CN106238948A - 钛‑管线钢焊接用Cu‑Ag‑Zr焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钛‑管线钢焊接用Cu‑Ag‑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:Ag粉80~90%,Zr粉10~20%,以上组分质量百分比之和为100%。本发明还公开了其制备方法:将Ag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。本发明焊丝Ag元素的加入可以细化过渡层组织,提高焊缝的强韧性,在焊接过程中可以提高药芯焊丝的润湿性和流动性,对于焊缝的成型起到至关重要的作用;适量Zr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。
Description
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域,具体涉及一种钛-管线钢焊接用Cu-Ag-Zr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***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钛-管线钢焊接用Cu-Ag-Zr焊丝,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钛-管线钢焊接用Cu-Ag-Zr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-Ag-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:Ag粉80~90%,Zr粉10~20%,以上组分质量百分比之和为100%。
本发明的特点还在于,
外皮为紫铜带。
药芯的填充量(重量)为15%~20%。
本发明所采用的第二个技术方案是,钛-管线钢焊接用Cu-Ag-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80%~90%的Ag粉和10%~20%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Ag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。
本发明的特点还在于,
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。
本发明的有益效果是,
(1)本发明Cu-Ag-Zr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)Ag、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,Ag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,且Ag质地较软,可减少过渡层焊接应力,减少裂纹的产生。Ag元素的加入可以细化过渡层组织,提高焊缝的强韧性。在焊接过程中,Ag元素的加入可以提高药芯焊丝的润湿性和流动性,对于焊缝的成型起到至关重要的作用。Zr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Zr及钢中的各种元素均能形成固溶体,对于减小过渡层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。适量Zr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。
(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,再用本发明的药芯焊丝在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)本发明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焊缝三角区微观组织形貌图;
图2是实施例2焊缝三角区微观组织形貌图;
图3是实施例3焊缝三角区微观组织形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明钛-管线钢焊接用Cu-Ag-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:Ag粉80~90%,Zr粉10~20%,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%。
本发明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。Cu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,使的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。Cu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。
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,过渡层材料的选择和应用至关重要,从冶金作用产物考虑,Zr元素能与Ti元素无限固溶,而Cu是非碳化物形成元素,能与Zr及钢中的各种元素均能形成有限固溶体,对于减小过渡层金属间化合物脆性相的形成起到一定的作用。适量Zr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。
Ag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,且Ag质地较软,可减少过渡层焊接应力,减少裂纹的产生。Ag元素的加入可以细化过渡层组织,提高焊缝的强韧性。在焊接过程中,银元素的加入可以提高药芯焊丝的润湿性和流动性,对于焊缝的成型起到至关重要的作用。
本发明钛-管线钢焊接用Cu-Ag-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80%~90%的Ag粉和10%~20%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Ag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90%的Ag粉和10%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:130-150A。
经测试,接头力学性能为:抗拉强度524MPa,屈服强度414MPa,断后延伸率8%,断面收缩率13%,室温冲击功14J。
实施例1制备得到的Cu-Ag-Zr焊丝配合纯钛丝及ER50-6管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板的熔敷金属微观组织见图1。从图1可以看出,过渡层与复层钛以及基层钢均达到冶金结合,成型较好。但在焊缝区域存在裂纹。裂纹主要分布在钛层、过渡层、钢层交汇区域,经相关能谱、XRD图像测试分析,焊缝裂纹区主要是Ti元素与Cu、Fe元素形成的金属间化合物所致。
实施例2
步骤1:按质量百分比分别称取85%的Ag粉和15%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3次,并空干40min;
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125℃,保温时间4h,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2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:130-150A。
经测试,接头力学性能为:抗拉强度545MPa,屈服强度425MPa,断后延伸率8.5%,断面收缩率14%,室温冲击功33J。
实施例2制备得到的Cu-Ag-Zr药芯焊丝配合纯钛焊丝及ER50-6管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板的熔敷金属微观组织见图2。从图2上可以看出,过渡层与复层钛以及基层钢均达到冶金结合,成型较好。从微观组织形貌观察,不同区域组织与组织间以熔合线隔开,熔合线清晰,熔合线附近未发现裂纹、气孔等常见裂纹。药粉中15%的Zr对裂纹的避免及组织的改善起到作用。
实施例3
步骤1:按质量百分比分别称取80%的Ag粉和20%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35min;
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130℃,保温时间3.5h,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3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:130-150A。
经测试,接头力学性能为:抗拉强度512MPa,屈服强度408MPa,断后延伸率6.5%,断面收缩率11%,室温冲击功24J。
实施例3制备得到的Cu-Ag-Zr药芯焊丝配合纯钛丝及ER50-6管线钢焊丝焊接钛-管线钢复合板的熔敷金属微观组织见图3。从图3上可以看出,过 渡层与复层钛以及基层钢均达到冶金结合,成型较好。焊缝区域不存在微观裂纹,也不存在其他焊接缺陷。
Claims (6)
1.钛-管线钢焊接用Cu-Ag-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:Ag粉80~90%,Zr粉10~20%,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-Ag-Zr焊丝,其特征在于,外皮为紫铜带。
3.根据权利要求1所述的钛-管线钢焊接用Cu-Ag-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-Ag-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80%~90%的Ag粉和10%~20%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Ag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。
5.根据权利要求4所述的钛-管线钢焊接用Cu-Ag-Zr焊丝的制备方法,其特征在于,步骤1中Zr需进行醇洗2~3次,然后在空气中干燥30~40min。
6.根据权利要求4所述的钛-管线钢焊接用Cu-Ag-Zr焊丝的制备方法,其特征在于,步骤2中烘干温度为120~130℃,保温时间3~4h。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161221 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |