CN113953712B - Ta1-q235复合板对接焊接用材料及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种TA1‑Q235复合板对接焊接用材料,包括有激光熔覆层和TIG焊接用铜基层的焊接材料;激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末,激光熔覆粉末由以下组分组成:Cu粉30~40%,V粉20~30%,Ni粉10~20%,Ag粉10~20%,B粉5~10%;TIG焊接用铜基层所用原料为TIG焊接用铜基药芯焊丝,其中药粉由以下组分组成:Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%;焊皮为紫铜带。该焊接材料解决了TA1‑Q235层状复合板无法直接熔焊对接的问题。本发明还公开一种TA1‑Q235复合板的焊接方法。
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TA1-Q235复合板对接焊接用材料,还涉及采用该材料用于TA1-Q235复合板的焊接方法。
背景技术
钛和钢由于热物理性能差异较大,且两种之间反应将生成脆性Fe-Ti金属间化合物,导致其连接方式通常以固相焊为主。比如摩擦焊、***焊接、扩散焊。其中,***焊接可以制备大面积的钛-钢复合板结构,该复合板同时具有钛优异的耐腐蚀性能和钢的高强度特点,受到石油化工行业的青睐。但是,在进行管道、压力容器等的制备时,不可避免要涉及到对复合板进行对接连接。在进行对接连接时,Fe-Ti脆性相的产生是决定其对接接头质量的关键。相关研究表明,采用单一焊丝进行钛-钢复合板过渡层焊接时,Fe-Ti相的含量依旧很高,接头脆性较大。因此,为了实现钛-钢复合板的大规模工程应用,开发复合型的过渡层焊材,有效控制焊缝中Fe-Ti脆性相的形成和分布,具有重要的工程实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,解决了TA1-Q235层状复合板无法直接熔焊对接的问题。
本发明的第二个目的是提供一种TA1-Q235复合板的焊接方法。
本发明所采用的第一个技术方案是,一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,包括有激光熔覆层和TIG焊接用铜基层的焊接材料;
激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末,激光熔覆粉末按质量百分比由以下组分组成:Cu粉30~40%,V粉20~30%,Ni粉10~20%,Ag粉10~20%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;
TIG焊接用铜基层所用原料为TIG焊接用铜基药芯焊丝,TIG焊接用铜基药芯焊丝包括药芯和焊皮,其中药粉按质量百分比由以下组分组成:Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;焊皮为紫铜带。
本发明的特征还在于,
激光熔覆用粉末原料粉末的各个组分的纯度具体为:Cu粉的纯度≥99.9%,V粉的纯度≥99.9%,Ni粉的纯度≥99.9%,Ag粉的纯度≥99.9%,B粉的纯度≥99.9%。
TIG焊接用铜基药芯焊丝的药芯中各个粉末的纯度为:Ag粉的纯度≥99.9%,V粉的纯度≥99.9%,Nb粉的纯度≥99.9%,Ni粉的纯度≥99.9%,Al粉的纯度≥99.9%,Co粉的纯度≥99.9%,B粉的纯度≥99.9%。
TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30~35wt%。
激光熔覆用粉末的制备方法,具体步骤如下:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉40%,V粉20%,Ni粉20%,Ag粉10%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉;其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为6-8MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内;
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
TIG焊接用铜基药芯焊丝的制备方法,具体步骤如下:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的各个药粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为250℃-300℃,保温时间为1-2h,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1-2h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为410℃-430℃,热处理的时间为3.5-4h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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。
本发明所采用的第二个技术方案是,一种TA1-Q235复合板的焊接方法,采用上述的TA1-Q235复合板对接焊接用材料用于焊接TA1-Q235复合板,具体步骤如下:
首先,TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1~2mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1~2mm;
然后,开始TA1-Q235复合板对接焊接,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235剥离层,采用MIG焊接方式,焊接电流180-250A;再用所述激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面0.5~1.5mm,激光功率4-6kW,光斑直径2-3mm,送粉速度80-100g/min;然后用所述TIG焊接用铜基药芯焊丝在激光熔覆层上焊接,采用TIG焊接方式,焊接电流80-120A;
最后,用ERTi-1焊丝焊接TA1层,采用TIG焊接方式,焊接电流100-150A,所得焊接接头具有优良的强韧性。
本发明的特征还在于,
Q235侧V形坡口角度为50°±5°,TA1侧V形坡口角度为60°±5°。
本发明的有益效果是:
(1)本发明焊接材料采用的激光熔覆粉末,以Cu元素为主,可以起到连接底部钢母材和两侧钛母材的作用;配合V、Ni、Ag、B合金粉,起到控制焊缝中Fe-Ti脆性相、提高焊缝塑韧性的目的。
(2)本发明焊接材料采用的药芯焊丝,药粉中以Ag元素为主,可以降低焊丝的熔点,配合V、Nb、Ni、Al、Co、B粉,在进一步控制焊缝中Fe-Ti脆性相的同时,可调控Cu-Ti相的含量和分布,从而减小Cu元素的扩散,保证盖面钛焊缝优异的耐蚀性能。
(3)本发明焊接材料采用的激光熔覆粉末和药芯焊丝,制备工艺简单,便于进行大规模批量生产。
(4)本发明方法针对钛-钢复合板对接焊接时Fe-Ti脆性相的生成问题,采用两层过渡层进行焊接,可有效抑制脆性相的生成,获得优异的对接接头;
(5)本发明方法采用激光熔覆与熔焊相结合,利用激光熔覆低的稀释率和高的焊缝精度,可以最大程度减小钛-钢界面处母材的熔化;在激光熔覆层上进行药芯焊丝的焊接,通过药粉中的合金组元,可以综合调控焊缝的性能。
(6)本发明方法采用TA1-Q235层状复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1~2mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1~2mm。钢层的剥离可以保证激光熔覆时的质量。复合板对接焊接时,焊缝不同区域采用不同的焊材进行焊接,从而可以保证合金元素的合理过渡。
附图说明
图1是本发明方法中焊接TA1-Q235层状复合板采用的坡口形式示意图;
图2是本发明TA1-Q235层状复合板的焊接方法的流程示意图;
图3为本发明实施案例2制备的激光熔覆粉末的扫描电镜图片;
图4为本发明实施案例2制备的激光熔覆粉末在TA1-Q235层状复合板焊接时焊缝的显微组织;
图5为本发明实施案例2制备的药芯焊丝,在TA1-Q235层状复合板焊接时焊缝显微组织;
图6为本发明实施案例2所得的TA1-Q235层状复合板对接接头,ERTi-1侧的拉伸断口形貌。
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TA1-Q235复合板对接焊接用材料,包括有激光熔覆层和TIG焊接用铜基层的焊接材料;
激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末,激光熔覆粉末按质量百分比由以下组分组成:Cu粉30~40%,V粉20~30%,Ni粉10~20%,Ag粉10~20%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;
TIG焊接用铜基层所用原料为TIG焊接用铜基药芯焊丝,TIG焊接用铜基药芯焊丝包括药芯和焊皮,其中药粉按质量百分比由以下组分组成:Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;焊皮为紫铜带,紫铜带厚度0.3mm,宽度7mm。
激光熔覆用粉末原料粉末的各个组分的纯度具体为:Cu粉的纯度≥99.9%,V粉的纯度≥99.9%,Ni粉的纯度≥99.9%,Ag粉的纯度≥99.9%,B粉的纯度≥99.9%。
TIG焊接用铜基药芯焊丝的药芯中各个粉末的纯度为:Ag粉的纯度≥99.9%,V粉的纯度≥99.9%,Nb粉的纯度≥99.9%,Ni粉的纯度≥99.9%,Al粉的纯度≥99.9%,Co粉的纯度≥99.9%,B粉的纯度≥99.9%,上述7种药粉的粒度都是200目。
TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30~35wt%。
激光熔覆用粉末的制备方法,具体步骤如下:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉40%,V粉20%,Ni粉20%,Ag粉10%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉;其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为6-8MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内;
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
TIG焊接用铜基药芯焊丝的制备方法,具体步骤如下:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的各个药粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为250℃-300℃,保温时间为1-2h,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1-2h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30~35wt%。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为410℃-430℃,热处理的时间为3.5-4h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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。
该激光熔覆粉末各组分的作用和功能如下:
Cu元素作为激光熔覆粉末的主要合金元素,在Q235基体上进行激光熔覆时,Cu元素与底部Q235母材、两侧TA1母材之间的结合较好。Cu的熔点较Q235和TA1低,所以可以实现熔-钎焊的效果,即可以最大限度减少Fe、Ti元素熔入焊缝中,从而从根本上控制Fe-Ti脆性相的含量。Cu与Q235之间主要生成固溶体相,Cu与TA1之间会有多种Cu-Ti金属间化合物生成。但是由于激光熔覆的斑点较小,再加上熔-钎焊的效果,熔覆层中所形成的Cu-Ti金属间化合物较少。V粉作为激光熔覆粉末的主要组元,V与两侧TA1的亲和力较好,可以形成固溶体相,提高熔覆层与两侧TA1的结合强度;Ni粉与Q235的亲和力较好,可以形成固溶体相,从而提高熔覆层与底部Q235之间的结合强度。Ag粉、B粉在一定程度上起着提高熔覆金属的流动性及与基体润湿性的作用。Ag粉可以与Ti和Cu之间反应生成共晶组织,进一步弱化Fe-Ti脆性相和Cu-Ti相的含量。
该药芯焊丝中各组分的作用和功能如下:
Cu作为药芯焊丝的主要合金组元,由于激光熔覆层的主要合金组元也为Cu,因此药芯焊丝中的Cu可以保证与底部激光熔覆层之间较好的冶金结合。Cu的另外一个作用与上述激光熔覆粉末中的作用类似,即起到降低焊缝熔点,形成熔-钎焊的效果,从而避免了焊缝中Fe-Ti脆性相的形成。Ag粉作为药芯焊丝药粉的主要合金组元,由于其熔点较低,有助于在进行药芯焊丝焊接时熔-钎焊效果的形成,另一方面,Ag与Cu、Ti元素之间可以形成塑韧性较好的共晶组织,弱化Cu-Ti金属间化合物的不利作用。V和Nb在药芯焊丝的作用类似,主要是提高焊缝与盖面钛焊缝的结合强度。Al元素的存在可以细化焊缝的晶粒尺寸;Co元素的存在可以提高焊缝的强度;B元素的主要作用是降低焊丝熔点。
本发明还提供一种TA1-Q235复合板的焊接方法,采用上述的TA1-Q235复合板对接焊接用材料用于焊接TA1-Q235复合板,具体步骤如下:
首先,TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1~2mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1~2mm,如图1所示;
然后,开始TA1-Q235复合板对接焊接,焊接顺序如图2所示,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235剥离层,采用MIG焊接方式,焊接电流180-250A;再用本发明的激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面0.5~1.5mm,激光功率4-6kW,光斑直径2-3mm,送粉速度80-100g/min;然后用本发明的TIG焊接用铜基药芯焊丝在激光熔覆层上焊接,采用TIG焊接方式,焊接电流80-120A;
最后,用ERTi-1焊丝焊接TA1层,采用TIG焊接方式,焊接电流100-150A,所得焊接接头具有优良的强韧性。
其中,Q235侧V形坡口角度为50°±5°,TA1侧V形坡口角度为60°±5°。
实施例1
激光熔覆粉末制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉30%,V粉30%,Ni粉10%,Ag粉20%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉。其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为6MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内。
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
药芯焊丝制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉30%,V粉15%,Nb粉15%,Ni粉10%,Al粉10%,Co粉10%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;上述7种药粉的粒度都是200目;
步骤2:将步骤1称取的合金粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为250℃,保温时间为1h,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1h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30wt%;紫铜带厚度0.3mm,宽度7mm。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为410℃,热处理的时间为3.5h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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TA1-Q235层状复合板用激光熔覆粉末和药芯焊丝,配合ERTi-1焊丝(TA1层),及ER50-6焊丝(Q235层)焊接TA1-Q235复合板。焊接工艺为:TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1mm。复合板对接焊接时,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235侧剥离层(TIG焊接),焊接电流150-180A;接着用ER50-6焊丝完成Q235侧坡口的填充与盖面(MIG焊接),焊接电流180-250A;然后用本发明的激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面0.5mm,激光功率6kW,光斑直径3mm,送粉速度100g/min;再此基础上,用本发明的药芯焊丝在激光熔覆层上焊接(TIG焊接),焊接电流80-120A;最后用ERTi-1焊丝焊接TA1层(TIG焊接),焊接电流100-150A。其中,Q235侧V形坡口角度为50°,TA1侧V形坡口角度为60°。
经测试,焊接接头力学性能为:抗拉强度323MPa,断后延伸率15%。
实施例2
激光熔覆粉末制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉40%,V粉20%,Ni粉20%,Ag粉10%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉。其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为6MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内。
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
药芯焊丝制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉20%,V粉25%,Nb粉20%,Ni粉20%,Al粉5%,Co粉5%,B粉5%,以上组分质量百分比之和为100%;上述7种药粉的粒度都是200目;
步骤2:将步骤1称取的合金粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为250℃,保温时间为1h,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1h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;;TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在35wt%;紫铜带厚度0.3mm,宽度7mm。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为410℃,热处理的时间为3.5h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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TA1-Q235层状复合板用激光熔覆粉末和药芯焊丝,配合ERTi-1焊丝(TA1层),及ER50-6焊丝(Q235层)焊接TA1-Q235复合板。焊接工艺为:TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下2mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为2mm。复合板对接焊接时,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235侧剥离层(TIG焊接),焊接电流150-180A;接着用ER50-6焊丝完成Q235侧坡口的填充与盖面(MIG焊接),焊接电流180-250A;然后用本发明的激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面1.5mm,激光功率6kW,光斑直径3mm,送粉速度100g/min;再此基础上,用本发明的药芯焊丝在激光熔覆层上焊接(TIG焊接),焊接电流80-120A;最后用ERTi-1焊丝焊接TA1层(TIG焊接),焊接电流100-150A。其中,Q235侧V形坡口角度为55°,TA1侧V形坡口角度为65°。
经测试,焊接接头力学性能为:抗拉强度355MPa,断后延伸率16%。
实施例2制备得到的激光熔覆粉末,其扫描电镜形貌如图3所示,从图中可以看出粉末的球形度较好。图4为激光熔覆焊缝的显微组织,图中可以看出,在较高冷却速度下,焊缝以柱状树枝晶为主。图5为药芯焊丝焊接TA1-Q235层状复合板焊缝显微组织,从图中可以看出,焊缝中存在Cu基固溶体、Cu4Ti化合。图6为复合板对接接头拉伸断口中ERTi-1焊缝处的断口形貌,可以看出ERTi-1焊缝以轫窝为主,说明Cu元素对其影响较小,熔-钎焊效果显著。
实施例3
激光熔覆粉末制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉35%,V粉30%,Ni粉15%,Ag粉15%,B粉5%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉。其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为6MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内。
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
药芯焊丝制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉25%,V粉20%,Nb粉25%,Ni粉12%,Al粉6%,Co粉6%,B粉6%,以上组分质量百分比之和为100%;上述7种药粉的粒度都是200目;
步骤2:将步骤1称取的合金粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为250℃,保温时间为1h,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1h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在33wt%;紫铜带厚度0.3mm,宽度7mm。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为410℃,热处理的时间为3.5h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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TA1-Q235层状复合板用激光熔覆粉末和药芯焊丝,配合ERTi-1焊丝(TA1层),及ER50-6焊丝(Q235层)焊接TA1-Q235复合板。焊接工艺为:TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1mm。复合板对接焊接时,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235侧剥离层(TIG焊接),焊接电流150-180A;接着用ER50-6焊丝完成Q235侧坡口的填充与盖面(MIG焊接),焊接电流180-250A;然后用本发明的激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面0.5mm,激光功率6kW,光斑直径3mm,送粉速度100g/min;再此基础上,用本发明的药芯焊丝在激光熔覆层上焊接(TIG焊接),焊接电流80-120A;最后用ERTi-1焊丝焊接TA1层(TIG焊接),焊接电流100-150A。其中,Q235侧V形坡口角度为45°,TA1侧V形坡口角度为55°。
经测试,焊接接头力学性能为:抗拉强度351MPa,断后延伸率14%。
实施例4
激光熔覆粉末制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉32%,V粉25%,Ni粉20%,Ag粉15%,B粉8%,以上组分质量百分比之和为100%;步骤2:将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉。其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为8MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内。
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
药芯焊丝制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉23%,V粉23%,Nb粉25%,Ni粉9%,Al粉5%,Co粉8%,B粉7%,以上组分质量百分比之和为100%;上述7种药粉的粒度都是200目;
步骤2:将步骤1称取的合金粉,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2h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30wt%;紫铜带厚度0.3mm,宽度7mm。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为430℃,热处理的时间为4h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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TA1-Q235层状复合板用激光熔覆粉末和药芯焊丝,配合ERTi-1焊丝(TA1层),及ER50-6焊丝(Q235层)焊接TA1-Q235复合板。焊接工艺为:TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1.5mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1.5mm。复合板对接焊接时,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235侧剥离层(TIG焊接),焊接电流150-180A;接着用ER50-6焊丝完成Q235侧坡口的填充与盖面(MIG焊接),焊接电流180-250A;然后用本发明的激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面1.5mm,激光功率4kW,光斑直径2mm,送粉速度80g/min;再此基础上,用本发明的药芯焊丝在激光熔覆层上焊接(TIG焊接),焊接电流80-120A;最后用ERTi-1焊丝焊接TA1层(TIG焊接),焊接电流100-150A。其中,Q235侧V形坡口角度为55°,TA1侧V形坡口角度为65°。
经测试,焊接接头力学性能为:抗拉强度373MPa,断后延伸率18%。
实施例5
激光熔覆粉末制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉37%,V粉23%,Ni粉18%,Ag粉12%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉。其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为7MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内。
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
药芯焊丝制备:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉29%,V粉16%,Nb粉25%,Ni粉10%,Al粉8%,Co粉5%,B粉7%,以上组分质量百分比之和为100%;上述7种药粉的粒度都是200目;
步骤2:将步骤1称取的合金粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为260℃,保温时间为1.5h,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1.5h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30wt%;紫铜带厚度0.3mm,宽度7mm。
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为420℃,热处理的时间为3.5h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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TA1-Q235层状复合板用激光熔覆粉末和药芯焊丝,配合ERTi-1焊丝(TA1层),及ER50-6焊丝(Q235层)焊接TA1-Q235复合板。焊接工艺为:TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下2mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为2mm。复合板对接焊接时,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235侧剥离层(TIG焊接),焊接电流150-180A;接着用ER50-6焊丝完成Q235侧坡口的填充与盖面(MIG焊接),焊接电流180-250A;然后用本发明的激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面1.5mm,激光功率5kW,光斑直径2mm,送粉速度90g/min;再此基础上,用本发明的药芯焊丝在激光熔覆层上焊接(TIG焊接),焊接电流80-120A;最后用ERTi-1焊丝焊接TA1层(TIG焊接),焊接电流100-150A。
其中,Q235侧V形坡口角度为50°,TA1侧V形坡口角度为60°。
经测试,焊接接头力学性能为:抗拉强度380MPa,断后延伸率11%。
Claims (7)
1.一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,其特征在于,包括有激光熔覆层和TIG焊接用铜基层的焊接材料;
所述激光熔覆层所用原料为激光熔覆用粉末,激光熔覆粉末按质量百分比由以下组分组成:Cu粉30~40%,V粉20~30%,Ni粉10~20%,Ag粉10~20%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;
所述TIG焊接用铜基层所用原料为TIG焊接用铜基药芯焊丝,TIG焊接用铜基药芯焊丝包括药芯和焊皮,其中药粉按质量百分比由以下组分组成:Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;焊皮为紫铜带;
TIG焊接用铜基药芯焊丝中药粉的填充量控制在30~35wt%;
TIG焊接用铜基药芯焊丝在激光熔覆层上焊接时使用。
2.根据权利要求1所述的一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,其特征在于,激光熔覆用粉末原料粉末的各个组分的纯度具体为:Cu粉的纯度≥99.9%,V粉的纯度≥99.9%,Ni粉的纯度≥99.9%,Ag粉的纯度≥99.9%,B粉的纯度≥99.9%。
3.根据权利要求1所述的一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,其特征在于,TIG焊接用铜基药芯焊丝的药芯中各个粉末的纯度为:Ag粉的纯度≥99.9%,V粉的纯度≥99.9%,Nb粉的纯度≥99.9%,Ni粉的纯度≥99.9%,Al粉的纯度≥99.9%,Co粉的纯度≥99.9%,B粉的纯度≥99.9%。
4.根据权利要求1所述的一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,其特征在于,所述激光熔覆用粉末的制备方法,具体步骤如下:
步骤1:按质量百分比分别称取Cu粉40%,V粉20%,Ni粉20%,Ag粉10%,B粉10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1各原料粉末混合后真空熔炼,采用气雾化方法制粉;其中,以N2作为雾化气体,雾化压力为6-8MPa,雾化过程保持熔体的过热度在100~150℃之间;
步骤3:对雾化后的合金粉末进行粒度筛分,使筛分后的合金粉末在25~53μm的粒度范围内;
步骤4:对制备的粉末进行真空包装,待用。
5.根据权利要求1所述的一种TA1-Q235复合板对接焊接用材料,其特征在于,所述TIG焊接用铜基药芯焊丝的制备方法,具体步骤如下:
步骤1:按质量百分比分别称取Ag粉20~30%,V粉15~25%,Nb粉15~25%,Ni粉10~20%,Al粉5~10%,Co粉5~10%,B粉5~10%,以上组分质量百分比之和为100%;
步骤2:将步骤1称取的各个药粉,置于真空加热炉内加热,加热温度为250℃-300℃,保温时间为1-2h,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1-2h;
步骤3:采用酒精去除紫铜带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内,第一道拉拔磨具孔径为2.5mm;
步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将磨具孔径依次换至2.3mm,2.2mm,2.1mm,2.0mm,1.9mm,1.8mm,1.7mm,1.6mm进行拉拔;
步骤5:对步骤4制备的药芯焊丝,在真空热处理炉中进行热处理,热处理的加热温度为410℃-430℃,热处理的时间为3.5-4h;
步骤6:对步骤5中热处理的药芯焊丝依次经过1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm孔径的磨具拉拔,最终获得的药芯焊丝直径为1.2mm;
步骤7: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。
6.一种TA1-Q235复合板的焊接方法,其特征在于,采用如权利要求1-5任意一项所述的TA1-Q235复合板对接焊接用材料用于焊接TA1-Q235复合板,具体步骤如下:
首先,TA1-Q235复合板开不对称双V形坡口,其中在TA1-Q235***焊接界面以下1~2mm处剥离出钢层,钢层的剥离长度为1~2mm;
然后,开始TA1-Q235复合板对接焊接,先用ER50-6焊丝在Q235侧坡口焊接Q235剥离层,采用MIG焊接方式,焊接电流180-250A;再用所述激光熔覆粉末在TA1侧进行激光熔覆,熔覆层的厚度高于TA1-Q235复合板界面0.5~1.5mm,激光功率4-6kW,光斑直径2-3mm,送粉速度80-100g/min;然后用所述TIG焊接用铜基药芯焊丝在激光熔覆层上焊接,采用TIG焊接方式,焊接电流80-120A;
最后,用ERTi-1焊丝焊接TA1层,采用TIG焊接方式,焊接电流100-150A,所得焊接接头具有优良的强韧性。
7.根据权利要求6所述的一种TA1-Q235复合板的焊接方法,其特征在于,Q235侧V形坡口角度为50°±5°,TA1侧V形坡口角度为60°±5°。
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