钛管线钢复合板焊接用AGNI焊丝及其制备方法.pdf

本发明公开了一种钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，包括药皮和焊芯，其中药皮为纯银管，焊芯为Ni粉。本发明还公开了其制备方法：将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，将装有Ni粉的纯银管水平晃动，最后经过拉拔得到。本发明钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，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；Ni元素既可以优化过渡层组织，提高焊缝的强韧性，又因Ni元素的熔点高，可提高药芯焊丝的熔点，有益于后续钛盖面的焊接。

1.  钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，其特征在于，包括药皮和焊芯，其中药皮为纯银管，焊芯为Ni粉。

2.  根据权利要求1所述的钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，其特征在于，Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80～100目。

3.  根据权利要求1所述的钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，其特征在于，Ni粉的填充量是10％～20％。

4.  钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，控制Ni粉的填充量为10％～20％；
步骤2，将装有Ni粉的纯银管水平晃动1～2min，使Ni粉均匀平铺在纯银管中，最后经过拉拔，得到直径为1.2mm的Ag-Ni焊丝。

5.  根据权利要求4所述的钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，步骤1中Ni粉通过以下方式烘干：将Ni粉放入温度为200℃的真空加热炉内烘2.5h，以去除Ni粉中的结晶水。

6.  根据权利要求4所述的钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法，其特征在于，步骤1中Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80～100目。

钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝及其制备方法
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-管线钢复合板焊接用Ag-Ni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。钛钢复合板的焊接简单来说就是过渡层的焊接，据相关文献及实验表明，单一组元的过渡很难避免Ti、Fe元素之间形成金属间化合物。选用两组元或多组元来避免或减少Ti、Fe金属间化合物的形成，固溶体或者硬度比较小的化合物相替而代之，以此来增强焊缝金属的强韧性。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，实现了 钛-管线钢复合板过渡层的熔焊对接，焊丝成分可控，对焊缝成分相匹较易。
本发明的另一个目的是提供一种钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，包括药皮和焊芯，其中药皮为纯银管，焊芯为Ni粉。
本发明的特点还在于，
Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80～100目。
Ni粉的填充量是10％～20％。
本发明所采用的另一个技术方案是，钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，控制Ni粉的填充量为10％～20％；
步骤2，将装有Ni粉的纯银管水平晃动1～2min，使Ni粉均匀平铺在纯银管中，最后经过拉拔，得到直径为1.2mm的Ag-Ni焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤1中Ni粉通过以下方式烘干：将Ni粉放入温度为200℃的真空加热炉内烘2.5h，以去除Ni粉中的结晶水。
步骤1中Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80～100目。
本发明的有益效果是，
(1)本发明钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，可采用手工钨极氩弧焊焊接；大批量应用时可采用自动非熔化极惰性气体保护焊焊接。
(2)本发明钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，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；Ni元素既可以优化过渡层组织，提高焊缝的强韧性，又因Ni元素的熔点高，可提高药芯焊丝的熔点，有益于后续钛盖面的焊接。
(3)本发明钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法，工艺简单，便于进行大规模批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝，包括药皮和焊芯，其中药皮为纯银管，焊芯为Ni粉。
Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80～100目。Ni粉的填充量是10％～20％。
Ag元素作为Ag-Ni焊丝的药皮，不仅与铁不形成脆性相，并且Ag元素与Ti有一定的互溶度，银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，在降低焊缝残余应力起到显著作用。
Ni元素：由于Ni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。Ni元素作为药芯焊丝中焊芯，微量Ni元素的加入既可以优化过渡层组织，提高焊缝的强韧性，又因Ni元素的熔点高，可提高药芯焊丝的熔点，有益于后续钛盖面的焊接。
上述钛-管线钢复合板焊接用Ag-Ni焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，将Ni粉放入温度为200℃的真空加热炉内烘2.5h，以去除Ni粉中的结晶水，Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80～100目；
步骤2，将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，控制Ni粉的填充量为10％～20％；
步骤3，将装有Ni粉的纯银管水平晃动1～2min，使Ni粉均匀平铺在纯银管中，最后经过拉拔，得到直径为1.2mm的Ag-Ni焊丝。
实施例1
步骤1，将Ni粉放入温度为200℃的真空加热炉内烘2.5h，以去除Ni粉中的结晶水，Ni粉的纯度为99.9％，粒度为80目；
步骤2，将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，控制Ni粉的填充量为10％；
步骤3，将装有Ni粉的纯银管水平晃动1min，使Ni粉均匀平铺在纯银管中，最后经过拉拔，得到直径为1.2mm的Ag-Ni焊丝。
用实施例1制备的Ag-Ni焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(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(钢层在上、钛层在下)，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451MPa，屈服强度368MPa，断后延伸率7.4％，断面收缩率14.5％，室温冲击功21J。
实施例2
步骤1，将Ni粉放入温度为200℃的真空加热炉内烘2.5h，以去除Ni粉中的结晶水，Ni粉的纯度为99.9％，粒度为100目；
步骤2，将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通 过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，控制Ni粉的填充量为15％；
步骤3，将装有Ni粉的纯银管水平晃动2min，使Ni粉均匀平铺在纯银管中，最后经过拉拔，得到直径为1.2mm的Ag-Ni焊丝。
用实施例2制备的Ag-Ni焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(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(钢层在上、钛层在下)，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447MPa，屈服强度350MPa，断后延伸率6.8％，断面收缩率9.3％，室温冲击功24J。
实施例3
步骤1，将Ni粉放入温度为200℃的真空加热炉内烘2.5h，以去除Ni粉中的结晶水，Ni粉的纯度为99.9％，粒度为90目；
步骤2，将烘干的Ni粉装进带有橡胶塞的试剂瓶中，将纯银管的一端通过橡胶塞插到试剂瓶中，纯银管的另一端封闭，然后将试剂瓶倒立晃动，使Ni粉进入纯银管中，控制Ni粉的填充量为20％；
步骤3，将装有Ni粉的纯银管水平晃动1.5min，使Ni粉均匀平铺在纯银管中，最后经过拉拔，得到直径为1.2mm的Ag-Ni焊丝。
用实施例3制备的Ag-Ni焊丝(过渡层)，配合纯钛丝(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(钢层在上、钛层在下)，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451MPa，屈服强度362MPa，断后延伸率7.1％，断面收缩率10％，室温冲击功28J。