一種鈦-鋼復(fù)合板全透焊接方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈦鋼復(fù)合板全透焊接方法。采用釩作為鈦鋼復(fù)合板復(fù)合界面的中間過(guò)渡層，實(shí)現(xiàn)鈦鋼復(fù)合板全焊透。鈦鋼復(fù)合板的焊接工序?yàn)殇摶鶎拥那謇?，鋼基層的焊接，鋼基層的焊縫清理和檢驗(yàn)，中間過(guò)渡層的坡口清理，中間過(guò)渡層的焊接，中間過(guò)渡層焊縫的清理和檢驗(yàn)，鈦覆層的焊前清理，鈦覆層的焊接，鈦覆層的焊后清理和檢驗(yàn)，焊縫接頭力學(xué)性能測(cè)試。本發(fā)明可以實(shí)驗(yàn)鈦鋼復(fù)合板的全透焊接，焊縫接頭沒(méi)有無(wú)熔合現(xiàn)象，焊縫質(zhì)量好，焊縫成型美觀，解決了鈦鋼復(fù)合板焊接無(wú)法實(shí)現(xiàn)全焊透的難題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鈦-鋼復(fù)合板全透焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦鋼復(fù)合板的焊接方法，特別是一種鈦鋼復(fù)合板焊接實(shí)現(xiàn)全透焊接方法，屬于焊接工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]異種金屬?gòu)?fù)合板材的性能功能化和較低的成本及應(yīng)用范圍廣泛，提高了傳統(tǒng)金屬材料的發(fā)展?jié)摿ΑＯ∮薪饘購(gòu)?fù)合板材增長(zhǎng)速度依然較快，隨著國(guó)家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策實(shí)施力度的加強(qiáng)，有色金屬?gòu)?fù)合板材在電力煙氣脫硫設(shè)備的應(yīng)用持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)化工行業(yè)的投資國(guó)產(chǎn)化程度大大加快，也為有色金屬材料的發(fā)展提供了良好發(fā)展機(jī)遇，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持、較高的技術(shù)壁壘、產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需求拉動(dòng)為行業(yè)的發(fā)展提供了廣闊空間。但是由于使用復(fù)合板的構(gòu)件逐漸變多，復(fù)合板的焊接問(wèn)題急需得到解決。
[0003]鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。但由于鈦具有高熔點(diǎn)，熱熔大，導(dǎo)熱性差以及化學(xué)活性高等特殊性質(zhì)，它的焊接性能遠(yuǎn)不及鋼材的焊接性能，鈦是一種活性金屬，常溫下能與氧化成致密的氧化膜而保持高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。但是在540°C以上生成的氧化膜就不致密。高溫下鈦與氧、氮、氫反應(yīng)速度較快，鈦在300°C以上快速吸氫，600°C快速吸氧，700°C以上快速吸氮。在空氣中鈦的氧化過(guò)程很容易進(jìn)行。
[0004]異種金屬間的焊接主要取決于他們的物理性性能和化學(xué)結(jié)晶性能的差異。鈦和鋼的密度，線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率相差都比較大，容易引起不易消除的熱應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生很大的焊接變形。從鈦鋼二元相圖可以知道，鐵在α-Ti中溶解度極低，常溫下為0.05%?0.1%。當(dāng)Fe含量超過(guò)0.1%，則會(huì)產(chǎn)生金屬間化合物TiFe和TiFe2。金屬間化合物是脆性相，焊縫強(qiáng)度得到提高，但是塑形會(huì)急劇下降，對(duì)焊縫的力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0005]由于鈦和鐵之間易形成TiFe和TiFe2脆性化合物，因此鈦鋼復(fù)合板焊接時(shí),要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的的焊接參數(shù)選擇才能實(shí)現(xiàn)鈦覆層和鋼基層的互不熔合，即鈦和鈦，鋼和鋼各自進(jìn)行焊接。
[0006]經(jīng)檢索，目前沒(méi)有使用釩作為中間過(guò)渡層的達(dá)到鈦鋼復(fù)合板全焊透的焊接方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明專(zhuān)利要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鈦鋼復(fù)合板的全透焊接方法，該方法采用釩作為中間過(guò)渡層進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)了鈦鋼復(fù)合板全焊透，焊縫成型美觀且焊接接頭沒(méi)有未熔合現(xiàn)象。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種鈦鋼復(fù)合板全焊透焊接方法，采用釩作為中間過(guò)渡層，焊接順序是先焊接鋼基層，再焊接中間過(guò)渡層，最后焊接鈦覆層；具體步驟如下:
I)鈦覆層開(kāi)坡口將鈦鋼復(fù)合板的鈦覆層銑去寬為2mm，厚度為鈦覆層厚度+0.5mm厚的坡口 ；
2)鋼基層清理
焊接前將鈦覆層的坡口和待焊區(qū)域周?chē)M(jìn)行清理；
3)鋼基層的焊接
鈦鋼復(fù)合板的裝配間隙為O~0.5mm，焊前將鈦鋼復(fù)合板預(yù)熱到100~120°C，鋼基層使用等離子焊接施焊；
4)鋼基層焊縫背面清理
鋼基層等離子焊縫背面留有余高，焊后將背面余高機(jī)加工平整，并對(duì)鈦覆層的坡口進(jìn)行清理；
5)中間過(guò)渡層釩的焊接
焊接方法采用鎢極氬弧焊，在鈦覆層的坡口處堆焊0.5^1mm厚的釩絲；
6)鈦覆層的焊接
將鈦鋼復(fù)合板預(yù)熱到150°C，采用熔化極氣體保護(hù)焊在中間過(guò)渡層釩上堆焊一層鈦合金直至蓋滿(mǎn)整個(gè)坡口。
[0009]本發(fā)明的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋如下:
鈦鋼復(fù)合板:用軋制，爆炸或爆炸-軋制方法使鈦覆層和鋼基層達(dá)到冶金結(jié)合的金屬?gòu)?fù)合板。
[0010]鈦覆層:金屬?gòu)?fù)合板中的耐蝕層，且厚度較薄的金屬材料。
[0011]鋼基層:金屬?gòu)?fù)合板中的受力層，且厚度較厚的金屬材料，參見(jiàn)GB/T6393-2008。
[0012]復(fù)合界面:復(fù)合板基材和復(fù)材的結(jié)合面,參見(jiàn)NB/T47002.3-2009。
[0013]中間過(guò)渡層:為防止鈦和鋼在焊接時(shí)相互熔合，產(chǎn)生脆性相，導(dǎo)致焊縫成型不美觀，焊縫接頭力學(xué)性能差，所以在焊接過(guò)程中熔敷一層一定厚度的中間過(guò)渡層。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鈦鋼復(fù)合板的全透焊接，大大提高了鈦鋼復(fù)合板的焊接接頭的力學(xué)性能，拓展了鈦鋼復(fù)合板的應(yīng)用范圍。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明鈦鋼復(fù)合板全透焊接的坡口設(shè)計(jì)圖。
[0016]圖2是本發(fā)明鈦鋼復(fù)合板全透焊接焊后的焊縫截面示意圖。
[0017]圖中I為鈦覆層，2為鋼基層，3為鋼基層等離子焊縫，4為中間過(guò)渡層焊縫，5為鈦
覆層焊縫。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)施采用的是TA1-Q235B鈦鋼復(fù)合板，該鈦鋼復(fù)合板的尺寸規(guī)格是l+10mm，由爆炸-軋制方法獲得。具體實(shí)施步驟如下:
1)坡口制備
坡口形式如圖1所示，鈦覆層I留有寬2mm，厚1.5mm坡口，鋼基層2不留坡口。
[0019]2)鋼基層清理
焊接前用手磨機(jī)將鋼基層待焊區(qū)域周?chē)M(jìn)行清理，清理區(qū)域應(yīng)不小于坡口邊緣的25mm，清理后區(qū)域沒(méi)有雜物，再用酒精溶液清理待焊區(qū)和待焊區(qū)周?chē)?，去除有機(jī)物。[0020]3)鋼基層焊接
鋼基層裝配間隙為(T0.5_，焊前將鈦鋼復(fù)合板預(yù)熱到100~120°C，使用等離子焊焊接9.5mm厚的鋼基層，一次成型，背面焊透，焊縫截面形貌如圖2中的鋼基層等離子焊縫3所示。其中，等離子焊焊接參數(shù)為電流300A、焊速15cm/min、離子氣2.7L/min,保護(hù)氣IOL/
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[0021]4)鋼基層焊縫檢驗(yàn)
對(duì)鋼基層等離子焊縫3進(jìn)行表面質(zhì)量檢查和射線檢查，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足GB/T3323 I級(jí)要求。
[0022]5)鋼基層等離子焊縫3背面清理
鋼基層等離子焊縫3的背面留有余高，采用銑床將背面余高加工平整，低于復(fù)合板復(fù)合界面約0.5mm，再將中間過(guò)渡層待焊區(qū)及距邊緣25mm的范圍內(nèi)進(jìn)行清理，清理后的區(qū)域沒(méi)有雜物。
[0023]6 )中間過(guò)渡層釩的焊接
焊接方法采用鎢極氬弧焊，在已加工平整的鋼基層等離子焊縫3的背面堆焊厚度約
0.5^1mm的純釩過(guò)渡層，焊接時(shí)保證添加進(jìn)去的釩和鋼實(shí)現(xiàn)熔合，形成如圖2中所示的中間過(guò)渡層焊縫4。其中，焊接參數(shù)為電流170A、焊接速度8cm/min、噴嘴氣體保護(hù)10L/min、拖罩氣體保護(hù)10L/min。
[0024]7)中間過(guò)渡層焊后清理和檢驗(yàn)
將中間過(guò)渡層焊縫4加工平整，保留有0.5~Imm厚的釩熔敷量，機(jī)加工后對(duì)中間過(guò)渡層焊縫4進(jìn)行表面質(zhì)量檢查和射線檢查，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足GB/T3323 I級(jí)要求。
[0025]8)鈦覆層的焊接
焊前將復(fù)合板預(yù)熱到150°C，用熔化極氣體保護(hù)焊在中間過(guò)渡層焊縫4上堆焊，使用的是ERT1-5鈦合金焊絲，形成如圖2中的鈦覆層焊縫5。其中，焊接參數(shù)為電流170A、焊接速度8cm/min、噴嘴氣體保護(hù)10L/min、拖罩氣體保護(hù)10L/min。
[0026]9)鈦覆材的焊接檢驗(yàn)
鈦復(fù)材焊后對(duì)焊縫進(jìn)行表面質(zhì)量檢驗(yàn)和滲透檢查。滲透檢查標(biāo)準(zhǔn)可以為JB/T9218-2007《滲透探傷方法》。
[0027]10)力學(xué)性能測(cè)試
根據(jù)GB 6393-2008復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法，對(duì)焊接試樣進(jìn)行整體拉伸，測(cè)得該焊接接頭抗拉強(qiáng)度為410MPa，達(dá)到母材的80.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦鋼復(fù)合板全焊透焊接方法，其特征在于包括以下步驟: 1)鈦覆層開(kāi)坡口 將鈦鋼復(fù)合板的鈦覆層銑去寬為2mm，厚度為鈦覆層厚度+0.5mm厚的坡口 ； 2)鋼基層清理 焊接前將鈦覆層的坡口和待焊區(qū)域周?chē)M(jìn)行清理； 3)鋼基層的焊接 鈦鋼復(fù)合板的裝配間隙為O?0.5mm，焊前將鈦鋼復(fù)合板預(yù)熱到100?120°C，鋼基層使用等離子焊接施焊； 4)鋼基層焊縫背面清理 鋼基層等離子焊縫背面留有余高，焊后將背面余高機(jī)加工平整，并對(duì)鈦覆層的坡口進(jìn)行清理； 5)中間過(guò)渡層釩的焊接 焊接方法采用鎢極氬弧焊，在鈦覆層的坡口處堆焊0.5?Imm厚的釩絲； 6)鈦覆層的焊接 將鈦鋼復(fù)合板預(yù)熱到150°C，采用熔化極氣體保護(hù)焊在中間過(guò)渡層釩上堆焊一層鈦合金直至蓋滿(mǎn)整個(gè)坡口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鋼復(fù)合板全焊透焊接方法，其特征在于步驟3中所述的等離子焊焊接參數(shù)為電流300A、焊速15cm/min、離子氣2.7L/min,保護(hù)氣10L/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鋼復(fù)合板全焊透焊接方法，其特征在于步驟5中所述的鎢極IS弧焊焊接參數(shù)為電流170A、焊接速度8cm/min、噴嘴氣體保護(hù)10L/min、拖罩氣體保護(hù)10L/mino
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鋼復(fù)合板全焊透焊接方法，其特征在于步驟6中所述的熔化極氣體保護(hù)焊焊接參數(shù)為電流170A、焊接速度8cm/min、噴嘴氣體保護(hù)10L/min、拖罩氣體保護(hù)10L/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦鋼復(fù)合板全焊透焊接方法，其特征在于步驟6中所述的鈦合金牌號(hào)為ERT1-5鈦合金焊絲。
【文檔編號(hào)】B23K28/02GK103785962SQ201410020223
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】周琦, 賈迪, 王克鴻, 馮曰海, 郭順, 王春桂, 羅添元 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué), 泰州南京理工大學(xué)研究院