CN113510405B - 一种用于焊接钛/钢异种材料的焊丝及其制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于焊接钛钢异种材料的焊丝及其制作工艺，该焊丝是由硅青铜焊丝ERCuSi‑A和蒙乃尔镍铜合金焊丝ERNiCu‑7构成的绞股焊丝，即5股ERNiCu‑7焊丝和2股ERCuSi‑A焊丝绞合而成，其中一股ERCuSi‑A细丝为中心丝，其余6股细丝螺旋缠绕在中心丝外周上。解决了接触强度低，容易沿熔合线形成裂纹和容易发生断裂的技术问题。解决了焊丝拉拔过程容易发生脆性断裂、拉拔困难、制造成本高和难以做成满足生产使用的熔化极焊丝的技术问题。

Description

一种用于焊接钛/钢异种材料的焊丝及其制作工艺
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种用于焊接钛/钢异种材料的焊丝及其制作工艺。
背景技术
特种车辆是体现国家综合国力和战斗力的重要装备，轻量化是未来特种车辆发展的重要方向。高强度钛合金在特种车辆上的应用已成为发展趋势，钛合金具有比强度高、防腐性能好、轻量化等特点，可实现车辆大幅减重，国外已广泛应用于航空航天、核潜艇、兵器等领域。然而钛合金由于其性能的局限性，对于车体和炮塔内部的零件不能完全用钛合金取代，需要和车体连接在一起，如车体的支架和炮塔内部的附座，但是现在异种材料的连接技术一直是工业生产的一大难题，制约着新一代特种车辆的高质量发展。目前，对于异种材料连接使用最多的是铆接和铜钎焊，铆接主要用于异种材料的薄板连接，而铜钎焊主要用在不同材料管类零件的焊接，实验室中经常通过制作中间层的方式阻断Ti和Fe结合进行焊接，常用的中间层有铜箔、镍箔和钒箔。
目前，异种材料连接方式主要采用铆接，对结构件会产生局部破坏，对于厚结构件不适用；钛/钢经常采用铜钎焊进行焊接，而铜钎焊焊接异种材料焊接界面属于硬接触，接触强度低，容易沿熔合线形成裂纹，在受力件上容易发生断裂。在铜合金内部加入大量的提高强度和可用于中间层的合金元素，比如Cu-Ni-Si合金，随着Ni含量的增加，焊丝拉拔过程容易发生脆性断裂，拉拔困难，制造成本高，难以做成满足生产使用的熔化极焊丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于焊接钛/钢异种材料的焊丝及其制作工艺，解决了接触强度低，容易沿熔合线形成裂纹和容易发生断裂的技术问题。解决了焊丝拉拔过程容易发生脆性断裂、拉拔困难、制造成本高和难以做成满足生产使用的熔化极焊丝的技术问题。
本发明的技术方案是，一种用于焊接钛钢异种材料的焊丝是由硅青铜焊丝ERCuSi-A和蒙乃尔镍铜合金焊丝ERNiCu-7构成的绞股焊丝，即5股ERNiCu-7焊丝和2股ERCuSi-A焊丝绞合而成，其中一股ERCuSi-A细丝为中心丝，其余6股细丝螺旋缠绕在中心丝外周上。
所述焊丝的化学成分及其质量百分比如下：
Ni为44.5～46.4，Si为1.7～2.0，C≤0.11；Mn为2.9～3.2，Fe为≤1.8，Al≤0.9，Ti为1.1～2.1，余量为Cu。
所述焊丝的制作工艺过程如下：
第一步，准备5股的焊丝ERCuSi-A和直径为1.2mm的2股焊丝ERNiCu-7，将所有焊丝安装在焊丝拉拔的送丝轮上，然后对1.2mm的焊丝进行拉拔；
第二步，拉拔后的细丝固定在捻股机中，即1股ERNiCu-7细丝处于中心位置，其余6股细丝依次排列螺旋缠绕，调节捻距、张力及转数工艺参数，通过定径模具孔进一步压实合紧，并通过去应力装置消除焊丝残余应力，得到Cu-Ni-Si焊丝；
第三步，对得到的焊丝进行表面酸洗；池中清洗；
第四步，检验是否满足设计要求，确保满足出厂要求。
本发明的有益效果是，1、通过绞股焊丝进行成分匹配代替合金熔炼的复杂工序，使Cu-Ni-Si焊丝生产更容易；2、采用绞合的形式制作焊丝，焊接过程中焊丝的旋转搅拌作用促进焊缝元素分布均匀；3、用焊丝代替中间层，解决了钛/钢异种材料焊接的工业化应用问题；本发明采用绞股焊丝的形式进行捏合两种性能不同的焊丝，保证最后新焊丝的一致性。
附图说明
图1为本发明一种用于焊接钛/钢异种材料的焊丝的结构示意图；
图2为图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
该发明采用绞股焊丝的工艺制作Cu-Ni-Si合金制造钛/钢异种材料焊丝，基于Cu-Ni-Si系合金的平衡相图，当Cu含量在40％左右时，凝固组织只形成共晶组织β-Ni3Si+α-Cu(Ni,Si)，不存在脆化物δ-Ni2Si，组织比较均匀。
如图1所示，本发明一种用于焊接钛/钢异种材料的焊丝是由硅青铜焊丝ERCuSi-A和蒙乃尔镍铜合金焊丝ERNiCu-7构成的绞股焊丝，即5股ERNiCu-7焊丝和2股ERCuSi-A焊丝绞合而成，焊丝直径为1.6mm，由直径为0.53mm的7根细丝构成，其中一股细丝ERCuSi-A为中心丝，其余6股细丝为缠绕丝，6股细丝依次排列，然后螺旋缠绕在中心丝外周上。
本发明一种钛/钢异种材料焊丝的化学成分(wt％)的质量百分比如下：
Ni为44.5～46.4，Si为1.7～2.0，C≤0.11；Mn为2.9～3.2，Fe为≤1.8，Al≤0.9，Ti为1.1～2.1，余量为Cu。
本发明一种钛/钢异种材料焊丝的制作工艺过程如下：
(1)准备5股的ERCuSi-A焊丝和直径为1.2mm的2股ERNiCu-7焊丝，将所有细丝安装在焊丝拉拔的送丝轮上。
(2)设定焊丝拉拔尺寸最终直径为0.53mm，然后对1.2mm的细丝进行拉拔；
(3)拉拔后的细丝按照上述位置关系固定在捻股机中，即1股ERNiCu-7处于中心位置，其余依次排列螺旋缠绕，调节捻距、张力及转数工艺参数，其中张力为设备张力额定值的10％～15％，转数为300～600r/min，捻距为37～46mm。通过定径模具孔以进一步压实合紧，并通过去应力装置消除焊丝残余应力，得到Cu-Ni-Si焊丝；
(4)对得到的焊丝进行表面酸洗；池中清洗；
(5)检验是否满足设计要求，线径1.6(上下浮动0.5)、松弛直径(小于380mm)、翘距(小于25mm)和捻距(10-15mm)进行测试，确保满足出厂要求。

Claims (2)

1.一种用于焊接钛钢异种材料的焊丝，其特征是：该焊丝是由硅青铜焊丝ERCuSi-A和蒙乃尔镍铜合金焊丝ERNiCu-7构成的绞股焊丝，即5股ERNiCu-7焊丝和2股ERCuSi-A焊丝绞合而成，其中一股ERCuSi-A细丝为中心丝，其余6股细丝螺旋缠绕在中心丝外周上；所述焊丝的化学成分及其质量百分比如下：
Ni为44.5～46.4，Si为1.7～2.0，C≤0.11；Mn为2.9～3.2，Fe为≤1.8，Al≤0.9，Ti为1.1～2.1，余量为Cu。
2.权利要求1所述的一种用于焊接钛钢异种材料的焊丝的制作工艺，其特征在于：所述焊丝的制作工艺过程如下：
第一步，准备5股的焊丝ERCuSi-A和直径为1.2mm的2股焊丝ERNiCu-7，将所有焊丝安装在焊丝拉拔的送丝轮上，然后对1.2mm的焊丝进行拉拔；
第二步，拉拔后的细丝固定在捻股机中，即1股ERNiCu-7细丝处于中心位置，其余6股细丝依次排列螺旋缠绕，调节捻距、张力及转数工艺参数，通过定径模具孔进一步压实合紧，并通过去应力装置消除焊丝残余应力，得到Cu-Ni-Si焊丝；
第三步，对得到的焊丝进行表面酸洗；池中清洗；
第四步，检验是否满足设计要求，确保满足出厂要求。
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