CN104942462B - 钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Nb焊丝及其制备方法 - Google Patents

钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Nb焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Nb焊丝，包括药皮和焊芯，其中焊芯按质量百分比由以下组分组成：钒粉50％～90％，铌粉10％～50％，以上组分质量百分比之和为100％；药皮为紫铜带。本发明还公开了其制备方法：将烘干的铌粉和钼粉混合后倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，拉拔成直径为1.2mm即得。本发明焊丝适用于手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊；本发明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；其制备方法简单，效率高，便于进行大规模批量生产。

Description

钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料及其制备技术领域，具体涉及一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。
背景技术
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TiFe、TiFe2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
本发明的目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V-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。
本发明的另一个目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝，包括药皮和焊芯，其中焊芯按质量百分比由以下组分组成：钒粉50％～90％，铌粉10％～50％，以上组分质量百分比之和为100％；药皮为紫铜带。
本发明的特点还在于，
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目。
本发明所采用的另一个技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取钒粉50％～90％，铌粉10％～50％，以上组分质量百分比之和为100％，分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钼粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为10～20％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤1中铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目。
本发明的有益效果是，
1.本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝，具有以下优点：(1)本发明焊丝，适用于手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊；(2)本发明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；(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。
2.本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝的制备方法简单，效率高，便于进行大规模批量生产。
附图说明
图1是采用实施例1制备得到的Cu-V-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；
图2是图1的局部放大图；
图3是采用实施例4制备得到的Cu-V-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；
图4是图3的局部放大图。
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-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝，包括药皮和焊芯，其中焊芯按质量百分比由以下组分组成：钒粉50％～90％，铌粉10％～50％，以上组分质量百分比之和为100％；药皮为紫铜带,紫铜带厚度为0.4mm，宽度为7mm。
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目。
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。
Nb元素与钛能形成无限固溶体，有很好的互溶特性，微量的Nb元素能细化钛晶粒，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；
V元素与Ti、Fe两元素均能形成连续固溶体，且能与铜无限固溶，很好的阻止了Ti和Fe金属间化合物的产生，提高了焊接接头的强度。
上述钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取钒粉50％～90％，铌粉10％～50％，以上组分质量百分比之和为100％，分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钼粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为10～20％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
实施例1
步骤1，分别称取钒粉500g，铌粉500g分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钼粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为10％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
用实施例1制备的Cu-V-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210A。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：140A，钛层焊接电流为125A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度485MPa，屈服强度376MPa，断后延伸率9.2％，断面收缩率21.3％，室温冲击功30.6J。
如图1所示，过渡层组织与钛层组织有一条细小熔合线，相互扩散较少，在过渡层中均匀分布着块状及长条状的化合物，经能谱分析为Cu-V固溶体组织和Cu-Nb固溶体组织；从图2可以看出过渡层与钢层之间结合良好，存在细小的“白带”，经能谱分析V含量较高，V与Fe形成化合物；钢层组织为针状铁素体+珠光体，与过渡层组织相互穿插。
实施例2
步骤1，分别称取钒粉600g，铌粉400g分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钼粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为13％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
用实施例2制备的Cu-V-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：148A，钛层焊接电流为127A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度469MPa，屈服强度366MPa，断后延伸率8.4％，断面收缩率20.3％，室温冲击功26.4J。
实施例3
步骤1，分别称取钒粉700g，铌粉300g分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钼粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为18％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
用实施例3制备的Cu-V-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205A。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：147A，钛层焊接电流为131A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度473MPa，屈服强度371MPa，断后延伸率7.9％，断面收缩率20.5％，室温冲击功25.3J。
实施例4
步骤1，分别称取钒粉900g，铌粉100g分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钼粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为20％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
用实施例4制备的Cu-V-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204A。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：149A，钛层焊接电流为124A。
经测试，接头力学性能为：抗拉强度481MPa，屈服强度382MPa，断后延伸率11.3％，断面收缩率24.6％，室温冲击功33.6J。
如图3所示，过渡层组织与钛层组织相互穿插，熔合效果理想，过渡层组织是以Cu为基体的固溶体组织，在过渡层中有少量深灰色富集区，用能谱测定为V、Nb元素，钛层为细小的等轴组织，向过渡层扩散较少；从图4可以看出过渡层与钢层界面熔合效果良好，钢层的组织都比较均匀，晶粒细小；钢层组织向过渡层延伸，两层之间相互衔接。

Claims (3)

1.钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝，其特征在于，包括药皮和焊芯，其中焊芯按质量百分比由以下组分组成：钒粉50％，铌粉50％，以上组分质量百分比之和为100％；药皮为紫铜带；
铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目。
2.钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb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，按质量百分比分别称取钒粉50％，铌粉50％，以上组分质量百分比之和为100％，分别放置在真空炉中加热至150℃后，保温1h，然后将烘干的铌粉和钒粉放到混粉机中，搅拌混合均匀；
步骤2，将紫铜带放在放带机上，经过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；
步骤3，将步骤1的混合粉末倒入加料机上，填入带U型凹槽的紫铜带预拉带上，控制药粉的填充率为10％，拉拔成直径为2.5mm的焊丝；
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-V-Nb焊丝。
3.根据权利要求2所述的钛-管线钢焊接用Cu-V-Nb焊丝的制备方法，其特征在于，步骤1中铌粉纯度≥99.95％，粒径为100目；钒粉纯度为99.95％，粒径为100目。
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