CN101590597B - 一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，包括以下步骤：一、制备大规格覆层钛板或钛合金板；二、分别对覆层钛板或钛合金板和基层钢板进行表面抛光处理；三、采用角度装配法对覆层钛板或钛合金板和基层钢板进行安装组配；四、对覆层钛板或钛合金板和基层钢板进行爆炸复合，制成大规格钛/钢复合板初步产品；五、退火处理；六、矫平处理；七、后续处理：对经矫平后的钛/钢复合板初步产品进行超声波探伤、火焰切割板边、机械加工四周边和表面抛光处理以及常规性能检验。本发明操作简单、实施方便、成本低且所生产的大规格钛/钢复合板质量优良，能满足各大型工业设备及构件对钛/钢复合板的制造需求。
Description
技术领域
本发明属于钛/钢复合板制造技术领域，尤其是涉及一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法。
背景技术
钛材具有质量轻、比强度高、耐蚀等特点，而钛/钢复合板兼顾了钛的耐蚀性和钢板的高强度特点，并且价格相对低廉，可广泛应用于石化、电力、湿法冶金、烧碱等工业设备和容器制造中。
随着我国经济不断向前发展，各类设备和容器愈发趋于大型化，表现为设备或构件的长度、直径和面积越来越大，因而对所需钛/钢复合板的规格和性能提出更高要求。大规格钛/钢复合板不但可以减少焊缝长度和数量，缩短设备制造工期，更为重要的是可以显著提高设备使用的安全性。例如，核电100万千瓦冷凝器机组用钛钢复合管板规格为：5/20～60mm×4500mm×5600mm，采用长度小于5600mm，宽度小于4500mm的钛/钢复合板来制作，不仅会产生多道焊缝，加大制造成本和设备的安全隐患，而且会逼迫企业从国外进口，增加外汇投入，不利于国内有关产业的发展规划及爆炸焊接技术的提高。
钛/钢复合板的常规生产方法采用爆炸焊接技术，由于市场提供的钛板尺寸有限而需拼接，爆炸复合时会发生复层焊缝冲裂、局部不结合、界面熔化等缺陷，同时这些缺陷无法用普通焊接方法进行补焊，直接导致整张复合板因部分不结合而报废，尤其不利于制造大规格钛/钢复合板。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其操作简单、实施方便、成本低且所生产的大规格钛/钢复合板质量优良，能满足各大型工业设备及构件对钛/钢复合板的制造需求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、制备大规格覆层钛板或钛合金板，其制备过程如下：
101、轧制：将材质为纯钛或钛合金的钛锭置于轧机上进行单轧或叠轧，制造出厚度为3～10mm、宽度＞1800mm且长度＞3000mm的钛板或钛合金板；
102、拼焊：采用常规拼焊设备和工艺，将步骤一中所述的钛板或钛合金板对接拼焊成3120～10120mm×2580～5080mm×3～10mm的大规格钛板或钛合金板；
103、退火矫平：采用常规退火工艺和矫平工艺，对所述大规格钛板或钛合金板进行退火处理和矫平处理，使大规格钛板或钛合金板的平整度≤6mm/m，获得大规格覆层钛板或钛合金板；
步骤二、对覆层钛板或钛合金板进行表面抛光处理，使得其表面粗糙度Ra为0.8～12.8μm；同时，对基层钢板进行常规表面打磨抛光处理，使得其表面粗糙度Ra为0.8～12.8μm，所述基层钢板的尺寸为3000～10000mm×2500～5000mm×20～60mm；
步骤三、采用角度装配法对覆层钛板或钛合金板和基层钢板进行安装组配，其安装组配过程如下：
301、将基层钢板水平铺放在地基或水平操作台面上；
302、通过多个硬质金属支撑件将覆层钛板或钛合金板固定安装在基层钢板正上方，并使得大规格覆层钛板或钛合金板和基层钢板间的倾斜角度为0°～30°且二者间间隙的最小值为2～18mm；
303、在覆层钛板或钛合金板的上部均匀布设一层爆炸过程中保护覆层钛板或钛合金板的上表面不被损坏的保护层；
304、在保护层上部均匀布设一炸药层，炸药层中的主体炸药为粉状乳化炸药且其高度为15～80mm；
305、在覆层钛板或钛合金板几何中心部位正上方的炸药层中布设引爆装置；
步骤四、爆炸复合：点燃引爆装置且经瞬间爆轰后，制成大规格钛/钢复合板初步产品；
步骤五、退火处理：采用热处理炉对所述大规格钛/钢复合板初步产品进行退火处理，退火温度为400～700℃且退火时间为1～6h；
步骤六、矫平处理：采用油压机对经退火处理后的所述大规格钛/钢复合板初步产品进行矫平，直至达到设计所需的平整度要求；
步骤七、后续处理：对经矫平后的钛/钢复合板初步产品进行超声波探伤、火焰切割板边、机械加工四周边和表面抛光处理以及常规性能检验后，制成大规格钛/钢复合板成品，所述大规格钛/钢复合板成品的宽度为2000～5000mm且长度为2500～10000mm。
上述步骤一中所述覆层钛板或钛合金板中，钛板的材质为TA1、TA2或TA9，钛合金板的材质为ASTM B265Gr.1&Gr2、Gr7、Gr11、Gr16或Gr17。
上述步骤二中所述基层钢板为碳钢板、容器板、合金钢板和不锈钢板。
上述步骤303中所述保护层为黄油层、沥青层或油毛毡。
上述步骤304中所述粉状乳化炸药的爆速≥326Om/S、爆热为4010±300kJ/kg、爆温为2656±150℃、爆压为5198±350Mpa、密度为0.90～1.26g/cm3且其猛度即铅柱压缩值≥13mm。
上述步骤二中所述基层钢板的材质为Q235B、16MnR、SS400或ASTMA516Gr.70。
上述步骤304中在保护层上部均匀布设炸药层时，沿保护层长度方向上分多段连续进行布设。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、制备工艺简单且设计合理、操作方便、生产效率高，具体为采用爆炸焊接工艺制造大规格钛/钢复合板，其制备过程主要分两大阶段进行：第一阶段先进行大规格钛板或钛合金板的轧制、拼焊及矫平等；第二阶段将覆层钛板或钛合金板和基层钢板按照角度装配法进行装配后，分段布炸药且在覆层钛板或钛合金板(简称覆板)和基层钢板(简称基板)的中心引爆，瞬间实现大规格钛/钢复合板的爆炸复合过程；爆炸复合后的钛/钢复合板，再相应依次经超声波探伤检查、退火、矫平、切边和终检等工序。
2、可操作性强，在对覆板和基板进行爆炸复合时，通过采用合适的爆炸复合工艺参数、角度法装配以及分段布药等，以保证爆炸复合后的结合率及结合强度。
3、本发明制备的大规格钛/钢复合板具有良好的加工、工艺性能，覆板和基板经爆炸复合后其结合性能优良，弯曲试验无分层，钛板或碳合金板表面无裂纹和杂质物等，而且具有较高的结合强度、耐腐蚀性和抗疲劳性能，并且保持爆炸复合产品的高质量水平，满足各大型工业设备及构件对大规格钛/钢复合板的制造需求。具体而言，其覆板上仅有一道纵焊缝且厚度为3～10mm，基板的厚度20～60mm，且覆板与基板间的结合率为≥98％，剪切强度大于140Mpa，能满足有关标准及核电和火电冷凝器的技术要求。
4、经济及社会价值高，本发明极大地提高了大规格钛/钢复合板的生产效率、成品率和产品质量，弥补了大规格钛板爆炸焊接技术的缺陷，满足市场大型电力设备及各种化工设备对该种复合板的需求，填补国内空白；同时，也满足了我国能源工业的核电和火电对冷凝器管板的需求，实现电力工业环保、耐蚀的要求和持续发展。
综上所述，本发明操作简单、实施方便、成本低且所生产的大规格钛/钢复合板质量优良，能满足各大型工业设备及构件对钛/钢复合板的制造需求。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明爆炸复合前覆层钛板或钛合金板和基层钢板的装配示意图。
附图标记说明：
1-覆层钛板或钛合金板； 2-基层钢板； 3-地基；
4-硬质金属支撑件； 5-保护层； 6-炸药层；
7-引爆装置。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备大规格覆层钛板或钛合金板1，其制备过程如下：
101、轧制：将材质为纯钛或钛合金的钛锭置于轧机上进行单轧或叠轧，制造出厚度为3～10mm、宽度＞1800mm且长度＞3000mm的钛板或钛合金板。
所述覆层钛板或钛合金板1中，钛板的材质为TA1、TA2或TA9，钛合金板的材质为ASTM B265 Gr.1&Gr2、Gr7、Gr11、Gr16或Gr17。
102、拼焊：采用常规拼焊设备和工艺，将步骤一中所述的钛板或钛合金板对接拼焊成3120～10120mm×2580～5080mm×3～10mm的大规格钛板或钛合金板。
103、退火矫平：采用常规退火工艺和矫平工艺，对所述大规格钛板或钛合金板进行退火处理和矫平处理，使大规格钛板或钛合金板的平整度≤6mm/m，获得大规格覆层钛板或钛合金板1。
本实施例中，选用尺寸为6480mm×4600mm×5mm的TA2板做覆层即覆层钛板或钛合金板1。
步骤二、对覆层钛板或钛合金板1进行表面抛光处理，使得其表面粗糙度Ra为0.8～12.8μm；同时，对基层钢板2进行常规表面打磨抛光处理，使得其表面粗糙度Ra为0.8～12.8μm，所述基层钢板2的尺寸为3000～10000mm×2500～5000mm×20～60mm。所述基层钢板2为碳钢板、容器板、合金钢板和不锈钢板。
本实施例中，所述基层钢板2的尺寸为6360mm×4520mm×40mm，所述基层钢板2的材质为Q235B。
步骤三、结合图2，采用角度装配法对覆层钛板或钛合金板1和基层钢板2进行安装组配，其安装组配过程如下：
301、将基层钢板2水平铺放在地基3或水平操作台面上。
302、通过多个硬质金属支撑件4将覆层钛板或钛合金板1固定安装在基层钢板2正上方，并使得大规格覆层钛板或钛合金板1和基层钢板2间的倾斜角度为0°～30°且二者间间隙的最小值为2～18mm。
303、在覆层钛板或钛合金板1的上部均匀布设一层爆炸过程中保护覆层钛板或钛合金板1的上表面不被损坏的保护层5。
实际操作过程中，所述保护层5为黄油层、沥青层或油毛毡。
304、在保护层5上部均匀布设一炸药层6，炸药层6中的主体炸药为粉状乳化炸药且其高度为15～80mm。装药过程中，需保证各层炸药层6的高度和密度均匀一致。
本实施例中，在保护层5上部均匀布设炸药层6时，沿保护层5长度方向上分多段连续进行布设，即形成一呈阶梯状的炸药层6，并且分多段布设而成的多段炸药层6中的主体炸药均为粉状乳化炸药，但是多段炸药层6中主体炸药之外的添加剂可以相应进行调整，选择不同种类的炸药添加剂。
所述粉状乳化炸药的爆速≥326Om/S、爆热为4010±300kJ/kg、爆温为2656±150℃、爆压为5198±350Mpa、密度为0.90～1.26g/cm3且其猛度即铅柱压缩值≥13mm。实际操作过程中，根据覆层钛板或钛合金板1和基层钢板2的尺寸与材质及炸药性能，对覆层钛板或钛合金板1和基层钢板2之间的间隙进行对应调整。
305、在覆层钛板或钛合金板1几何中心部位正上方的炸药层6中布设引爆装置7。所述引爆装置7为雷管且所述雷管具体为8号电雷管。
步骤四、爆炸复合：点燃引爆装置7且经瞬间爆轰后，制成大规格钛/钢复合板初步产品。
步骤五、退火处理：采用热处理炉对所述大规格钛/钢复合板初步产品进行退火处理，退火温度为400～700℃且退火时间为1～6h。
步骤六、矫平处理：采用油压机对经退火处理后的所述大规格钛/钢复合板初步产品进行矫平，直至达到设计所需的平整度要求。
步骤七、后续处理：对经矫平后的钛/钢复合板初步产品进行超声波探伤、火焰切割板边、机械加工四周边和表面抛光处理以及常规性能检验后，制成大规格钛/钢复合板成品，所述大规格钛/钢复合板成品的宽度为2000～5000mm且长度为2500～10000mm。
本实施例中，最终生产出规格为6200mm×4400mm×5/40mm的大规格钛/钢复合板。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、制备大规格覆层钛板或钛合金板(1)，其制备过程如下：
101、轧制：将材质为纯钛或钛合金的钛锭置于轧机上进行单轧或叠轧，制造出厚度为3～10mm、宽度＞1800mm且长度＞3000mm的钛板或钛合金板；
102、拼焊：采用常规拼焊设备和工艺，将步骤一中所述的钛板或钛合金板对接拼焊成3120～10120mm×2580～5080mm×3～10mm的大规格钛板或钛合金板；
103、退火矫平：采用常规退火工艺和矫平工艺，对所述大规格钛板或钛合金板进行退火处理和矫平处理，使大规格钛板或钛合金板的平整度≤6mm/m，获得大规格覆层钛板或钛合金板(1)；
步骤二、对覆层钛板或钛合金板(1)进行表面抛光处理，使得其表面粗糙度Ra为0.8～12.8μm；同时，对基层钢板(2)进行常规表面打磨抛光处理，使得其表面粗糙度Ra为0.8～12.8μm，所述基层钢板(2)的尺寸为3000～10000mm×2500～5000mm×20～60mm；
步骤三、采用角度装配法对覆层钛板或钛合金板(1)和基层钢板(2)进行安装组配，其安装组配过程如下：
301、将基层钢板(2)水平铺放在地基(3)或水平操作台面上；
302、通过多个硬质金属支撑件(4)将覆层钛板或钛合金板(1)固定安装在基层钢板(2)正上方，并使得大规格覆层钛板或钛合金板(1)和基层钢板(2)间的倾斜角度为0°～30°且二者间间隙的最小值为2～18mm；
303、在覆层钛板或钛合金板(1)的上部均匀布设一层爆炸过程中保护覆层钛板或钛合金板(1)的上表面不被损坏的保护层(5)；
304、在保护层(5)上部均匀布设一炸药层(6)，炸药层(6)中的主体炸药为粉状乳化炸药且其高度为15～80mm；
305、在覆层钛板或钛合金板(1)几何中心部位正上方的炸药层(6)中布设引爆装置(7)；
步骤四、爆炸复合：点燃引爆装置(7)且经瞬间爆轰后，制成大规格钛/钢复合板初步产品；
步骤五、退火处理：采用热处理炉对所述大规格钛/钢复合板初步产品进行退火处理，退火温度为400～700℃且退火时间为1～6h；
步骤六、矫平处理：采用油压机对经退火处理后的所述大规格钛/钢复合板初步产品进行矫平，直至达到设计所需的平整度要求；
步骤七、后续处理：对经矫平后的钛/钢复合板初步产品进行超声波探伤、火焰切割板边、机械加工四周边和表面抛光处理以及常规性能检验后，制成大规格钛/钢复合板成品，所述大规格钛/钢复合板成品的宽度为2000～5000mm且长度为2500～10000mm。
2.按照权利要求1所述的一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于：步骤一中所述覆层钛板或钛合金板(1)中，钛板的材质为TA1、TA2或TA9，钛合金板的材质为ASTM B265Gr.1、Gr2、Gr7、Gr11、Gr16或Gr17。
3.按照权利要求1或2所述的一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于：步骤二中所述基层钢板(2)为碳钢板、容器板、合金钢板和不锈钢板。
4.按照权利要求1或2所述的一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于：步骤303中所述保护层(5)为黄油层、沥青层或油毛毡。
5.按照权利要求1或2所述的一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于：步骤304中所述粉状乳化炸药的爆速≥3260m/S、爆热为4010±300kJ/kg、爆温为2656±150℃、爆压为5198±350Mpa、密度为0.90～1.26g/cm3且其猛度即铅柱压缩值≥13mm。
6.按照权利要求3所述的一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于：步骤二中所述基层钢板(2)的材质为Q235B、16MnR、SS400或ASTM A516 Gr.70。
7.按照权利要求1或2所述的一种核电及火电用大规格钛/钢复合板的制备方法，其特征在于：步骤304中在保护层(5)上部均匀布设炸药层(6)时，沿保护层(5)长度方向上分多段连续进行布设。
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