本發(fā)明屬于金屬材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，本發(fā)明還涉及該藥芯焊絲的制備方法。

背景技術(shù)：

鈦-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、鋼難以熔焊連接，嚴(yán)重阻礙了其在油氣管道上的應(yīng)用。目前，關(guān)于鈦-鋼復(fù)合板的對接問題僅有少量焊接工藝方面的報道，而且現(xiàn)有的鈦-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道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，解決鈦-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用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，包括藥芯和焊皮，其中藥芯按質(zhì)量百分比由以下組分組成：V粉40％～60％，Mo粉40％～60％，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，

焊皮為紫銅帶。

V粉的純度為99.99％；Mo粉的純度為99.94％。

該藥芯焊絲的填充量控制在15％～20％。

本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是，一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取40％～60％的V粉和40％～60％的Mo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V粉和Mo粉放到球磨機(jī)中，球磨8h后得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加入，加熱溫度200℃，保溫時間2h，去除藥粉中的結(jié)晶水；

步驟3：通過藥芯焊絲制絲機(jī)把混合均勻的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.6mm，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2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，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。

本發(fā)明的有益效果是，(1)本發(fā)明藥芯焊絲直徑比較小，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，又可用于非熔化極惰性氣體保護(hù)焊；

(2)V、Mo元素作為藥芯焊絲中藥粉主要組元，對于熔化焊TA1/Q235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，V元素和Ti元素可以形成連續(xù)固溶體。Mo元素能與Ti元素形成固溶體，微量Mo元素的加入既可以優(yōu)化過渡層組織，提高焊縫的強(qiáng)韌性，又因Mo元素的熔點(diǎn)高，可提高藥芯焊絲的熔點(diǎn)，有益于后續(xù)鈦蓋面的焊接。而Cu是非碳化物形成元素，能與鈦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。

(3)TA1-Q235復(fù)合板開不對稱雙V形坡口，先用ER50-6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TA1-Q235爆炸復(fù)合板示意圖及微觀組織形貌圖；

圖2是TA1-Q235爆炸復(fù)合坡口尺寸示意圖；

圖3是TA1-Q235爆炸復(fù)合坡口焊材填充示意圖；

圖4為實(shí)施例2制備的藥芯焊絲，在鈦-鋼復(fù)合板焊接時，過渡層、鋼層和鈦層界面微觀組織形貌圖。

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)明用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲，包括藥芯和焊皮，其中藥芯按質(zhì)量百分比由以下組分組成：V粉40％～60％，純度99.99％，Mo粉40％～60％，純度99.94％，以上組分質(zhì)量百分比之和為100％，藥芯焊絲的填充量控制在15％～20％。焊皮為紫銅帶，紫銅帶厚度0.3mm，寬度7mm。

該藥芯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。

V元素作為藥芯焊絲中藥粉主要組元，對于熔化焊純鈦TA1/Q235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，V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Ti及鋼中的各種元素形成有限固溶體，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。

Mo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，微量Mo元素的加入既可以優(yōu)化過渡層組織，提高焊縫的強(qiáng)韌性，又因Mo元素的熔點(diǎn)高，可提高藥芯焊絲的熔點(diǎn)，有益于后續(xù)鈦蓋面的焊接。

用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的藥芯焊絲的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取40％-60％的V粉和40％-60％的Mo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V粉和Mo粉放到球磨機(jī)中，球磨8h后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200℃，保溫時間2h，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)把混合均勻的藥芯粉末包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.6mm，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2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，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50％的V粉和50％的Mo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V粉和Mo粉放到球磨機(jī)中，球磨8h得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加入，加熱溫度200℃，保溫時間2h，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)把混合均勻的藥粉包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.6mm，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，磨具孔徑依次換至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，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鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-鋼(TA1-Q235)復(fù)合板，TA1-Q235爆炸復(fù)合板尺寸示意圖如圖1所示。焊接工藝為：鈦-鋼(TA1-Q235)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°，TA1-Q235爆炸復(fù)合坡口尺寸及焊材填充示意圖如圖2和圖3所示。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：90-120A。

經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度431MPa，屈服強(qiáng)度395MPa，斷后延伸率7％，斷面收縮率11％，室溫沖擊功14J。

實(shí)施例2

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取60％的V粉和40％的Mo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V粉和Mo粉放到球磨機(jī)中，球磨8h得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加入，加熱溫度200℃，保溫時間2h，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)把混合均與的藥粉包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.6mm，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，磨具孔徑依次換至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，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鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-鋼(TA1-Q235)復(fù)合板，TA1-Q235爆炸復(fù)合板尺寸示意圖如圖1所示。焊接工藝為：鈦-鋼(TA1-Q235)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°，TA1-Q235爆炸復(fù)合坡口尺寸及焊材填充示意圖如圖2和圖3所示。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：90-120A。

經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度537MPa，屈服強(qiáng)度415MPa，斷后延伸率8％，斷面收縮率13％，室溫沖擊功31J。

實(shí)施例2制備得到的Cu-V-Mo藥芯焊絲配合純鈦焊絲及ER50-6鋼焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的熔敷金屬微觀組織見圖4。從金相圖片上可以看出，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。

實(shí)施例3

步驟1：按質(zhì)量百分比分別稱取40％的V粉和60％的Mo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V粉和Mo粉放到球磨機(jī)中，球磨8h得到混合均勻的藥芯粉末；將其置于真空加熱爐內(nèi)加入，加熱溫度200℃，保溫時間2h，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)把混合均勻的藥粉包裹在紫銅帶內(nèi)，第一道拉拔磨具孔徑為2.6mm，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，磨具孔徑依次換至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm，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鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-鋼(TA1-Q235)復(fù)合板，TA1-Q235爆炸復(fù)合板尺寸示意圖如圖1所示。焊接工藝為：鈦-鋼(TA1-Q235)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°，TA1-Q235爆炸復(fù)合坡口尺寸及焊材填充示意圖如圖2和圖3所示。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：90-120A。

經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度475MPa，屈服強(qiáng)度408MPa，斷后延伸率6％，斷面收縮率9％，室溫沖擊功20J。

經(jīng)優(yōu)化在藥芯焊絲藥粉填充量控制在15％～20％時，質(zhì)量百分比為60％的V粉和40％的Mo粉的情況下，焊接鈦鋼層狀復(fù)合板可以得到成型效果最好、缺陷最少及力學(xué)性能較好的焊縫。