[发明专利]用于TIG焊钛/低碳钢的高熵合金焊丝及应用

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种用于TIG焊钛/低碳钢的高熵合金焊丝，本发明还涉及应用该高熵合金焊丝对钛/低碳钢实施TIG焊的方法。

背景技术

金属钛在地球上的储量非常丰富，具有比强度高、密度低、耐腐蚀等优点，广泛应用于宇航、船舶、石油化工、娱乐及医疗等领域。但由于其冶金技术复杂、价格昂贵，限制了钛大规模的推广应用。钛与低碳钢的复合结构，能充分发挥两种材料在性能与经济上的互补优势，在众多领域有广泛的应用前景。

制备钛/低碳钢复合结构件的关键是要解决钛与低碳钢的焊接问题。因为异种金属之间物理化学性能的差异增加了焊接的难度，特别是焊缝中易形成大量脆性金属间化合物(TiFe、TiFe2、TiC等)，接头强度较低。目前，用于钛与低碳钢焊接的主要方法是压力焊(包括扩散焊、摩擦焊和爆炸焊)，对钛-低碳钢钎焊也有所研究，但实现真正意义上的钛/钢高强度焊接则当属熔化焊。钛/钢的熔化焊接属异种金属之间的焊接，其施工难度远远大于钛/钛、钢/钢同质材料，而且脆性金属间化合物导致接头性能不佳尤其严重。欲从源头杜绝脆性金属间化合物产生，使用合适焊接材料是解决问题的关键，也是提高钛/钢焊接接头质量的根本出路。

高熵合金突破了传统合金的设计模式，借助高熵效应，使合金的结构组织趋于单一bcc或fcc固溶体，可有效抑制金属间化合物的产生，为实现钛/钢的高性能熔接提供了全新的技术思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于TIG焊钛/低碳钢的高熵合金焊丝，解决了现有技术中存在的钛与低碳钢直接熔焊时，焊缝中易形成脆性金属间化合物而导致开裂，接头强度较低的问题。

本发明的另一目的是提供一种应用该高熵合金焊丝对钛/低碳钢实施TIG焊的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于TIG焊钛/低碳钢的高熵合金焊丝，由以下组分按原子百分比组成，总的百分比为100％，其中Ti含量固定为5％，Fe为2％-15％，Ni为25％-30％，Cu为23％-30％，V为25％-35％。

本发明采用的另一技术方案是，一种应用该高熵合金焊丝对钛/低碳钢实施TIG焊的方法，按照以下步骤实施：

步骤1)对钛与低碳钢的母材分别开坡口处理；

步骤2)认真清理、打磨坡口，去除两种母材表面的油污和杂质；

步骤3)在钛与低碳钢下表面安装垫板，垫板上表面横向设置有Ar气导流槽，将钛与低碳钢同时与垫板固定牢靠，并使得钛与低碳钢的缝隙位于垫板上表面的Ar气导流槽中心线正上方；

步骤4)对钛与低碳钢的坡口位置实施双面通Ar气保护，焊前预先通入氩气3-5s；

步骤5)实施TIG焊，在焊接过程中，控制电弧应略微偏向低碳钢一侧，使两侧母材熔化的更加均匀；

步骤6)焊后继续通入Ar气3-5s，再迅速松开固定装置及垫板，即成。

本发明的有益效果是，该高熵合金焊丝具有优良的强度、韧性及耐蚀性能，不易形成脆性金属间化合相，易于获得高性能的钛与低碳钢焊接接头；使用该高熵合金焊丝的焊接工艺简单，不需事先在钛侧熔敷过渡层，焊接过程中无需频繁更换焊丝和变换焊接参数，方便高效，高熵合金成分范围宽泛，对不同牌号母材金属适应性好，便于推广。

附图说明

图1是本发明中钛与低碳钢焊接接头形式及坡口形状图；

图2是本发明方法中的焊接接头装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的用于TIG焊钛/低碳钢的高熵合金焊丝，由以下组分按原子百分比组成，总的百分比为100％，其中Ti含量固定为5％，Fe为2％-15％，Ni为25％-30％，Cu为23％-30％，V为25％-35％。

在本发明的高熵合金焊丝成分中，对各化学元素组成及含量限定理由分别叙述如下：