一种用于焊接钛‑钢复合板过渡层的焊丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于焊接钛‑钢复合板过渡层的焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉30～50％，Mo粉30～50％，Ni粉10～30％，以上组分质量百分比之和为100％。其制备方法为：将V粉、Mo粉和Ni粉混合后烘干，然后用紫铜带包裹后拉拔得到。本发明专利技术焊丝在Ti侧坡口处焊接过渡层，最后用纯钛焊丝焊接钛层，所得焊接接头具有优良的强韧性。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料焊接
，具体涉及一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，本专利技术还涉及该焊丝的制备方法。
技术介绍
钛-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Ti、Fe金属间脆性化合物，使得钛、钢难以熔焊连接，严重阻碍了其在油气管道上的应用。目前，关于钛-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-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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，解决钛-钢复合板无法熔焊对接的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉30％～50％，Mo粉30％～50％，Ni粉10％～30％，以上组分质量百分比之和为100％。本专利技术的特点还在于，焊皮为紫铜带。V粉的纯度为99.99％，Mo粉的纯度为99.94％，Ni粉的纯度为99.95％。该焊丝的填充量控制在15％～20％。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝的制备方法，具体步骤如下：步骤1：按质量百分比分别称取30％～50％的V粉、30％～50％的Mo粉和10％～30％的Ni粉，上述组分质量百分比之和为100％；步骤2：将步骤1称取的V粉、Mo粉和Ni粉放到球磨机中，球磨8h后得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内加入，加热温度200℃，保温时间2h，去除药粉中的结晶水；步骤3：通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，紫铜带用丙酮擦拭干净；步骤4：第一道工序拉拔完毕后，磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；步骤5：焊丝拉拔完毕后，药芯焊丝用蘸有丙酮的棉布擦拭上边的油污，最终经绕丝机把药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。本专利技术的有益效果是，(1)本专利技术药芯焊丝直径比较小，丝径为1.2mm的药芯焊丝适用广泛，该药芯焊丝既可采用手工钨极氩弧焊，又可用于非熔化极惰性气体保护焊。(2)V、Mo、Ni元素作为药芯焊丝中药粉主要组元，对于熔化焊TA1/Q235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元素和Ti元素可以形成连续固溶体。Mo元素能与Ti元素形成固溶体，微量Mo元素的加入既可以优化过渡层组织，提高焊缝的强韧性，又因Mo元素的熔点高，可提高药芯焊丝的熔点，有益于后续钛盖面的焊接。Ni元素的加入可以改变焊接材料对母材的铺展性，提高焊缝的成形质量，并且Ni的高温塑性高于母材，对于减小焊件的变形量有一定促进作用。而Cu是非碳化物形成元素，能与钛及钢中的各种元素均能形成固溶体，对于减小过渡层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。(3)TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口，先用ER50-6钢焊丝在钢侧坡口处焊接钢层，再用本专利技术的药芯焊丝在Ti侧坡口处焊接过渡层，最后用纯钛焊丝焊接钛层，所得焊接接头具有优良的强韧性。(4)本专利技术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-Q235爆炸复合板示意图及微观组织形貌图；图2是TA1-Q235爆炸复合坡口尺寸示意图；图3是TA1-Q235爆炸复合坡口焊材填充示意图；图4为实施例2制备的药芯焊丝，在钛-钢复合板焊接时，过渡层、钢层和钛层界面的微观组织形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉30％～50％，纯度99.99％，Mo粉30％～50％，纯度99.94％，Ni粉10％～30％，纯度99.95％，以上组分质量百分比之和为100％，该焊丝的填充量控制在15％～20％。焊皮为紫铜带，紫铜带厚度0.3mm，宽度7mm。该焊丝中各组分的作用和功能如下：Cu元素在药芯焊丝中做过渡层时，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。Cu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，使得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。Cu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。V元素作为药芯焊丝中药粉主要组元，对于熔化焊纯钛TA1/Q235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元素无限固溶，而Cu是非碳化物形成元素，能与Ti及钢中的各种元素形成有限固溶体，对于减小过渡层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。Mo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，微量Mo元素的加入既可以优化过渡层组织，提高焊缝的强韧性，又因Mo元素的熔点高，可提高药芯焊丝的熔点，有益于后续钛盖面的焊接。Ni元素的加入可以改变焊接材料对母材的铺展性，提高焊缝的成形质量，并且Ni的高温塑性高于母材，对于减小焊件的变形量有一定促进作用。用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝的制备方法，具体步骤如下：步骤1：按质量百分比分别称取30％-50％的V粉、30％-50％的Mo粉和10％-30％的Ni粉，上述组分质量百分比之和为100％；步骤2：将步骤1称取的V粉、Mo粉和Ni粉放到球磨机中，球磨8h后得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内加热，加热温度200℃，保温时间2h，目的去除药粉中的结晶水；步骤3：通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，紫铜带用丙酮擦拭干净；步骤4：第一道工序拉拔完毕后，磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；步骤5：焊丝拉拔完毕后，药芯焊丝用蘸有丙酮的棉布擦拭上边的油污，最终经绕丝机把药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。实施例1步骤1：按质量百分比分别称取30％的V粉、50％的Mo粉和20％的Ni粉，上述组分质量百分比之和为100％；步骤2：将步骤1称取的V粉、Mo粉和Ni粉放到球磨机中，球磨8h得到混合均匀的药芯粉末；将其置于真空加热炉内加入，加热温度200℃，保温时间2h，目的去除药粉中的结晶水；步骤3：通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.6mm，拉拔药芯焊丝第一道工序前，紫铜带用丙酮擦拭干净；步骤4：第一道工序拉拔完毕后，磨具孔径依次换至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于焊接钛‑钢复合板过渡层的焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉30％～50％，Mo粉30％～50％，Ni粉10％～30％，以上组分质量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉30％～50％，Mo粉30％～50％，Ni粉10％～30％，以上组分质量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，其特征在于，焊皮为紫铜带。3.根据权利要求1所述的用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，其特征在于，V粉的纯度为99.99％，Mo粉的纯度为99.94％，Ni粉的纯度为99.95％。4.根据权利要求1所述的用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝，其特征在于，该焊丝的填充量控制在15％～20％。5.一种用于焊接钛-钢复合板过渡层的焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：按质量百分比分别称取30％～50％的V粉、3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，韩挺，王晓伟，张涛，史杰，慕二龙，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61