钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Zr焊丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Zr焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉75～85％，Zr粉15～25％，以上组分质量百分比之和为100％。本发明专利技术还公开了其制备方法：将V粉和Zr粉混合均匀后烘干得到药芯粉末，将药芯粉末包裹在紫铜带内后拉拔得到。本发明专利技术钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Zr焊丝，V元素能与Ti元素形成连续固溶体，而Cu是非碳化物形成元素，能与V及钢中的各种元素均能形成固溶体，对于避免过度层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。适量V元素的加入可以使过渡层与复层钛冶金结合，改善界层组织形貌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料焊接
，具体涉及一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，本专利技术还涉及该焊丝的制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，解决钛-管线钢复合板无法熔焊对接的问题。本专利技术的第二个目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝的制备方法本专利技术所采用的技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉75～85％，Zr粉15～25％，以上组分质量百分比之和为100％。本专利技术的特点还在于，外皮为紫铜带。药芯的填充量(重量)为15％～20％。本专利技术所采用的第二个技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr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75～85％的V粉和15～25％的Zr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粉和Zr粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末，在真空炉内烘干；步骤3：通过药芯焊丝制丝机把步骤2烘干的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量(重量)为15％～20％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-Ag-Zr焊丝。本专利技术的特点还在于，步骤1中Zr需进行醇洗2～3次，然后在空气中干燥30～40min。步骤2中烘干温度为120～130℃，保温时间3～4h。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焊接，又可采用自动非熔化极惰性气体保护焊焊接；(2)V、Zr元素作为药芯焊丝中药粉主要组元，对于熔化焊纯钛TA1/Q345管线钢复合板，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元素能与Ti元素形成连续固溶体，而Cu是非碳化物形成元素，能与V及钢中的各种元素均能形成固溶体，对于避免过度层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。适量V元素的加入可以使过渡层与复层钛冶金结合，改善界层组织形貌。Zr元素和Ti元素为同族元素，可以无限固溶且不形成金属间化合物等脆性相，对于避免过渡层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。(3)钛-管线钢复合板开不对称双V形坡口，先用管线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是实施例1的焊缝微观组织形貌图；图2是实施例2的焊缝微观组织形貌图；图3是实施例3的焊缝微观组织形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对专利技术进行详细说明。本专利技术钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉75～85％，纯度99.99％；Zr粉15～25％，纯度99.94％，以上组分质量百分比之和为100％；外皮为紫铜带。药芯的填充量(重量)为15％～20％。药芯焊丝中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。铜做为中间层，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。铜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。从冶金作用产物考虑，V元素能与Ti元素形成连续固溶体，而Cu是非碳化物形成元素，能与V及钢中的各种元素均能形成固溶体，对于避免过度层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。适量V元素的加入可以使过渡层与复层钛冶金结合，改善界层组织形貌。根据V、Ti二元相图知，V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。而Ti与Zr为同族元素，可以无限固溶，且不形成金属间化合物，对于避免过渡层中裂纹的萌生起到了至关重要的作用。本专利技术钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr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75％～85％的V粉和15％～25％的Zr粉，上述组分质量百分比之和为100％；其中水封态的Zr需进行醇洗2～3次，并在空气中干燥30～40min；步骤2：将步骤1称取的Zr粉和V粉放到混粉机中，干混得到混合均匀的药芯粉末；然后将药芯粉末置于真空加热炉内加热，加热温度120～130℃，保温时间3～4h，目的去除药粉中的结晶水；步骤3：通过药芯焊丝制丝机将烘干后的药芯粉末包裹在紫铜带内，控制药芯粉末的填充量(重量)为15％～20％，第一道拉拔磨具孔径为2.5mm，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，磨具孔径以次换至2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.24mm、1.2mm，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75％的V粉和25％的Zr粉，上述组分质量百分比之和为100％；其中水封态的Zr需进行醇洗2次，并空干30min；步骤2：将步骤1称取的Zr粉和Ag粉放到混粉机中，干混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120℃，保温时间3h，去除药粉中的结晶水；步骤3：通过药芯焊丝制丝机将烘干后的药芯粉末包裹在紫铜带内，第一道拉拔磨具孔径为2.5mm，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，磨具孔径以次换至2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.24mm、1.2mm，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。用实施例1制备的药芯焊丝(过渡层)，配合纯钛焊丝(钛层)，及ER50-6管线钢焊丝(钢层)焊接钛-管线钢(TA1-Q345)复合板。焊接工艺为：钛-管线钢(TA1-Q345)复合板开不对称的双V形坡口(钢层在下、钛层在上)，钢侧坡口角度为60°，钛侧坡口角度为100°。焊接顺序为：钢层-过渡层-钛层；钢层采用CO2气体保护焊，焊接电流为200-230A，过渡层采用手工TIG焊，焊接电流为110-130A，钛层采用自动钨极氩弧焊，焊接电流分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛‑管线钢焊接用Cu‑V‑Zr焊丝，其特征在于，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉75～85％，Zr粉15～25％，以上组分质量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，其特征在于，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：V粉75～85％，Zr粉15～25％，以上组分质量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，其特征在于，外皮为紫铜带。3.根据权利要求1或2所述的钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr焊丝，其特征在于，药芯的填充量(重量)为15％～20％。4.钛-管线钢焊接用Cu-V-Zr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75～85％的V粉和15～25％的Zr粉，上述组分质量百分比之和为1...

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