本發(fā)明屬于金屬材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲，本發(fā)明還涉及該焊絲的制備方法。

背景技術(shù)：

鈦-管線鋼復(fù)合板是一種新型爆炸雙金屬復(fù)合板，兼具鈦的強(qiáng)耐腐蝕性和管線鋼的高強(qiáng)韌性。實(shí)現(xiàn)其在油氣運(yùn)輸管道上的應(yīng)用，既能解決單一管線鋼管道易被腐蝕的難點(diǎn)，又能解決用單一耐腐蝕材料制造油氣運(yùn)輸管道的高成本問題。然而，由于鈦、鋼物理、化學(xué)特性差異較大，極易形成低熔點(diǎn)共晶體和Ti、Fe金屬間脆性化合物，使得鈦-管線鋼復(fù)合板難以熔焊連接，嚴(yán)重阻礙了其在油氣管道上的應(yīng)用。目前，關(guān)于鈦-管線鋼復(fù)合板的對接問題僅有少量焊接工藝方面的報(bào)道，而且現(xiàn)有的鈦-管線鋼復(fù)合板的對接均采用加蓋板的鈦、鋼互不相溶的搭接焊接方式，這種焊接方法工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，尚未見關(guān)于其熔焊連接焊接材料的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲，解決鈦-管線鋼復(fù)合板無法熔焊對接的問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲，包括藥 芯和外皮，其中藥芯按質(zhì)量百分比由以下組分組成：Ag粉80～90％，Zr粉10～20％，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

外皮為紫銅帶。

藥芯的填充量(重量)為15％～20％。

本發(fā)明所采用的第二個技術(shù)方案是，鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取80％～90％的Ag粉和10％～20％的Zr粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100％；

步驟2：將步驟1稱取的Ag粉和Zr粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均勻的藥芯粉末，在真空爐內(nèi)烘干；

步驟3：通過藥芯焊絲制絲機(jī)把步驟2烘干的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，控制藥芯粉末的填充量(重量)為15％～20％，然后拉拔至直徑為1.2mm，得到Cu-Ag-Zr焊絲。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1中Zr需進(jìn)行醇洗2～3次，然后在空氣中干燥30～40min。

步驟2中烘干溫度為120～130℃，保溫時間3～4h。

本發(fā)明的有益效果是，

(1)本發(fā)明Cu-Ag-Zr焊絲直徑比較小，絲徑為1.2mm的藥芯焊絲適用廣泛，該藥芯焊絲既可采用手工鎢極氬弧焊焊接，又可采用自動非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊接；

(2)Ag、Zr元素作為藥芯焊絲中藥粉主要組元，對于熔化焊純鈦TA1/Q345管線鋼復(fù)合板，過渡層材料的選則和應(yīng)用至關(guān)重要。從冶金作用 產(chǎn)物考慮，Ag元素和Ti元素有一定的溶解度，且不形成金屬間化合物等脆性相，且Ag質(zhì)地較軟，可減少過渡層焊接應(yīng)力，減少裂紋的產(chǎn)生。Ag元素的加入可以細(xì)化過渡層組織，提高焊縫的強(qiáng)韌性。在焊接過程中，Ag元素的加入可以提高藥芯焊絲的潤濕性和流動性，對于焊縫的成型起到至關(guān)重要的作用。Zr元素能與Ti元素形成連續(xù)固溶體，而Cu是非碳化物形成元素，能與Zr及鋼中的各種元素均能形成固溶體，對于減小過渡層金屬間化合物脆性相的形成起到一定的作用。適量Zr元素的加入可以使過渡層與復(fù)層鈦冶金結(jié)合，改善界層組織形貌。

(3)鈦-管線鋼復(fù)合板開不對稱雙V形坡口，先用管線鋼焊絲在鋼側(cè)坡口處焊接鋼層，再用本發(fā)明的藥芯焊絲在Ti側(cè)坡口處焊接過渡層，最后用純鈦焊絲焊接鈦層，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性；

(4)本發(fā)明藥芯焊絲合金元素較少，制備工藝簡單，便于進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1焊縫三角區(qū)微觀組織形貌圖；

圖2是實(shí)施例2焊縫三角區(qū)微觀組織形貌圖；

圖3是實(shí)施例3焊縫三角區(qū)微觀組織形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲，包括藥芯和外皮，其中藥芯按質(zhì)量百分比由以下組分組成：Ag粉80～90％，Zr粉10～20％，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％；外皮為紫銅帶。

藥芯的填充量(重量)為15％～20％。

本發(fā)明焊絲中組分的作用和功能如下：

Cu元素在藥芯焊絲中做過渡層時，由于Cu元素不與基層鋼形成金屬間化合物脆性相，并且可以改變鈦鋼復(fù)合板過渡層組織形貌。Cu做為中間層，對鈦和鐵元素形成金屬間化合物有一定的隔離作用，在焊縫中，鈦和鐵的金屬間化合物層被鈦和銅的金屬間化合物代替，使焊縫的塑性和韌性有一定的提高，由于鈦和銅的金屬間化合物相對較軟，使的焊縫中的熱應(yīng)力相對減少這對避免焊后裂紋有一定的好處。Cu的固溶體可以打斷鈦和鐵的金屬間化合物，并且可以減少焊縫的硬度。

Zr元素作為藥芯焊絲中藥粉主要組元，對于熔化焊純鈦TA1/Q345管線鋼復(fù)合板，過渡層材料的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要，從冶金作用產(chǎn)物考慮，Zr元素能與Ti元素?zé)o限固溶，而Cu是非碳化物形成元素，能與Zr及鋼中的各種元素均能形成有限固溶體，對于減小過渡層金屬間化合物脆性相的形成起到一定的作用。適量Zr元素的加入可以使過渡層與復(fù)層鈦冶金結(jié)合，改善界層組織形貌。

Ag元素和Ti元素有一定的溶解度，且不形成金屬間化合物等脆性相，且Ag質(zhì)地較軟，可減少過渡層焊接應(yīng)力，減少裂紋的產(chǎn)生。Ag元素的加入可以細(xì)化過渡層組織，提高焊縫的強(qiáng)韌性。在焊接過程中，銀元素的加入可以提高藥芯焊絲的潤濕性和流動性，對于焊縫的成型起到至關(guān)重要的作用。

本發(fā)明鈦-管線鋼焊接用Cu-Ag-Zr焊絲的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取80％～90％的Ag粉和10％～20％的Zr粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100％；其中水封態(tài)的Zr需進(jìn)行醇洗2～3次，并在空氣中干燥30～40min；

步驟2：將步驟1稱取的Zr粉和Ag粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均 勻的藥芯粉末；然后將藥芯粉末置于真空加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度120～130℃，保溫時間3～4h，目的去除藥粉中的結(jié)晶水；

步驟3：通過藥芯焊絲制絲機(jī)將烘干后的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，控制藥芯粉末的填充量(重量)為15％～20％，第一道拉拔磨具孔徑為2.5mm，拉拔藥芯焊絲第一道工序前，紫銅帶用丙酮擦拭干凈。

步驟4：第一道工序拉拔完畢后，磨具孔徑以次換至2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.24mm、1.2mm，最終拉拔藥芯焊絲至直徑為1.2mm。

步驟5：焊絲拉拔完畢后，藥芯焊絲用蘸有丙酮的棉布擦拭上邊的油污。最終經(jīng)繞絲機(jī)把藥芯焊絲纏繞在焊絲盤上待用。

實(shí)施例1

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取90％的Ag粉和10％的Zr粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100％；其中水封態(tài)的Zr需進(jìn)行醇洗2次，并空干30min；

步驟2：將步驟1稱取的Zr粉和Ag粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度120℃，保溫時間3h，去除藥粉中的結(jié)晶水；

步驟3：通過藥芯焊絲制絲機(jī)將烘干后的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.5mm，拉拔藥芯焊絲第一道工序前，紫銅帶用丙酮擦拭干凈；

步驟4：第一道工序拉拔完畢后，磨具孔徑以次換至2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.24mm、1.2mm，最終拉拔藥芯焊絲至直徑為1.2mm；

步驟5：焊絲拉拔完畢后，藥芯焊絲用蘸有丙酮的棉布擦拭上邊的油污； 最終經(jīng)繞絲機(jī)把藥芯焊絲纏繞在焊絲盤上待用。

用實(shí)施例1制備的藥芯焊絲(過渡層)，配合純鈦焊絲(鈦層)，及ER50-6管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-Q345)復(fù)合板。焊接工藝為：鈦-管線鋼(TA1-Q345)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在下、鈦層在上)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°。焊接順序?yàn)椋轰搶?過渡層-鈦層；鋼層采用CO₂氣體保護(hù)焊，焊接電流為200-230A，過渡層采用手工TIG焊，焊接電流為110-130A，鈦層采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為：130-150A。

經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度524MPa，屈服強(qiáng)度414MPa，斷后延伸率8％，斷面收縮率13％，室溫沖擊功14J。

實(shí)施例1制備得到的Cu-Ag-Zr焊絲配合純鈦絲及ER50-6管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板的熔敷金屬微觀組織見圖1。從圖1可以看出，過渡層與復(fù)層鈦以及基層鋼均達(dá)到冶金結(jié)合，成型較好。但在焊縫區(qū)域存在裂紋。裂紋主要分布在鈦層、過渡層、鋼層交匯區(qū)域，經(jīng)相關(guān)能譜、XRD圖像測試分析，焊縫裂紋區(qū)主要是Ti元素與Cu、Fe元素形成的金屬間化合物所致。

實(shí)施例2

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取85％的Ag粉和15％的Zr粉，上述組分質(zhì)量百分比之和為100％；其中水封態(tài)的Zr需進(jìn)行醇洗3次，并空干40min；

步驟2：將步驟1稱取的Zr粉和Ag粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度125℃，保溫時間4h，去除藥粉中的結(jié)晶水；

步驟3：通過藥芯焊絲制絲機(jī)將烘干后的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.5mm，拉拔藥芯焊絲第一道工序前，紫銅帶用丙酮擦 拭干凈；

步驟4：第一道工序拉拔完畢后，磨具孔徑以次換至2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.24mm、1.2mm，最終拉拔藥芯焊絲至直徑為1.2mm；

步驟5：焊絲拉拔完畢后，藥芯焊絲用蘸有丙酮的棉布擦拭上邊的油污；最終經(jīng)繞絲機(jī)把藥芯焊絲纏繞在焊絲盤上待用。

用實(shí)施例2制備的藥芯焊絲(過渡層)，配合純鈦焊絲(鈦層)，及ER50-6管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-Q345)復(fù)合板。焊接工藝為：鈦-管線鋼(TA1-Q345)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在下、鈦層在上)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°。焊接順序?yàn)椋轰搶?過渡層-鈦層；鋼層采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接電流為200-230A，過渡層采用手工TIG焊，焊接電流為110-130A，鈦層采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為：130-150A。

經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度545MPa，屈服強(qiáng)度425MPa，斷后延伸率8.5％，斷面收縮率14％，室溫沖擊功33J。

實(shí)施例2制備得到的Cu-Ag-Zr藥芯焊絲配合純鈦焊絲及ER50-6管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板的熔敷金屬微觀組織見圖2。從圖2上可以看出，過渡層與復(fù)層鈦以及基層鋼均達(dá)到冶金結(jié)合，成型較好。從微觀組織形貌觀察，不同區(qū)域組織與組織間以熔合線隔開，熔合線清晰，熔合線附近未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等常見裂紋。藥粉中15％的Zr對裂紋的避免及組織的改善起到作用。

實(shí)施例3

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取80％的Ag粉和20％的Zr粉，上述組分 質(zhì)量百分比之和為100％；其中水封態(tài)的Zr需進(jìn)行醇洗2次，并空干35min；

步驟2：將步驟1稱取的Zr粉和Ag粉放到混粉機(jī)中，干混得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度130℃，保溫時間3.5h，去除藥粉中的結(jié)晶水；

步驟3：通過藥芯焊絲制絲機(jī)將烘干后的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.5mm，拉拔藥芯焊絲第一道工序前，紫銅帶用丙酮擦拭干凈；

步驟4：第一道工序拉拔完畢后，磨具孔徑以次換至2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.24mm、1.2mm，最終拉拔藥芯焊絲至直徑為1.2mm；

步驟5：焊絲拉拔完畢后，藥芯焊絲用蘸有丙酮的棉布擦拭上邊的油污；最終經(jīng)繞絲機(jī)把藥芯焊絲纏繞在焊絲盤上待用。

用實(shí)施例3制備的藥芯焊絲(過渡層)，配合純鈦焊絲(鈦層)，及ER50-6管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-Q345)復(fù)合板。焊接工藝為：鈦-管線鋼(TA1-Q345)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在下、鈦層在上)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°。焊接順序?yàn)椋轰搶?過渡層-鈦層；鋼層采用CO₂氣體保護(hù)焊，焊接電流為200-230A，過渡層采用手工TIG焊，焊接電流為110-130A，鈦層采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為：130-150A。

經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度512MPa，屈服強(qiáng)度408MPa，斷后延伸率6.5％，斷面收縮率11％，室溫沖擊功24J。

實(shí)施例3制備得到的Cu-Ag-Zr藥芯焊絲配合純鈦絲及ER50-6管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板的熔敷金屬微觀組織見圖3。從圖3上可以看出，過 渡層與復(fù)層鈦以及基層鋼均達(dá)到冶金結(jié)合，成型較好。焊縫區(qū)域不存在微觀裂紋，也不存在其他焊接缺陷。