CN101664851A - 一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法 - Google Patents

Abstract

一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，涉及一种钛钢复合板设备中钛和钢钎焊方法。其特征在于钎焊过程是将钛及钢材表面进行表面打磨、抛光、去除钛端面氧化膜和毛刺、去油后；以纯银焊丝作为焊料，用氦气作为保护气，进行交流氦弧焊接的。本发明的方法，采用交流氦弧钎焊的方法对钛和钢进行焊接；钛和钢的焊接接头能承受1MPa气压；焊接接头经氦检，最大漏率2×10－8Pa·m³/s；此方法可对大型钛钢复合板设备中盖板焊缝进行分区监控检查，提高设备使用寿命，保证设备使用可靠、安全；此方法操作方便，成本低、不受周围环境、焊缝长短、焊缝结构限制。

Description

一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法

技术领域

一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，涉及一种钛钢复合板设备中钛和钢钎焊方法。

技术背景

钛及钛钢复合材料已广泛应用于化工、能源、电力、航空中，尤其在化工行业中，因钛及钛钢复合材料良好的物理性能和优良的抗腐蚀性能得到广泛应用。在钛钢复合板化工设备的制作中，许多焊接接头的形式为钛和钢的搭接结构，这种接头形式不可避免要解决钛和钢的焊接问题；而钛和钢这两种金属的物理性能差异很大，钛的热导率只有钢的1/6，弹性模量只有钢的1/2，两者熔点相差130度，且铁在钛中的溶解度极低，达到0.1％就要形成金属间化合物TiFe，高温下或含铁量更高时还会形成TiFe₂，这都会使塑性严重下降，甚至产生裂纹在这种情况下无法进行熔化焊接。

目前，钛和钢之间的焊接方法，主要有压焊、过渡焊、钎焊。压焊主要在制作大规格钛钢复合板材料时应用；主要工艺是通过炸药或大型轧机提供能量，使钛和钢达到冶金结合，结合面具有一定强度；过渡焊接主要是在一些钛和钢的小型接头的连接上采用，通过钛钢复合接头，实现钛和钛、钢和钢的熔焊；钎焊是实现钛和钢焊接的一种较好的方法，它是将性能良好的钎料放置在钛和钢之间，在加热炉中加热，熔化的钎料通过毛细现象，在钛和钢的表面润湿和铺展，得到良好的焊接接头，钎焊对炉内气氛和真空度、组对间隙、钎料、工件的尺寸要求很高，在大气环境和大型复合板设备上无法实现。

发明内容

本发明的目的就是针对上述爆炸焊、压焊、过渡焊的已有技术存在的不足，提供能有效解决钛和钢在大气下焊接时的保护、表面处理、组对、焊料问题，而且操作简便、工序简单、对装配、环境和设备要求低，接头质量可靠的钛和钢交流氦弧钎焊的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其特征在于钎焊过程是将钛及钢材表面进行表面打磨、抛光、去除钛端面氧化膜和毛刺、去油后；以纯银焊丝作为焊料，用氦气作为保护气，进行交流氦弧焊接的。

本发明的一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其特征在于所述的作为保护气的氦气为的纯度99.99％，焊接气体流量控制在15L/min，焊枪为19mm陶瓷双层网焊枪。

本发明的一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其特征在于钎焊钛和钢之间的焊接间隙0-0.3mm。

本发明的方法，采用交流氦弧钎焊的方法对钛和钢进行焊接；钛和钢的焊接接头能承受1MPa气压；焊接接头经氦检，最大漏率2X10-8Pa.m3/s；此方法可对大型钛钢复合板设备中盖板焊缝进行分区监控检查，提高设备使用寿命，保证设备使用可靠、安全；此方法操作方便，成本低、不受周围环境、焊缝长短、焊缝结构限制。

具体实施方式

一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其钎焊过程的步骤包括：

(1)表面氧化膜的处理：氧化膜的存在影响焊料的润湿和填缝能力，因此去除金属表面氧化膜是钛和钢在高温焊时的首要问题。本技术在焊接前对钛及钢材表面用50粒树脂砂轮进行表面打磨，再用100粒砂纸抛光，清理宽度不小于50mm，钛端面用刮刀去除氧化膜和毛刺，露出金属光泽即可，再用丙酮擦拭去油；这样处理能消除金属表面氧化膜、油污对钎焊接头质量的影响；本发明的方法采用交流电源作为能量输入，交流焊接的特点具有阴极清理作用，在焊接过程中能去除母材表面的氧化膜，使焊料与充分润湿，铺展良好。

(2)焊接热源：钎焊的方法，要求焊接过程中，低熔点的钎料熔化，而母材不熔化，熔化的钎料通过毛细作用在母材表面润湿和铺展，得到钎焊接头，钎焊过程中如果焊接热量控制不好，一旦引起母材熔化，那么母材与钎料会形成不稳定的合金相，严重影响焊接接头质量。所以钎焊对焊接热量和温度的控制很关键。本发明的方法，焊接采用交流电源作为能量输入，交流电源的特性电弧发散不过度集中，但输入热量足够，在钎料熔化的同时，保证母材不熔化，使钎料在母材表面得到充分的铺展和润湿，得到良好的焊接接头。

(3)焊接保护问题，钛和钢的钎焊一般在0.133Pa或更高的真空炉或在纯度为99.99％的充氩炉中实施，主要由于氧在液态银具有很大的溶解度，当焊后冷却过程中，液态银转变为固态时，氧在银中的溶解度迅速降低，此时固溶体中析出的氧残留在焊缝中，促使形成气孔缺陷；而钛在500度以上也会严重氧化，表面形成致密氧化膜，使焊料的润湿性和铺展能力降低。本发明的方法，在解决时，选用氦气作为保护气，在惰性气氛下焊接能抑制母材和焊料的氧化，还可以提高电弧的能量，对母材起到良好预热作用，同时补充交流焊接电弧发散损失的热量。

(4)焊料的选择，钎料的选择很重要，一般要首先考虑钎焊的部位工作条件及要求，其次考虑母材的特性；另外还要考虑接头的形式、焊接部位的厚度等，本技术在采用直流氩弧焊时选择含量为99.95％的纯银焊丝作为焊料，银对钛的润湿性很好，在钎缝界面区形成金属间化合物TiAg，这种金属间化合物与钛及其他金属间化合物相比不算太硬，而银和钢的润湿性也很好，特别适合钎焊稳定化元素的钢，选用纯银丝既满足使用又易于加工。

(5)焊接装配，钛和钛合金的热导率大约只有钢的1/6，弹性模量只有钢的1/2，因而在焊接时容易产生变形，在真空炉和充氩炉中对钛和钢进行钎焊时，钛和钢的间隙要求在特殊的工装定位状态下，控制在0.2mm以下。本技术钛和钛之间采用直流氩弧焊熔焊的方式，钛和钢之间采用交流氦弧焊钎焊方式，根据结构采用先焊接钛和钛，起到定位和控制间隙的作用，一般钛和钢间隙在0-0.3mm之间均可，定位后再进行钛和钢的钎焊。

实施例1

焊接结构为钛盖板和钛钢复合板的焊接，钛和钢焊接步骤包括：

步骤一、焊前表面处理：在焊接前对焊接材料钛和钛/钢复合板对接焊缝内表面进行清理，对钛及钢材表面用50粒树脂砂轮进行表面清理，再用100粒砂纸抛光，清理宽度不小于50mm，钛端面用刮刀去除氧化膜和毛刺，露出金属光泽，再用丙酮擦拭去油；这样在焊接时能减少氧化膜及油污对钎焊接头质量的影响。

步骤二、焊接组对：焊接表面处理完后，对工件进行组对，将钛板放置在钛/钢复合板对接钢焊缝内表面上，钛板和钢板之间间隙控制在0.3mm左右，钛盖板和钛复层之间控制1mm，钛盖板与钛复层之间每距离150mm进行点焊，点焊长度20mm。

步骤三、钛熔焊，焊接时先进行钛盖板和钛复层的焊接，焊接采用直流氩弧焊的方式，焊接两遍，第一遍自熔，焊接电流90A，电压10V，焊接速度120mm/min。第二遍加钛丝焊接，焊接电流120A，电压12V，焊接速度100mm/min，得到良好的钛焊缝，焊后100％PT检查合格。

步骤四、银钎焊，在钛熔焊焊缝检验合格后，对钛和钢进行焊接，钛和钢之间焊接时焊枪偏向钢面，在离焊缝中心区4mm左右位置，焊枪离工件距离3-4mm，银焊丝采用断续送丝方式，在填入熔池时保证在枪体保护范围内，焊接时注意观察焊丝熔化状态，待焊料熔化并在母材表面铺展后再添加焊料，焊接过程要连续。焊接电流140A，电压14V，焊接速度100mm/min。

实施例2

以复合板反应釜设备中钢芯轴外包覆钛端部密封结构焊接为例；焊接步骤如下：

步骤一、焊前表面处理：在焊接前对焊接材料钛松衬管和钢芯轴进行表面清理，对钛及钢材表面用50粒树脂砂轮进行表面清理，再用100粒砂纸抛光，清理宽度不小于50mm，钛端面用刮刀去除氧化膜和毛刺，露出金属光泽，再用丙酮擦拭去油；这样在焊接时能减少氧化膜及油污对钎焊接头质量的影响。步骤二、焊接组对：焊接表面处理完后，对工件进行组对，将钛松衬管套在钢芯轴表面，保证钛管与芯轴之间间隙小于0.3mm，钛管和刚芯轴之间沿圆周方向间隔100mm用交流氦弧焊加银丝点焊固定，同时控制钛管和钢芯轴之间间隙控制在0.3mm左右，点焊长度20mm。

步骤三、焊接：以上工作结束后，再用丙酮对焊接区域进行擦拭，然后进行钛衬管和钢芯轴的焊接，焊接时焊枪偏向钢面，在离焊缝中心区4mm左右位置，焊枪离工件距离3-4mm，银焊丝采用断续送丝方式，在填入熔池时保证在枪体保护范围内，焊接时注意观察银焊丝熔化状态，待银焊料熔化并在母材表面铺展后再添加焊料，焊接过程要连续。

Claims (3)

1.一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其特征在于钎焊过程是将钛及钢材表面进行表面打磨、抛光、去除钛端面氧化膜和毛刺、去油后；以纯银焊丝作为焊料，用氦气作为保护气，进行交流氦弧焊接的。

2.根据权利要求1所述的一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其特征在于所述的作为保护气的氦气为的纯度99.99％，焊接气体流量控制在15L/min，焊枪为19mm陶瓷双层网焊枪。

3.根据权利要求1所述的一种钛和钢交流氦弧钎焊的方法，其特征在于钎焊钛和钢之间的焊接间隙0-0.3mm。