用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲及其制備方法
【專利摘要】用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，按質(zhì)量百分比由以下組分組成：Si2.7～3.3％，Mn1.2～1.8％，C≤0.04％，P≤0.007％，S≤0.035％，余量為Cu，各組分質(zhì)量百分比之和為100％。本發(fā)明還公開了其制備方法：將Cu、Si、Mn制成金屬混合液澆注到鑄錠模中形成鑄錠；經(jīng)過鍛造、軋制、機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞得到。本發(fā)明焊絲做近鋼層，V焊絲做近鈦層將復(fù)合板鈦層與管線鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實現(xiàn)鈦-管線鋼復(fù)合板的熔焊對接；焊接接頭具有優(yōu)良的強韌性。
【專利說明】用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，本發(fā)明還涉及該焊絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦-管線鋼復(fù)合板是一種新型爆炸雙金屬復(fù)合板，兼具鈦的強耐腐蝕性和管線鋼的高強韌性。實現(xiàn)其在油氣運輸管道上的應(yīng)用，既能解決單一管線鋼管道易被腐蝕的難點，又能解決用單一耐腐蝕材料制造油氣運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，極易形成低熔點共晶體和T1、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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，與V含量99.6%的V焊絲(近鈦層) 配合使用，解決鈦-管線鋼復(fù)合板無法熔焊對接的問題。
[0004]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲的制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，按質(zhì)量百分比由以下組分組成:Si2.7~3.3%，Mnl.2~1.8 %，C≤0.04%，P≤0.007%，S^0.035%，余量為Cu，各組分質(zhì)量百分比之和為100%。
[0006]本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是，用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲的制備方法，具體步驟如下:
[0007]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si2.7~3.3%，Mnl.2~1.8%，余量為Cu ；
[0008]步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉；精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌2~3min后出爐，出爐溫度為1090°C ；
[0009]步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存30~35min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:C ( 0.04%, P ( 0.007%, S ≤ 0.035% ；
[0010]步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在800~900°C下將鑄錠先鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在800~900°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ0.8-1.2mm的焊絲。[0011]本發(fā)明的特點還在于，
[0012]步驟2中精煉溫度為1130~1150°C，時間20~25min。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，(I)本發(fā)明焊絲直徑均比較小，既可采用手工鎢極氬弧焊焊接，又可采用熔化極惰性氣體保護焊焊接；(2)本發(fā)明焊絲做近鋼層，V焊絲做近鈦層可將復(fù)合板鈦層與管線鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實現(xiàn)鈦-管線鋼復(fù)合板的熔焊對接；(3)鈦-管線鋼復(fù)合板開不對稱的X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)明焊絲在Ti側(cè)坡口處焊接近鋼層，進而用V含量99.6%的V焊絲在Cu上焊接近鈦層，最后用純鈦焊絲焊接鈦層，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強韌性；(4)本發(fā)明焊絲合金種類少，制備工藝簡單，便于進行大規(guī)模批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是實施例1制備的焊絲配合純鈦絲，純釩絲及YCGX80管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織圖；
[0015]圖2是實施例4制備的焊絲配合純鈦絲，純釩絲及YCGX80管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]本發(fā)明用于焊 接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，按質(zhì)量百分比由以下組分組成:Si2.7 ~3.3%，Mnl.2 ~1.8%，C ≤ 0.04%, P ≤ 0.007%, S ≤ 0.035%，余量為 Cu，各組分質(zhì)量百分比之和為100%。
[0018]焊絲中各組分的作用和功能如下:
[0019]Si在焊絲過渡到焊縫中時，通過脫氧反應(yīng)形成氧化物夾雜或氧硫復(fù)合物夾雜，在焊接時起到脫氧作用與強化焊縫的作用，用以防止焊縫的氧化以及穩(wěn)固基體、保證焊縫強度的作用；
[0020]Mn的作用與Si相似，但脫氧能力比Si稍微差一些，在焊絲中含錳，除了脫氧作用外，還能和硫化合生成MnS,起到脫硫作用，故可降低由硫引起的熱裂紋的傾向；
[0021]C可以提高焊縫金屬的淬透性，抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生，促進針狀鐵素體的形成，C元素含量對焊縫的強韌性及其組織組成有較大的影響，含C量過低會降低焊縫的高溫強度，含C過高又容易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。
[0022]用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲的制備方法，具體步驟如下:
[0023]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si2.7~3.3%，Mnl.2~1.8%，余量為Cu ；
[0024]步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉，精煉溫度為1130~1150°C，時間20~25min ;精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌2~3min后出爐，出爐溫度為1090°C ；
[0025]步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存30~35min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:c ≤ 0.04%, P ≤ 0.007%, S ≤ 0.035% ；
[0026]步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在800~900°C下將鑄錠先鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在800~900°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ0.8-1.2mm的焊絲。
[0027]本發(fā)明焊絲的特點:(I)本發(fā)明焊絲直徑均比較小，既可采用手工鎢極氬弧焊焊接，又可采用熔化極惰性氣體保護焊焊接；(2)本發(fā)明焊絲做近鋼層，V焊絲做近鈦層可將復(fù)合板鈦層與管線鋼層焊縫組織有效的銜接在一起，實現(xiàn)鈦-管線鋼復(fù)合板的熔焊對接；
(3)鈦-管線鋼復(fù)合板開不對稱的X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)明焊絲在Ti側(cè)坡口處焊接近鋼層，進而用V含量99.6 %的V焊絲在Cu上焊接近鈦層，最后用純鈦焊絲焊接鈦層，所得焊接接頭具有優(yōu)良的強韌性；(4)本發(fā)明焊絲合金種類少，制備工藝簡單，便于進行大規(guī)模批量生產(chǎn)。
[0028]實施例1
[0029]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si2.7%, Mnl.2%, Cu96.1% ；
[0030]步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉，精煉溫度為1130°C，時間20min ;精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌2min后出爐，出爐溫度為1090°C ；
[0031]步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存30min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:C ≤0.04%, P ≤0.007%, S ≤0.035% ；
[0032]步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在800°C下將鑄錠先鍛造成50mmX 50mm的方坯料，再在800°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ 1.2mm的焊絲。
[0033]用實施例1制備的焊絲(近鋼層)，配合純鈦絲(鈦層)，純釩絲(近鈦層)及YCGX80管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°，焊接順序為:鋼層-近鋼層-近鈦層-鈦層；鋼層采用CO2氣體保護焊，焊接電流為160~180A。近鋼層、近鈦層及鈦層均采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為:90 ~110A、130 ~150A 及 135 ~155A。
[0034]經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強度491MPa，屈服強度393MPa，斷后延伸率11%，斷面收縮率32%，室溫沖擊功33J。
[0035]實施例1制備得到的焊絲配合純鈦絲，純釩絲及YCGX80管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板的焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織見圖1。由圖1可知，TAl與近鈦層V焊縫以條狀或塊狀穿插銜接，中間有一約150μπι的過渡帶…焊縫與本發(fā)明的近鋼層Cu焊縫組織結(jié)合良好，互相滲透，無明顯過渡帶，Cu焊縫組織多為不規(guī)則的多邊形晶粒，由靠近V—側(cè)到靠近Χ80鋼一側(cè)，晶粒界面逐漸變得較為模糊；Cu焊縫與鋼焊縫界面呈線狀。整個焊縫過渡均勻，銜接良好。[0036]實施例2
[0037]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si2.9%, Mnl.4%, Cu95.7% ；
[0038]步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉，精煉溫度為1140°C，時間22min ;精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌2.5min后出爐，出爐溫度為1090°C ；
[0039]步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存35min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:C≤0.04%, P ≤0.007%, S≤0.035% ；
[0040]步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在850°C下將鑄錠先鍛造成50mmX 50mm的方坯料，再在850°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ 1.0mm的焊絲。
[0041]用實施例2制備的焊絲(近鋼層)，配合純鈦絲(鈦層)，純釩絲(近鈦層)及YCGX80管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°，焊接順序為:鋼層-近鋼層-近鈦層-鈦層；鋼層采用CO2氣體保護焊，焊接電流為160-180A。近鋼層、近鈦層及鈦層均采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為:90-110A、130-150A，135-155A。
[0042]經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強度495MPa，屈服強度392MPa，斷后延伸率10%，斷面收縮率33%，室溫沖擊功34J。
[0043]實施例3
[0044]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si3.l%,Mnl.6%, Cu95.3% ；
[0045]步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉，精煉溫度為1150°C，時間25min ;精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌3min后出爐，出爐溫度為1090°C ；
[0046]步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存32min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:C≤0.04%, P≤0.007%, S≤0.035% ；
[0047]步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在900°C下將鑄錠先鍛造成50mmX 50mm的方坯料，再在900°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ0.8mm的焊絲。
[0048]用實施例3制備的焊絲(近鋼層)，配合純鈦絲(鈦層)，純釩絲(近鈦層)及YCGX80管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°，焊接順序為:鋼層-近鋼層-近鈦層-鈦層；鋼層采用CO2氣體保護焊，焊接電流為160-180A，近鋼層采用熔化極氬氣保護焊接，焊接電流為90-110A，近鈦層與鈦層均采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為:130-150A、135-155A。
[0049]經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強度497MPa，屈服強度395MPa，斷后延伸率11.5%，斷面收縮率34%，室溫沖擊功36J。
[0050]實施例4
[0051]步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si3.3%，Mnl.8%，Cu94.9% ；
[0052]步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉，精煉溫度為1130°C，時間22min ;精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌3min后出爐，出爐溫度為1090°C ；
[0053]步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存30min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:C≤0.04%, P≤0.007%, S≤0.035% ；
[0054]步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在870°C下將鑄錠先鍛造成50mmX 50mm的方坯料，再在870°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ0.8mm的焊絲。
[0055]用實施例4制備的焊絲(近鋼層)，配合純鈦絲(鈦層)，純釩絲(近鈦層)及YCGX80管線鋼焊絲(鋼層)焊接鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板，焊接工藝為:鈦-管線鋼(TA1-X80)復(fù)合板開不對稱的雙V形坡口(鋼層在上、鈦層在下)，鋼側(cè)坡口角度為60°，鈦側(cè)坡口角度為100°，焊接順序為:鋼層-近鋼層-近鈦層-鈦層；鋼層采用CO2氣體保護焊，焊接電流為160-180A，近鋼層采用熔化極氬氣保護焊接，焊接電流為90-110A，近鈦層與鈦層均采用自動鎢極氬弧焊，焊接電流分別為:130-150A、135-155A。
[0056]經(jīng)測試，接頭力學(xué)性能為:抗拉強度500MPa，屈服強度396MPa，斷后延伸率11%，斷面收縮率35%，室溫沖擊功34J。
[0057]實施例4制備的焊絲，配合純鈦絲，純釩絲及YCGX80管線鋼焊絲焊接鈦-管線鋼復(fù)合板焊縫區(qū)熔敷金屬微觀組織見圖2。由圖2可知，TAl與近鈦層V焊縫中間有一層200 μ m的過渡帶，過渡帶上的組織逐漸由TAI —側(cè)組織靠近V —側(cè)組織，過渡良好；V焊縫與本發(fā)明的近鋼層Cu焊縫之間以條狀組織互相穿插，結(jié)合很好；Cu焊縫與X80鋼焊縫呈明顯線狀界面，界面靠Cu —側(cè)有部分鋼側(cè)組織穿插，Cu焊縫組織由靠近V —側(cè)多邊形晶粒逐漸變?yōu)閴K狀及針狀，與X80鋼焊縫的針狀鐵素體組織具有良好的銜接性。
【權(quán)利要求】
1.用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲，其特征在于，按質(zhì)量百分比由以下組分組成:Si2.7 ~3.3%,Mnl.2 ~1.8%,C ^ 0.04%,P ( 0.007%,S ^ 0.035%，余量為 Cu，各組分質(zhì)量百分比之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取經(jīng)過表面處理的Si2.7~3.3%，Mnl.2~1.8%，余量為Cu ； 步驟2，將金屬Cu、Si放入真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)的MgO坩堝內(nèi)進行熔化，待爐內(nèi)金屬全部融化后且熔池表面平靜無氣泡逸出，轉(zhuǎn)入精煉；精煉后，待金屬液溫度降至1090°C，充入氬氣；再將金屬Mn加入金屬液中，攪拌2~3min后出爐，出爐溫度為1090°C ； 步驟3，將金屬混合液澆注到鑄錠模中，澆注過程保持金屬混合液表面平靜，澆注均勻，鑄錠模在真空室保存30~35min，取出鑄錠并冷卻至室溫；在冶煉過程中，各組分重量百分比控制為:C ≤ 0.04%, P ≤ 0.007%, S ≤ 0.035% ； 步驟4，采用雙臂式電動空氣錘在800~900°C下將鑄錠先鍛造成50mmX50mm的方坯料，再在800~900°C下采用200型五架橫列三輥式軋機將坯料軋制成Φ6.5mm盤條；將盤條經(jīng)過機械剝殼-酸洗-烘干-干法拔絲-卷取-熱處理-干法拉絲-卷取-拋光-卷取-纏繞，最終得到Φ0.8-1.2mm的焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于焊接鈦-管線鋼復(fù)合板近鋼層的焊絲的制備方法，其特征在于，步驟2中精煉溫度為1130~1150°C，時間20~25min。
【文檔編號】B23K35/30GK104028914SQ201410239891
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】張敏, 史倩茹, 謝威威, 井強, 樊慶仰 申請人:西安理工大學(xué)