一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝

摘要

本发明提供了一种用于钛及钛合金焊接的药芯焊丝，由外皮及内部活性药芯组成。所述外皮为钛含量质量百分比不低于98%，氢含量质量百分比不超过0.015%的钛带，内部活性药芯由金属粉、Si粉、B粉以及活性剂组成，各组成成分的质量百分比：Ti为16％～34％；B为2%～6%；Co为0.2％～0.4％；Mn为0.8%～1%；Si为0.10%～0.25%；Ni为1%～3%；Cu为1%～3%；氯化物为1％～5％；氟铝酸盐为12％～16％；MgF2为5％～15％；SrF2为20%～60%。其中氯化物、氟铝酸盐、MgF2和SrF2为药芯中的活性剂成分。焊接深宽比大，熔敷效率高，且使焊接工艺流程简化，适用于钛及钛合金的焊接。

权利要求

1.一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝，包括金属外皮和内部活性药芯，其特征在于所述金属外皮是0.3mm厚、8mm宽的钛带，钛 带的钛含量质量百分比不低于98％、氢含量质量百分比不超过0.015％，钛带经卷简机卷制并经拉拔而成截面呈圆形的钛管，钛管内设有内部活性药芯，内部活性药芯由金属粉、B粉、Si粉以及活性剂组成，所述的金属粉包括Ti、Co、Mn、Ni和Cu，所述的活性剂包括氯化物、氟铝酸盐、MgF2和SrF2，所述金属粉、B粉、Si粉以及活性剂各组成成分的质量百分比：Ti为16％～34％：Co为0.2％～0.4％：Mn为0.8％～1％：Ni为1％～3％：Cu为1％～3％：B粉为2%～6%：Si粉为0.10％～0.25％：氯化物为1％～5％：氟铝酸盐为12％～16％：MgF2为5％～15％: SrF2为20％～60％；金属粉粒度为80－100目，B粉、Si粉以及活性剂的粒度均为100－200目。

2.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝，其特征在于，所述内部药芯中各组成成分的质量百分比为：Ti为20％，Co为0.3％，Mn为0.9％，Ni为2％，Cu为2％，B粉为

4％，Si粉为0.17％，氯化物为3％，氟铝酸盐为14％，MgF2为10％，SrF2为43.63％。

说明书

一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝

技术领域

[0001] 本发明属于焊接材料技术领域，用于钛及钛合金材料的焊接。

背景技术

[0002] 钛及其合金耐蚀性优良、密度小、比强度高、韧性好、低温性能和高温性能优异，被广泛应用于航空航天、汽车、化工、冶金、造船、核电等工业部门。其中钛合金板材焊接件被极多的应用于一些特殊场合，如制造人造地球卫星、航天飞机等，此外焊接也是钛合金材料应用与维修的重要手段，因此研究钛合金焊接对工业发展具有重要意义。

[0003] 目前钛合金焊接可采用氩弧焊、埋弧焊及电子束焊等焊接方法，其中尤以氩弧焊效率最高、适用范围最广，成为研究的热点。而焊接材料是影响焊接过程和接头质量的重要因素，目前的研究大多集中于TIG焊实心焊材的开发，如专利CN101966631A公开了一种高温钛合金焊接用实心焊丝，专利CN1814395A公开了一种高强双相钛合金用实心焊丝，专利CN104084712A公开了一种耐腐蚀性强的钛合金焊接用实心焊丝。尽管上述实心焊丝可获得性能较好的接头，但在应用过程中，为了获得较大熔深，减小能耗，通常要手工辅以活性剂使用，如专利CN104646866A公开了一种钛合金焊接活性剂及焊接方法，仍采用实心焊丝，辅以活性剂使用，但其采用手工涂敷方法的效率低，而且焊接过程中活性剂涂敷层容易发生脱落，影响焊接质量。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提出解决上述问题的方法，提供了一种钛及钛合金焊接用药芯焊丝，本发明的药芯焊丝将活性剂加在药芯焊丝里，在焊接过程中活性剂由药芯焊丝过渡到电弧气氛中，无需手工涂敷活性剂，不仅可以简化工艺流程，而且可以保证焊接质量，实现对钛及钛合金的优质焊接。

[0005] 一种钛基合金药芯焊丝，包括金属外皮和内部活性药芯，所述金属外皮为钛含量质量百分比不低于98%，氢含量质量百分比不超过0.015%的钛带，内部活性药芯由金属粉、B粉、Si粉以及活性剂组成，所述的金属粉包括Ti、Co、Mn、Ni和Cu，所述的活性剂包括氯化物、氟铝酸盐、MgF2和SrF2，所述金属粉、B粉、Si粉以及活性剂各组成成分的质量百分比：Ti为16％～34％；Co为0.2％～0.4％；Mn为0.8%～1%； Ni为1%～3%；Cu为1%～3%；B为2%～6%；Si为0.10％～0.25%；氯化物为1％～5％；氟铝酸盐为12％～16％；MgF2为5％～15％；SrF2为
20％～60%。

[0006] 通过上述技术方案，本发明提供的新型钛基合金药芯焊丝，依靠药芯中的活性剂收缩电弧，并且改变熔池表面张力温度系数，使液态金属由外围向熔池中心流动，从而将电弧的热量更多地传递到底部，以增加焊接熔深，增加焊接接头深宽比。本发明技术方案通过调整药芯组分得到最佳配比，可以改善焊接接头的塑韧性，减少焊接缺陷，满足抗拉强度要求。本发明中钛粉的质量分数为16％～34％，是含量较多的成分，它用以填充焊接坡口；活性剂中MgF2和SrF2可使电弧收缩，氯化物(可选用NaCl)可使熔池表面张力温度系数改变，导致液态金属由外围向熔池中心流动，二者皆有利于增强热量传输，以增加熔深；加入的氟铝酸盐（可选用NaAlF6）可有效的抑制焊缝中O和H的含量，改善接头韧性。在金属粉中加入质量分数为0.2％～0.4%的Co有利于降低焊缝热膨胀系数，降低接头残余应力；加入质量分数为2.0％～6.0%的B，以原子状态偏聚于晶界，降低晶界能，抑制晶胞的形核与生长，细化晶粒；加入0.8%～1.0%的Mn和0.1%～0.25%的Si一方面可使焊缝金属充分脱氧，另一方面通过固溶强化作用提高焊缝抗拉强度。加入质量分数为1.00%～3.00%的Cu和质量分数为1.00%～3.00%的Ni有利于提高焊接接头的塑性；本发明所述金属粉粒度为80～100目，B粉、Si粉以及活性剂的粒度均为100-200目。

[0007] 进一步，本发明外层金属皮为钛带经卷筒和拉拔而成的截面为圆形的钛管，所述钛带厚度为0.1mm～0.6mm，宽度为5mm～10mm。

[0008] 进一步，本发明所述金属粉粒度为80-100目，B粉、Si粉以及活性剂的粒度均为100-200目。

[0009] 进一步，本发明所述药芯中各组成成分的质量百分比为：Ti为20%，Co为0.3%，Mn为0.9%，Ni为2%，Cu为2%，B为4%，Si为0.17%，NaCl为3%，NaAlF6为14%，MgF2为10%，SrF2为
43.63%。

[0010] 本发明的有益效果在于：本发明提供的新型钛基合金药芯焊丝，采用已有的MIG焊接设备，无需手工涂敷活性剂，依靠药芯的作用增加焊接熔深，增加焊接接头深宽比，细化晶粒，简化工艺流程且焊接性能优良，焊后活性剂药粉渣壳易清理，焊缝成形良好，适用于钛及其合金的焊接，具有较好的应用前景。

附图说明

[0011] 图1为实施例3中柱状晶区的焊缝组织图。

[0012] 图2为实施例3中等轴晶区的焊缝组织图。

具体实施方式

[0013] 下面通过实例对本发明的钛基合金药芯焊丝做进一步说明。

[0014] 一种钛基合金药芯焊丝，包括金属外皮和内部活性药芯，所述金属外皮为钛含量质量百分比不低于98%，氢含量质量百分比不超过0.015%的钛带，内部活性药芯由金属粉、B粉、Si粉以及活性剂组成，所述的金属粉包括Ti、Co、Mn、Ni和Cu，所述的活性剂包括氯化物、氟铝酸盐、MgF2和SrF2，所述金属粉、B粉、Si粉以及活性剂各组成成分的质量百分比：Ti为16％～34％；Co为0.2％～0.4％；Mn为0.8%～1%； Ni为1%～3%；Cu为1%～3%；B为2%～6%；Si为0.10％～0.25%；氯化物为1％～5％；氟铝酸盐为12％～16％；MgF2为5％～15％；SrF2为
20％～60%。外层金属皮为钛带经卷筒和拉拔而成的截面为圆形的钛管，所述钛带厚度为
0.1mm～0.6mm ，宽度为5mm～10mm。所述金属粉粒度为80-100目，B粉、Si粉以及活性剂的粒度均为100-200目。

[0015] 本发明的药芯焊丝的制备方法为，选择厚度为0.3mm，宽度为8mm的钛带，经卷筒机卷成截面为圆形的钛管，在卷筒过程中填入药粉，再经拔丝机拉拔成直径为1.6mm的药芯焊丝。

[0016] 下表为实施例1-5中内部活性药芯的化学成分及含量，本实施例1-5中所使用的氯化物为NaCl，所使用的氟铝酸盐为NaAlF6。

[0017] 表1 实施例1-5中内部药芯的化学成分及各组分质量分数。

[0018]

[0019] 采用实施例1-5的组分制备的药芯焊丝，在氩气保护下进行焊接试验。结果表明，本发明提供的活性剂药芯焊丝能够在保证焊接质量的基础上简化工艺流程，提高焊接效率。焊接接头熔深大，焊缝宽度较小，深宽比大，无焊接气孔，焊缝成形美观。室温下测得接头平均抗拉强度不低于820MPa，可满足实际需求。微观组织分析结果表明，焊缝晶粒有一定程度的细化。特别是采用实施例3的组分配比制作的药芯焊丝，与常规的实心焊丝相比，相同焊接参数下，熔深平均增加了29%，深宽比平均提高了1.5倍，且晶粒较为细小，焊缝组织如图1和图2所示。