CN104028914B - 用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝，按质量百分比由以下组分组成：Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％，余量为Cu，各组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了其制备方法：将Cu、Si、Mn制成金属混合液浇注到铸锭模中形成铸锭；经过锻造、轧制、机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕得到。本发明焊丝做近钢层，V焊丝做近钛层将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，实现钛-管线钢复合板的熔焊对接；焊接接头具有优良的强韧性。

Description

用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
背景技术
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Ti、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
本发明的目的是提供一种用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝，与V含量99.6％的V焊丝(近钛层)配合使用，解决钛-管线钢复合板无法熔焊对接的问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝，按质量百分比由以下组分组成：Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％，余量为Cu，各组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的另一个技术方案是，用于焊接钛-管线钢复合板近钢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经过表面处理的Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，余量为Cu；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌2～3min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存30～35min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在800～900℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在800～900℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ0.8-1.2mm的焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤2中精炼温度为1130～1150℃，时间20～25min。
本发明的有益效果是，用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝，(1)本发明焊丝直径均比较小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极惰性气体保护焊焊接；(2)本发明焊丝做近钢层，V焊丝做近钛层可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，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，先用管线钢焊丝在钢侧坡口处焊接钢层，再用本发明焊丝在Ti侧坡口处焊接近钢层，进而用V含量99.6％的V焊丝在Cu上焊接近钛层，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)本发明焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模批量生产。
附图说明
图1是实施例1制备的焊丝配合纯钛丝，纯钒丝及YCGX80管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织图；
图2是实施例4制备的焊丝配合纯钛丝，纯钒丝及YCGX80管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板焊缝区熔敷金属微观组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于焊接钛-管线钢复合板近钢层的焊丝，按质量百分比由以下组分组成：Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％，余量为Cu，各组分质量百分比之和为100％。
焊丝中各组分的作用和功能如下：
Si在焊丝过渡到焊缝中时，通过脱氧反应形成氧化物夹杂或氧硫复合物夹杂，在焊接时起到脱氧作用与强化焊缝的作用，用以防止焊缝的氧化以及稳固基体、保证焊缝强度的作用；
Mn的作用与Si相似，但脱氧能力比Si稍微差一些，在焊丝中含锰，除了脱氧作用外，还能和硫化合生成MnS，起到脱硫作用，故可降低由硫引起的热裂纹的倾向；
C可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成，C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响，含C量过低会降低焊缝的高温强度，含C过高又容易出现结晶裂纹。
用于焊接钛-管线钢复合板近钢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经过表面处理的Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，余量为Cu；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼，精炼温度为1130～1150℃，时间20～25min；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌2～3min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存30～35min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在800～900℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在800～900℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ0.8-1.2mm的焊丝。
本发明焊丝的特点：(1)本发明焊丝直径均比较小，既可采用手工钨极氩弧焊焊接，又可采用熔化极惰性气体保护焊焊接；(2)本发明焊丝做近钢层，V焊丝做近钛层可将复合板钛层与管线钢层焊缝组织有效的衔接在一起，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，先用管线钢焊丝在钢侧坡口处焊接钢层，再用本发明焊丝在Ti侧坡口处焊接近钢层，进而用V含量99.6％的V焊丝在Cu上焊接近钛层，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)本发明焊丝合金种类少，制备工艺简单，便于进行大规模批量生产。
实施例1
步骤1，按质量百分比分别称取经过表面处理的Si2.7％，Mn1.2％，Cu96.1％；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼，精炼温度为1130℃，时间20min；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌2min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存30min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在800℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在800℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ1.2mm的焊丝。
用实施例1制备的焊丝(近钢层)，配合纯钛丝(钛层)，纯钒丝(近钛层)及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)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°，焊接顺序为：钢层-近钢层-近钛层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160～180A。近钢层、近钛层及钛层均采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为：90～110A、130～150A及135～155A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度491MPa，屈服强度393MPa，断后延伸率11％，断面收缩率32％，室温冲击功33J。
实施例1制备得到的焊丝配合纯钛丝，纯钒丝及YCGX80管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板的焊缝区熔敷金属微观组织见图1。由图1可知，TA1与近钛层V焊缝以条状或块状穿插衔接，中间有一约150μm的过渡带；V焊缝与本发明的近钢层Cu焊缝组织结合良好，互相渗透，无明显过渡带，Cu焊缝组织多为不规则的多边形晶粒，由靠近V一侧到靠近X80钢一侧，晶粒界面逐渐变得较为模糊；Cu焊缝与钢焊缝界面呈线状。整个焊缝过渡均匀，衔接良好。
实施例2
步骤1，按质量百分比分别称取经过表面处理的Si2.9％，Mn1.4％，Cu95.7％；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼，精炼温度为1140℃，时间22min；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌2.5min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存35min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在850℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在850℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ1.0mm的焊丝。
用实施例2制备的焊丝(近钢层)，配合纯钛丝(钛层)，纯钒丝(近钛层)及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)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°，焊接顺序为：钢层-近钢层-近钛层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A。近钢层、近钛层及钛层均采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为：90-110A、130-150A，135-155A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度495MPa，屈服强度392MPa，断后延伸率10％，断面收缩率33％，室温冲击功34J。
实施例3
步骤1，按质量百分比分别称取经过表面处理的Si3.1％，Mn1.6％，Cu95.3％；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼，精炼温度为1150℃，时间25min；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌3min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存32min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在900℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在900℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ0.8mm的焊丝。
用实施例3制备的焊丝(近钢层)，配合纯钛丝(钛层)，纯钒丝(近钛层)及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)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°，焊接顺序为：钢层-近钢层-近钛层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A，近钢层采用熔化极氩气保护焊接，焊接电流为90-110A，近钛层与钛层均采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为：130-150A、135-155A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度497MPa，屈服强度395MPa，断后延伸率11.5％，断面收缩率34％，室温冲击功36J。
实施例4
步骤1，按质量百分比分别称取经过表面处理的Si3.3％，Mn1.8％，Cu94.9％；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼，精炼温度为1130℃，时间22min；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌3min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存30min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在870℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在870℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ0.8mm的焊丝。
用实施例4制备的焊丝(近钢层)，配合纯钛丝(钛层)，纯钒丝(近钛层)及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)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在上、钛层在下)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°，焊接顺序为：钢层-近钢层-近钛层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为160-180A，近钢层采用熔化极氩气保护焊接，焊接电流为90-110A，近钛层与钛层均采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为：130-150A、135-155A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度500MPa，屈服强度396MPa，断后延伸率11％，断面收缩率35％，室温冲击功34J。
实施例4制备的焊丝，配合纯钛丝，纯钒丝及YCGX80管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板焊缝区熔敷金属微观组织见图2。由图2可知，TA1与近钛层V焊缝中间有一层200μm的过渡带，过渡带上的组织逐渐由TAI一侧组织靠近V一侧组织，过渡良好；V焊缝与本发明的近钢层Cu焊缝之间以条状组织互相穿插，结合很好；Cu焊缝与X80钢焊缝呈明显线状界面，界面靠Cu一侧有部分钢侧组织穿插，Cu焊缝组织由靠近V一侧多边形晶粒逐渐变为块状及针状，与X80钢焊缝的针状铁素体组织具有良好的衔接性。

Claims (1)

1.用于焊接钛-管线钢复合板近钢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经过表面处理的Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，余量为Cu；
步骤2，将金属Cu、Si放入真空感应熔炼炉内的MgO坩埚内进行熔化，待炉内金属全部融化后且熔池表面平静无气泡逸出，转入精炼，精炼温度为1130～1150℃，时间20～25min；精炼后，待金属液温度降至1090℃，充入氩气；再将金属Mn加入金属液中，搅拌2～3min后出炉，出炉温度为1090℃；
步骤3，将金属混合液浇注到铸锭模中，浇注过程保持金属混合液表面平静，浇注均匀，铸锭模在真空室保存30～35min，取出铸锭并冷却至室温；在冶炼过程中，各组分重量百分比控制为：C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％；
步骤4，采用双臂式电动空气锤在800～900℃下将铸锭先锻造成50mm×50mm的方坯料，再在800～900℃下采用200型五架横列三辊式轧机将坯料轧制成Φ6.5mm盘条；将盘条经过机械剥壳-酸洗-烘干-干法拔丝-卷取-热处理-干法拉丝-卷取-抛光-卷取-缠绕，最终得到Φ0.8-1.2mm的焊丝。
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