钛管线钢焊接用CUVAG药芯焊丝及其制备方法.pdf

钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，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80～90％，Ag粉10～20％，以上组分质量百分比之和为100％；外皮为紫铜带。本发明还公开了其制备方法：将V粉和Ag粉混合均匀后烘干，然后包裹在紫铜带内，拉拔至直径为1.2mm，得到。本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，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。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，且银质地较软，可减少过渡层焊接应力，减少裂纹的产生。

1.  钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，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80～90％，Ag粉10～20％，以上组分质量百分比之和为100％；外皮为紫铜带。

2.  根据权利要求1所述的钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，其特征在于，药芯的填充量为13～15％。

3.  钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，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V粉和10～20％的Ag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烘干；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机将步骤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为13～15％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。

4.  根据权利要求3所述的钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中烘干温度为200℃，时间为2.5h。

钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝及其制备方法
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-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
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。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，实现了钛-管线钢复合板的熔焊对接。
本发明的另一个目的是提供一种钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，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80～90％，Ag粉10～20％，以上组分质量百分比之和为100％；外皮为紫铜带。
本发明的特点还在于，
药芯的填充量(重量)为13～15％。
本发明所采用的另一个技术方案是，钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag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80～90％的V粉和10～20％的Ag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烘干；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机将步骤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为13～15％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
本发明的特点还在于，
步骤2中烘干温度为200℃，时间为2.5h。
本发明的有益效果是，
(1)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，直径为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)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，V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。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，且银质地较软，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。
(3)本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝的制备方法，制备工艺简单，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。
本发明钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag药芯焊丝，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80～90％，Ag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13～15％。
Cu-V-Ag药芯焊丝中组分的作用和功能如下：
Cu元素：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。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。
V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，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。
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，且银质地较软，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。
上述钛-管线钢焊接用Cu-V-Ag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80～90％的V粉和10～20％的Ag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烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200℃，时间为2.5h；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机将步骤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为13～15％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
实施例1
步骤1：按质量百分比分别称取80％的V粉和20％的Ag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烘干，以去除药芯粉末中的结晶水， 烘干温度为200℃，时间为2.5h；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机将步骤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为13％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
用实施例1制备的Cu-V-Ag药芯焊丝(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500MPa，屈服强度405MPa，断后延伸率7％，断面收缩率12％，室温冲击功13J。
实施例2
步骤1：按质量百分比分别称取90％的V粉和10％的Ag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烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200℃，时间为2.5h；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机将步骤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为14％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
用实施例2制备的Cu-V-Ag药芯焊丝(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530MPa，屈服强度410MPa，断后延伸率7.5％，断面收缩率14％，室温冲击功33J。
实施例3
步骤1：按质量百分比分别称取85％的V粉和15％的Ag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烘干，以去除药芯粉末中的结晶水，烘干温度为200℃，时间为2.5h；
步骤3：通过药芯焊丝制丝机将步骤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为15％，然后拉拔至直径为1.2mm，得到Cu-V-Ag药芯焊丝。
用实施例3制备的Cu-V-Ag药芯焊丝(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508MPa，屈服强度408MPa，断后延伸率6％，断面收缩率11.5％，室温冲击功20J。