸率
10.7%，断面收缩率32%，室温冲击功35J。
[0056]实施例2制备的药芯焊丝，配合钛层焊丝及钢层焊丝焊接钛-钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织见图2。由图2可知，右下部分颜色偏黑，属于钢层焊接，中部颜色稍亮部分为本发明设计的药芯焊丝焊接，最上部分为钛层材料焊接，药芯焊丝过渡层的厚度在100?200μπι之间。该过渡层很好的隔绝了钛元素过渡到钢层中，有效的抑制了脆性相的生成。过渡层金属有明显的与钢层金属穿插存在的条状晶粒，且较实例I有更多的过渡层金属溶入到钛层金属中，力学性能也整体较实例I好。
[0057]实施例3
[0058]步骤I，选择钒粉，粒度为60?80目，化学成分为V > 99.9%，Fe < 0.05%，Si
<0.05%,Al < 0.05%,Ν< 0.04%, C < 0.05%, H < 0.01% ;铬粉，粒度为 60 ?80 目，化学成分为 Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si < 0.14%，S < 0.008%，P < 0.06%，分别在180°C下烘干 1.5h ；
[0059]步骤2，按质量百分比分别称取烘干的钒粉81%、铬粉19%，以上组分的质量百分比之和为100% ；
[0060]步骤3，将步骤2得到的药粉放到混粉机中，混0.8h，得到混合均匀的药芯粉末；
[0061]步骤4，将步骤3得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备加料机上，将尺寸10X0.4 (mm)的紫铜带放在放带机上，经过铜带清洗设备，进行超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率为15 %，随后通过成型机进行铜带合口，形成直径3.8mm的焊丝；
[0062]步骤5，将步骤4得到的焊丝放在粗拉设备上，经过6道减径处理，然后在精拉生产线的放线机上，进行9级减径的精拉处理，得到直径为1.2mm的焊丝。
[0063]用实施例3制备的药芯焊丝，配合钛层焊丝(纯钛丝)及钢层焊丝(YCGX80)焊接钛-钢(TA1-X80)复合板，焊接工艺为:复合板开单V形坡口(钢层在上、钛层在下)，坡口角度为60°，先焊钛层，后焊钢层；钛层与过渡层均采用熔化极氩弧焊，焊接电流分别为:80?100AU00?130A，保护气体为99.99%的高纯氩气，钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160?180A。
[0064]经测试，接头力学性能为:抗拉强度495MPa，屈服强度389MPa，断后延伸率9.7%,断面收缩率32%，室温冲击功32.6J。
[0065]实施例3制备的药芯焊丝，配合钛层焊丝及钢层焊丝焊接钛-钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织见图3。由图3可知，该焊缝金属的金相组织与实例I相近，结晶出来的过渡层晶粒较实例I大，因而，其力学性能较实例I稍弱。
【权利要求】
1.用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成:钒粉80?81%，铬粉19?20%，以上组分质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，其特征在于，所述钒粉的粒径为 60 ?80 目，化学成分为:V>99.9%，Fe<0.05%,Si <0.05%,A1 <0.05%,N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01%。
3.根据权利要求1所述的用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝，其特征在于，铬粉的粒径为 60 ?80 目，化学成分为:Cr > 99.2%, C < 0.02%, Si < 0.14%, S < 0.008%, P<0.06%。
4.用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤I，按质量百分比分别称取80?81 %的钒粉和19?20 %的铬粉，上述组分质量百分比之和为100% ；步骤2，将步骤I称取的钒粉和铬粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；步骤3，将步骤2得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备的加料机上，将尺寸10 X 0.4mm的紫铜带放在放带机上，经过铜带清洗设备，进行超声波清洗，随后进行轧U型槽与加粉操作，控制药粉填充率为10?15 %，再通过成型机进行铜带合口，形成直径3.8mm的焊丝； 步骤4，将步骤3得到的焊丝放在粗拉设备上，经过6道减径处理，然后在精拉生产线的放线机上，进行9级减径精拉处理，得到直径为1.2mm的焊丝。
5.根据权利要求4所述的用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤I中钒粉的粒径为60?80目，化学成分为:V > 99.9%，Fe < 0.05%，Si<0.05%, Al < 0.05%, N < 0.04%, C < 0.05%，H < 0.01 %。
6.根据权利要求5所述的用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤I中铬粉的粒径为60?80目，化学成分为:Cr > 99.2%，C < 0.02%，Si<0.14%, S < 0.008%, P < 0.06%。
7.根据权利要求6所述的用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤I中称取钒粉和铬粉前，将钒粉和铬粉在150?180°C下烘1.5?2h。
8.根据权利要求4所述的用于熔焊对接钛-钢复合板的药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中的干混处理时间为0.5?0.8h。
【文档编号】B23K35/40GK104028917SQ201410244984
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】张敏, 刘明志, 张明, 李继红 申请人:西安理工大学