CN104400249A - 钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，包括焊丝外皮和药芯，外皮为纯度为99.99％的紫铜带，药芯为钒粉，其化学成分为：V＞99.9％，Fe＜0.05％，Si＜0.05％，Al＜0.05％，N＜0.04％，C＜0.05％，H＜0.01％，以上组分质量百分比值和为100％。本发明还公开了其制备方法：通过成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，并向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为25％～30％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；经过9级精拉至1.2mm。本发明药芯焊丝可实现钛-钢复合板的熔焊对接，所得焊接接头具有优良的强韧性；成分控制较容易，制造工艺简单，便于进行大规模批量生产。

Description

钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
钛-钢复合板是以钢板为基层，以钛板为复层的复合材料。钛及其合金由于具有密度小、耐热，以及良好的耐蚀性能等，被广泛用于制作各种化学反应容器、热交换器等石油化工和航空航天领域中的产品。但是，钛及其合金的价格相对较高，导致其工业产品的成本增加，在满足产品使用性能要求的前提下，如何降低产品成本一直是人们努力追求的目标。钛-钢复合板既能保持钛优异的耐蚀性，又具有普通钢板作为结构件的高强度和一定塑性，使产品的生产成本大幅度降低，因此钛-钢复合板在石油化工、海洋工程等许多领域中有着广泛的应用前景。
钛与钢直接熔焊时，由于铁在钛中的溶解度极低，常温下Fe在Ti中的溶解度只有0.05％～0.1％左右，当合金含铁量超过0.1％时，将会形成金属间化合物Ti-Fe。Ti-Fe相硬而脆，在高温下还会形成金属间化合物TiFe2，同时，钛还与Ni、Cr、C形成更加复杂的金属间化合物和碳化物，使焊缝严重脆化，甚至产生裂纹。即使在固态下焊接，由于母材组元的相互扩散和迁移，也很容易在结合区附近形成一个金属间化合物和碳化物的薄层，从而导致结合区韧性下降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。
因此，通常在钛-钢复合材料的熔焊对接时往往需要添加一种合适的过渡层，这就对过渡层用焊接材料提出了要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，解决了现有钛与钢直接熔焊时焊缝严重脆化，甚至产生裂纹的问题。
本发明的另一个目的是提供上述钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，包括焊丝外皮和药芯，药芯为钒粉，其化学成分为：V＞99.9％，Fe＜0.05％，Si＜0.05％，Al＜0.05％，N＜0.04％，C＜0.05％，H＜0.01％，以上组分质量百分比值和为100％。
本发明的特点还在于，
焊丝外皮为10×0.4mm的紫铜带，纯度99.99％。
药芯的填充比为25％～30％。
本发明所采用的另一个技术方案是，钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对粒度为100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％的钒粉在200～250℃烘干处理2～3h；
步骤2，将10×0.4mm，纯度为99.99％的紫铜带放置在药芯焊丝生产线的放带机上，用超声波清洗仪对紫铜带进行清洗，去除紫铜带表面油污及其他有害污染物；
步骤3，通过成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，并向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为25％～30％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；
步骤4，经过9级精拉将直径2.6mm的焊丝至为直径1.2mm，即得到钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝。
本发明的有益效果是，本发明钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝具有以下特点：1)本发明药芯焊丝可实现钛-钢复合板的熔焊对接，所得焊接接头具有优良的强韧性；2)本发明药芯焊丝成分控制较容易，制造工艺简单，便于进行大规模批量生产；3)本发明药芯焊丝适用于熔化极氩弧焊，惰性气体保护焊等多种焊接方法。
附图说明
图1是本发明实施例1对应的焊缝金属金相组织图；
图2是本发明实施例2对应的焊缝金属金相组织图；
图3是本发明实施例3对应的焊缝金属金相组织图。
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。
本发明钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，包括焊丝外皮和药芯，药芯为钒粉，其化学成分为：V＞99.9％，Fe＜0.05％，Si＜0.05％，Al＜0.05％，N＜0.04％，C＜0.05％，H＜0.01％，以上组分质量百分比值和为100％。
焊丝外皮为10×0.4mm的紫铜带，纯度99.99％。
药芯的填充比为25％～30％。
上述钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对粒度为100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％的钒粉在200～250℃烘干处理2～3h；
步骤2，将10×0.4mm，纯度为99.99％的紫铜带放置在药芯焊丝生产线的放带机上，用超声波清洗仪对紫铜带进行清洗，去除紫铜带表面油污及其他有害污染物；
步骤3，通过成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，并向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为25％～30％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；
步骤4，经过9级精拉将直径2.6mm的焊丝至为直径1.2mm，即得到钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝。
本发明钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝具有以下特点：1)本发明药芯焊丝可实现钛-钢复合板的熔焊对接，所得焊接接头具有优良的强韧性；2)本发明药芯焊丝成分控制较容易，制造工艺简单，便于进行大规模批量生产；3)本发明药芯焊丝适用于熔化极氩弧焊，惰性气体保护焊等多种焊接方法。
实施例1
步骤1，取粒度为100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％的钒粉，对其进行200℃×2h烘干处理；
步骤2，将纯度99.99％，10×0.4mm的紫铜带放置在药芯焊丝生产线的放带机上，用超声波清洗仪对紫铜带进行清洗，去除紫铜带表面油污及其他有害污染物；
步骤3，通过焊丝成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为25％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；
步骤4，将2.6mm的药芯焊丝经过9级精拉至直径1.2mm。
用实施例1制备的铜-钒药芯焊丝，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。接头力学性能为：抗拉强度483MPa，屈服强度363MPa，断后延伸率8.5％，断面收缩率29％，室温冲击功30J。
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-钢复合板的焊缝区金属微观组织见图1。图1中下层为钢层焊缝组织，中层颜色稍亮部分为本发明的药芯焊丝焊接过渡层组织，上层为钛层焊缝组织，药芯焊丝过渡层的厚度约50μm，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。
实施例2
步骤1，取粒度为100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％的钒粉，对其进行220℃×2.5h烘干处理；
步骤2，将纯度99.99％，10×0.4mm的紫铜带放置在药芯焊丝生产线的放带机上，用超声波清洗仪对紫铜带进行清洗，去除紫铜带表面油污及其他有害污染物；
步骤3，通过焊丝成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为27％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；
步骤4，将直径2.6mm的药芯焊丝经过9级精拉至直径1.2mm。
用实施例2制备的铜-钒药芯焊丝焊丝，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。接头力学性能为：抗拉强度495MPa，屈服强度390MPa，断后延伸率9％，断面收缩率30％，室温冲击功32J。
焊缝区金属微观组织见图2。图2中下层为钢层焊缝组织，中层颜色稍亮部分为本发明的药芯焊丝焊接过渡层组织，上层为钛层焊缝组织。药芯焊丝过渡层的厚度在30～50μm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。
实施例3
步骤1，取粒度为100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％的钒粉，对其进行250℃×3h烘干处理；
步骤2，将纯度99.99％，10×0.4mm的紫铜带放置在药芯焊丝生产线的放带机上，用超声波清洗仪对紫铜带进行清洗，去除紫铜带表面油污及其他有害污染物；
步骤3，通过焊丝成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为30％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；
步骤4，将直径2.6mm的药芯焊丝经过9级精拉至直径1.2mm。
用实施例3制备的铜-钒药芯焊丝焊丝，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。接头力学性能为：抗拉强度501MPa，屈服强度393MPa，断后延伸率9.5％，断面收缩率32％，室温冲击功32J。
焊缝区熔敷金属微观组织见图3。图3中下层为钢层焊缝组织，中层颜色稍亮部分为本发明的药芯焊丝焊接过渡层组织，上层为钛层焊缝组织。药芯焊丝过渡层的厚度在50～70μm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。

Claims (4)

1.钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，其特征在于，包括焊丝外皮和药芯，药芯为钒粉，其化学成分为：V＞99.9％，Fe＜0.05％，Si＜0.05％，Al＜0.05％，N＜0.04％，C＜0.05％，H＜0.01％，以上组分质量百分比值和为100％。
2.根据权利要求1所述的钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，其特征在于，焊丝外皮为10×0.4mm的紫铜带，纯度99.99％。
3.根据权利要求1或2所述的钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝，其特征在于，药芯的填充比为25％～30％。
4.根据权利要求1所述的钛-钢复合板异质接头过渡层用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1，对粒度为100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％的钒粉在200～250℃烘干处理2～3h；
步骤2，将10×0.4mm，纯度为99.99％的紫铜带放置在药芯焊丝生产线的放带机上，用超声波清洗仪对紫铜带进行清洗，去除紫铜带表面油污及其他有害污染物；
步骤3，通过成型机将步骤2处理过的紫铜带轧制成U型，并向其中添加步骤1烘干的钒粉，控制钒粉的填充率为25％～30％，随后对焊丝进行6级粗拉至直径2.6mm；
步骤4，经过9级精拉将直径2.6mm的焊丝至为直径1.2mm，即得到钛-钢复合板异质接头过渡层用药芯焊丝。
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