CN113814606B - Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝及方法与坡口形式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种Ni‑Cr‑Al‑Ti‑Co焊丝,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比由以下组分组成:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。该Ni‑Cr‑Al‑Ti‑Co焊丝,专门用于铜‑钢***复合板对接焊接过程中过渡层的焊接,可有效解决铜‑钢复合板焊接过程中焊缝开裂的问题。本发明还公开还涉及该种Ni‑Cr‑Al‑Ti‑Co焊丝的制备方法与坡口形式。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域,具体涉及一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝,还涉及该种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝的制备方法与坡口形式。
背景技术
铜-钢双金属***复合结构,同时兼有铜良好的导电、导热性及钢材料良好的焊接稳定性等优点,满足当今工程领域对材料高性能的要求。但是,当对铜-钢复合板进行对接连接时,由于铜和钢之间的热物理性能差异较大,导致其焊接连接困难。前期研究表明,在进行铜/钢焊接时,少量的铜元素进入钢焊缝会导致钢焊缝出现严重的沿晶开裂缺陷。因此,为了抑制铜-钢复合板对接连接时的开裂问题,需要开发合适的过渡层焊材,通过合金元素的调控,实现钢层和铜层的高质量的连接。与此同时,还需要制定合适的焊接工艺,尤其是根据复合板的尺寸特点设计合适的坡口形式,保证铜-钢复合板连接时的质量与效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝,专门用于铜-钢***复合板对接焊接过程中过渡层的焊接,可有效解决铜-钢复合板焊接过程中焊缝开裂的问题。
本发明的第二个目的是提供一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种采用Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝焊接铜-钢复合板时的坡口形式。
本发明所采用的技术方案是,一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比由以下组分组成:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。
本发明的特征还在于,
各个药粉的粒度均为100-200目。
焊皮为纯镍带,纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%-30wt.%。
本发明所采用的第二种技术方案是,一种Ni-Cr-Al-Ti-Co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以下药粉:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为200~300℃,保温时间为2-3h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3-4h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0~1.2mm的药芯焊丝;
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
本发明的特征还在于,
步骤1中,各个药粉的粒度均为100-200目。
步骤3中,纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%-30wt.%。
本发明所采用的第三种技术方案是,采用上述的一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝焊接铜-钢复合板时的坡口形式,铜-钢复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1-1.5mm。
本发明的有益效果是:
(1)本发明焊丝适用于铜-钢复合板过渡层的焊接,可有效解决铜-钢复合板焊接过程中焊缝开裂的问题。
(2)本发明药芯焊丝,其合金元素以Ni为主,利用Ni与Cu、Ni与Fe之间优异的焊接性。在药粉中添加了Cr、Al、Ti和Co元素,其中Cr元素的作用是提高熔池流动性、降低热裂敏感性;Al和Ti元素都有形成弥散分布的二次相的作用,提高焊缝的强度;Co元素有提高焊缝的高温稳定性的作用。
(3)通过药粉配比可以灵活的调整铜-钢复合板过渡层用镍铬基焊丝的成分;相比于实心焊丝,药芯焊丝的熔覆效率更高。
(4)本发明所设计的坡口形式,焊接操作简单,适合批量流水线作业。
附图说明
图1为使用本发明焊丝在铜-钢复合板焊接时铜-钢复合板的坡口形式;
图2为使用本发明焊丝在铜-钢复合板焊接时的铜-钢复合板焊接顺序;
图3为实施案例2制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板过渡层时,过渡层焊缝与底部铜焊缝的低倍组织形貌图。
图4为实施案例2制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板过渡层时,过渡层焊缝的高倍组织形貌图。
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。
本发明提供一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比由以下组分组成:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。
其中,各个药粉的粒度均为100-200目;焊皮为纯镍带,纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%-30wt.%。
该药芯焊丝中主要合金组分的作用和功能如下:
Ni元素为药芯焊丝的主要合金元素,从Ni-Fe和Ni-Cu二元相图可知,Ni和Fe之间、Ni和Cu之间焊接性均较好,因此过渡层焊缝以Ni为主可以有效起到连接铜焊缝和钢焊缝的作用。与此同时,Ni是一种既能提高焊缝的强度又使焊缝具有良好的塑韧性的合金元素。
Cr元素作为药芯焊丝药粉的主要合金元素,能够减少焊缝中γ相的形成,稳定α相,从而可以降低焊缝的热裂敏感性。Cr元素和Ni元素之间的焊接性较好,当熔池中以Ni和Cr为主时,其熔池的流动性较好。与此同时,Cr和Ni的熔点较接近,有利于避免热裂纹的形成。
Al元素作为药芯焊丝药粉的合金元素,Al可以提高焊缝的抗氧化性,但铝含量添加不易过高,否则会降低焊缝的强度和韧性。
Ti作为药芯焊丝药粉的合金元素,Ti和Al元素在镍基焊缝中是形成γ’的主要元素,γ’在镍基体中弥散分布,可以起到强化作用。
Co作为药芯焊丝药粉的合金元素,Co能降低Al、Ti在镍基体中的溶解度,提高合金中强化相的数量。
本发明还提供一种上述Ni-Cr-Al-Ti-Co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以下药粉:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤1中,各个药粉的粒度均为100-200目;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为200~300℃,保温时间为2-3h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3-4h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;
步骤3中,纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%-30wt.%。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0~1.2mm的药芯焊丝;
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
本发明还提供采用上述的一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝焊接铜-钢复合板时的坡口形式,铜-钢复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1-1.5mm。
实施例1
步骤1:按质量百分比分别称取以下药粉:Cr粉20.0%,Al粉10.0%,Ti粉10.0%,Co粉为5.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%;步骤1中,各个药粉的粒度均为100目;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为300℃,保温时间为2h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%;纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0mm的药芯焊丝。
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例1制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板,其中复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1mm。坡口尺寸如图1所示。复合板焊接顺序如图2所示:首先进行铜层的焊接,焊接材料为ERCuSi-Al(直径1.2mm),接电流为200~250A;接着进行过渡层的焊接,采用本发明的药芯焊丝,焊接电流为140~160A;最后进行钢侧的焊接,焊接材料为ER50-6焊丝(直径1.2mm),焊接电流为150~160A。
经测试,铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为402MPa,延伸率为15%。
实施例2
步骤1:按质量百分比分别称取以下药粉:Cr粉30.0%,Al粉20.0%,Ti粉20.0%,Co粉为10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。步骤1中,各个药粉的粒度均为200目;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为300℃,保温时间为2h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;该药芯焊丝的填充率控制在30wt.%;纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.2mm的药芯焊丝。
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例2制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板,其中复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1mm。坡口尺寸如图1所示。复合板焊接顺序如图2所示:首先进行铜层的焊接,焊接材料为ERCuSi-Al(直径1.2mm),接电流为200~250A;接着进行过渡层的焊接,采用本实施例的药芯焊丝,焊接电流为140~160A;最后进行钢侧的焊接,焊接材料为ER50-6焊丝(直径1.2mm),焊接电流为150~160A。
经测试,铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为412MPa,延伸率为16%。
实施例2制备得到的镍铬基焊丝焊接铜-钢复合板过渡层。过渡层焊缝与铜焊缝界面的低倍形貌如图3所示,过渡层焊缝与钢焊缝之间结合良好,未发现裂纹、气孔等缺陷。过渡层焊缝的显微组织如图4所示,主要为胞状树枝晶,组织分布均匀。
实施例3
步骤1:按质量百分比分别称取以下药粉:Cr粉25.0%,Al粉15.0%,Ti粉15.0%,Co粉为10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。步骤1中,各个药粉的粒度均为100目;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为200℃,保温时间为3h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为4h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%;纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0mm的药芯焊丝。
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例3制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板,其中复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1mm。坡口尺寸如图1所示。复合板焊接顺序如图2所示:首先进行铜层的焊接,焊接材料为ERCuSi-Al(直径1.2mm),接电流为200~250A;接着进行过渡层的焊接,采用本发明的药芯焊丝,焊接电流为140~160A;最后进行钢侧的焊接,焊接材料为ER50-6焊丝(直径1.2mm),焊接电流为150~160A。
经测试,铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为385MPa,延伸率为19%。
实施例4
步骤1:按质量百分比分别称取以下药粉:Cr粉30.0%,Al粉10.0%,Ti粉15.0%,Co粉为7.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。步骤1中,各个药粉的粒度均为200目;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为280℃,保温时间为2.5h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3.5h;
步骤3:采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;该药芯焊丝的填充率控制在28wt.%;纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0mm的药芯焊丝。
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例4制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板,其中复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1mm。坡口尺寸如图1所示。复合板焊接顺序如图2所示:首先进行铜层的焊接,焊接材料为ERCuSi-Al(直径1.2mm),接电流为200~250A;接着进行过渡层的焊接,采用本发明的药芯焊丝,焊接电流为140~160A;最后进行钢侧的焊接,焊接材料为ER50-6焊丝(直径1.2mm),焊接电流为150~160A。
经测试,铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为421MPa,延伸率为13%。
实施例5
步骤1:按质量百分比分别称取以下药粉:Cr粉26.0%,Al粉14.0%,Ti粉10.0%,Co粉为6.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%。步骤1中,各个药粉的粒度均为100目;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为300℃,保温时间为2h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%;纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0mm的药芯焊丝。
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例5制备的药芯焊丝焊接铜-钢复合板,其中复合板开单边V形坡口,其中铜侧坡口角度为60°,钢侧坡口角度为60°,铜侧在界面处的伸出长度为1.5mm。坡口形式如图1所示。复合板焊接顺序如图2所示:首先进行铜层的焊接,焊接材料为ERCuSi-Al(直径1.2mm),接电流为200~250A;接着进行过渡层的焊接,采用本发明的药芯焊丝,焊接电流为140~160A;最后进行钢侧的焊接,焊接材料为ER50-6焊丝(直径1.2mm),焊接电流为150~160A。
经测试,铜-钢复合板焊接接头的抗拉强度为390MPa,延伸率为12%。
Claims (5)
1.一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝,其特征在于,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比由以下组分组成:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%;
焊皮为纯镍带,纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;药芯焊丝的填充率控制在25wt.%-30wt.%。
2.根据权利要求1所述的一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝,其特征在于,各个药粉的粒度均为100-200目。
3.一种Ni-Cr-Al-Ti-Co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以下药粉:Cr粉20.0~30.0%,Al粉10.0~20.0%,Ti粉10.0~20.0%,Co粉为5.0~10.0%,其余为Ni,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的药粉,将其置于真空加热炉内加热,加热温度为200~300℃,保温时间为2-3h,去除药粉中的结晶水;烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为3-4h;
步骤3:采用纯镍带为焊皮,采用酒精去除纯镍带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯镍带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.0~1.2mm的药芯焊丝;
步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
4.根据权利要求3所述的一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝的制备方法,其特征在于,步骤1中,各个药粉的粒度均为100-200目。
5.根据权利要求3所述的一种Ni-Cr-Al-Ti-Co焊丝的制备方法,其特征在于,步骤3中,纯镍带厚度为0.4mm,宽度为7mm;该药芯焊丝的填充率控制在25wt.%-30wt.%。
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