CN102500900A - 异种金属板材松衬的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异种金属板材松衬的制备方法，该方法为：一、对钢板母材的焊缝区进行机械打磨抛光，除去氧化膜；二、采用抛光或酸洗方法对松衬复层母材焊缝区进行处理；三、将处理后的松衬复层母材的焊缝区和机械打磨抛光后的钢板母材的焊缝区对齐，并采用定位件将松衬复层母材和钢板母材固定在一起；四、将松衬复层母材和钢板母材置于电阻缝焊机的上滚轮和下滚轮之间，采用电阻缝焊对松衬复层母材和钢板母材进行焊接。本发明工序步骤简单，制造成本较低，机械化程度高，操作方便，易于获得高强度的焊缝，在某些工况下可以替代爆炸复合板应用于石油化工、制药、冶金及电力中镍、铜、钛、锆、钽、铌与钢复合板设备的制造。

Description

异种金属板材松衬的制备方法

技术领域

本发明属于板材松衬制造及焊接成形技术领域，具体涉及一种异种金属板材松衬的制备方法。

背景技术

随着海洋工程、石油化工、制药工程的快速发展，设备腐蚀环境的要求使得镍、铜、钛、锆、钽、铌等有色金属及其合金被广泛应用于装备制造中来。但这些有色材料价格高导致设备成本很高；因此，在实际应用中多采用镍、铜、钛、锆、钽、铌等有色金属板材与钢板的爆炸复合钢板来替代这些有色金属板材。同时，随着人们对环境保护的日益重视；我国要求火力发电站的废气必须进行脱硫后才能无污染排放入大气中。因此，大量的钛/钢复合板又被应用到我国火力发电站烟囱材料的升级换代中来。

目前，国内外采用的镍、铜、钛、锆、钽、铌等有色金属板材与钢板的复合板多采用爆炸复合技术成形。该技术在爆炸时将产生非常大的噪音和气浪。因此，爆炸复合过程往往在野外进行，工作环境较差，劳动机械化落后，制造成本高；且往往因天气原因影响生产周期。同时，采用炸药作为能源导致在爆炸复合板生产过程中安全性要求非常高。

铜、钛、锆、钽、铌等有色金属板材与钢板的爆炸复合，复合板有色金属的复层厚度下限较大，难以完成厚度小于2mm复层的爆炸结合。当两种材料硬度差异较大，如锆、钽、铌与碳钢爆炸时往往需加中间层过渡。且复层与基础厚度比值不复合要求时也难以实现爆炸成形。

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的不足，提供一种异种金属板材松衬的制备方法。该方法适用于石油化工、制药、冶金及电力中镍、铜、钛、锆、钽、铌等有色金属与钢松衬复合板设备的制造。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对钢板母材的焊缝区进行机械打磨抛光，除去氧化膜；

步骤二、采用抛光或酸洗方法对松衬复层母材焊缝区进行处理；

步骤三、将步骤二中处理后的松衬复层母材的焊缝区和步骤一中机械打磨抛光后的钢板母材的焊缝区对齐，并采用定位件将松衬复层母材和钢板母材固定在一起；

步骤四、将步骤三中固定在一起的松衬复层母材和钢板母材置于电阻缝焊机的上滚轮和下滚轮之间，采用电阻缝焊对松衬复层母材和钢板母材进行间隔焊接，焊接时控制相邻两条焊缝之间的距离为80mm～200mm，得到异种金属板材松衬。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，步骤一中所述钢板母材的厚度为3mm～20mm。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，步骤二中所述松衬复层母材的厚度为0.8mm～6mm。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，步骤三中所述定位件为卡具或螺柱。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，步骤三中所述松衬复层母材和钢板母材之间设置有钎料箔材。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，所述钎料箔材的厚度为0.05mm～0.5mm。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，所述钎料箔材通过点焊方式焊接于松衬复层母材上，所述点焊的两个相邻焊点之间的距离为150mm～250mm，焊点的直径为2mm～5mm。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，步骤四中所述上滚轮与松衬复层母材之间设置有银箔。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，所述银箔的厚度为0.05mm～1mm。

上述的异种金属板材松衬的制备方法，步骤四中所述焊接过程中采用质量纯度不小于99.99％的氩气对上滚轮与松衬复层母材的接触区域进行保护。

本发明的钎料箔材成分根据钢板母材和松衬复层母材的合金成分确定，钢板与镍、铜合金之间可以不采用钎料或采用Cu-Sn-Ni基、Ag-Cu-Zn-Ni基钎料箔材；钢板与钛合金、锆合金之间采用Ag-Cu基、Cu-Ti-Sn-Ag、Ti基和Zr基非晶态钎料箔材；钢板与钽合金、铌合金之间采用纯Ni、纯Cu、Cu-Ni基或Ni-Cr基钎料箔材。

本发明在缝焊过程中，由于工件间的接触电阻大，电流通过松衬复层母材和钢板母材之间产生电阻热，从而形成熔核。同时，在焊接过程中通过滚轮电极给工件一定压力。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明工序步骤简单，制造成本较低，机械化程度高，操作方便，易于获得高强度的焊缝，在某些工况下可以替代爆炸复合板应用于石油化工、制药、冶金及电力中镍、铜、钛、锆、钽、铌与钢复合板设备的制造，如压力要求不是很高的换热器，反应釜，搅拌器的壳体材料，以及火力发电站中烟囱材料。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1焊接的结构示意图。

图2为本发明实施例2焊接的结构示意图。

图3为本发明实施例3焊接的结构示意图。

附图标记说明：

1-松衬复层母材；    2-钢板母材；    3-焊缝；

4-上滚轮；    5-下滚轮；    6-钎料箔材；

7-银箔。

具体实施方式

实施例1

松衬复层母材：铜镍合金，材质为HSn62-1；厚度为2mm；

钢板母材：材质为Q345R，厚度为6mm；

焊接结构如图1；

步骤一、采用砂轮打磨钢板母材2的焊缝区，然后用千叶轮抛光除去焊缝区氧化膜；

步骤二、采用千叶轮抛光松衬复层母材1焊缝区，并用丙酮或无水乙醇擦拭焊缝区50mm范围内；

步骤三、将步骤二中处理后的松衬复层母材1的焊缝区和步骤一中机械打磨抛光后的钢板母材2的焊缝区对齐，并采用卡具将松衬复层母材1和钢板母材2固定在一起；

步骤四、将步骤三中固定在一起的松衬复层母材1和钢板母材2置于电阻缝焊机的上滚轮4和下滚轮5之间，采用电阻缝焊对松衬复层母材1和钢板母材2进行间隔焊接，焊接时控制相邻两条焊缝3之间的距离为80mm，得到异种金属板材松衬；焊前应保证母材有很好光洁度，无氧化物、油污等，使得母材与滚轮的接触电阻尽可能小；焊接电极滚轮(即上滚轮4和下滚轮5)为铜锆合金，滚轮外径为250mm，滚轮宽度为4.5mm；焊接电流15kA，焊接电压4V，焊接速度14mm/min，电极压力为1.0kN。

对本实施例焊接后的异种金属板材松衬进行100％PT检验，未发现裂痕，并对焊缝进行剪切试验，试验结果表明焊缝接头剪切强度达到180MPa以上。

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：松衬复层母材的厚度为6mm，钢板母材的厚度为20mm。

实施例3

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：松衬复层母材的厚度为0.8mm，钢板母材的厚度为3mm。

实施例4

松衬复层母材：钛合金，材质为TA2，厚度为1mm；

钢板母材：材质为Q345R，厚度为3mm；

钎料箔材：材质为Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni，厚度为0.05mm；

焊接结构如图2；

步骤一、采用砂轮打磨钢板母材2的焊缝区，然后用千叶轮抛光除去焊缝区氧化膜；

步骤二、常温下将松衬复层母材1置于酸洗液中酸洗20min，然后用水清洗后风干；所述酸洗液由氢氟酸、硝酸和水按照1∶10∶40的体积比混合配制而成，氢氟酸和硝酸均为分析纯试剂；

步骤三、将钎料箔材6置于松衬复层母材1上，用点焊方式每间隔200mm点焊一直径为4mm的焊点，点焊时尽量保证钎料箔材6与松衬复层母材1表面贴紧，不得有钎料鼓起现象；然后将点焊有钎料箔材6的松衬复层母材1的焊缝区和步骤一中机械打磨抛光后的钢板母材2的焊缝区对齐，使钎料箔材6位于松衬复层母材1与钢板母材2之间，并采用螺柱将松衬复层母材1和钢板母材2固定在一起；

步骤四、将步骤三中固定在一起的松衬复层母材1和钢板母材2置于电阻缝焊机的上滚轮4和下滚轮5之间，采用电阻缝焊对松衬复层母材1和钢板母材2进行间隔焊接，焊接时控制相邻两条焊缝3之间的距离为200mm，得到异种金属板材松衬；焊接过程中采用质量纯度不小于99.99％的氩气对上滚轮4与松衬复层母材1的接触区域进行保护；焊接电极滚轮(即上滚轮4和下滚轮5)为铜锆合金，滚轮外径为250mm，滚轮宽度为4.5mm；焊接电流0.85kA，焊接电压4V，焊接速度16mm/min，电极压力为1.5kN。

本实施例焊接后的钛板表面呈淡金黄色，对焊接后的异种金属板材松衬进行100％PT检验，未发现裂痕，并对焊缝进行剪切试验，试验结果表明焊缝接头剪切强度达到280MPa以上。

实施例5

本实施例与实施例4相同，其中不同之处在于：松衬复层母材的厚度为0.8mm，钢板母材的厚度为10mm；酸洗液由氢氟酸、硝酸和水按照1∶9∶10的体积比混合配制而成；钎料箔材的厚度为0.5mm；相邻两个焊点之间的距离为150mm，焊点直径为2mm。

实施例6

本实施例与实施例4相同，其中不同之处在于：松衬复层母材的厚度为6mm，钢板母材的厚度为20mm；酸洗液由氢氟酸、硝酸和水按照1∶10∶20的体积比混合配制而成；钎料箔材的厚度为0.2mm；相邻两个焊点之间的距离为250mm，焊点直径为5mm。

实施例7

松衬复层母材：钽合金，材质为Ta2.5W，厚度为0.8mm；

钢板母材：材质为S30403，厚度为3mm；

钎料箔材：材质为Cu-30Ni-5Cr，厚度为0.05mm；

银箔：材质为纯银，厚度为0.05mm，宽度为60mm(可反复使用15-20次，然后回收)；

焊接结构如图3；

步骤一、采用砂轮打磨钢板母材2的焊缝区，然后用千叶轮抛光除去焊缝区氧化膜；

步骤二、常温下将松衬复层母材1置于酸洗液中酸洗50s，然后用水清洗后风干；所述酸洗液由氢氟酸、硝酸、硫酸和水按照2∶5∶8∶10的体积比混合配制而成，氢氟酸、硝酸和硫酸均为分析纯试剂；

步骤三、将钎料箔材6置于松衬复层母材1上，用点焊方式每间隔200mm点焊一直径为5mm的焊点，点焊时尽量保证钎料箔材6与松衬复层母材1表面贴紧，不得有钎料鼓起现象；然后将点焊有钎料箔材6的松衬复层母材1的焊缝区和步骤一中机械打磨抛光后的钢板母材2的焊缝区对齐，使钎料箔材6位于松衬复层母材1与钢板母材2之间，采用卡具将松衬复层母材1和钢板母材2固定在一起；

步骤四、将步骤三中固定在一起的松衬复层母材1和钢板母材2置于电阻缝焊机的上滚轮4和下滚轮5之间，在上滚轮4与松衬复层母材1之间放置用于保护松衬复层母材1表面不产生压痕并加快松衬复层母材1焊缝区的导热防止焊缝区氧化的银箔7，最后采用电阻缝焊对松衬复层母材1和钢板母材2进行间隔焊接，焊接时控制相邻两条焊缝3之间的距离为150mm，得到异种金属板材松衬；焊接过程中采用质量纯度不小于99.99％的氩气对上滚轮4与松衬复层母材1的接触区域进行保护；焊接电极滚轮(即上滚轮4和下滚轮5)为铜锆合金，滚轮外径为250mm，滚轮宽度为5.0mm；焊接电流0.45kA，焊接电压4V，焊接速度10mm/min，电极压力为2.0kN。

本实施例焊接后的钽材表面几乎无氧化，对焊接后的异种金属板材松衬进行100％PT检验，未发现裂痕，并对焊缝进行剪切试验，试验结果表明焊缝接头剪切强度达到180MPa以上。

实施例8

本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：松衬复层母材的厚度为6mm，钢板母材的厚度为20mm；钎料箔材的厚度为0.5mm；相邻两个焊点之间的距离为150mm，焊点直径为3mm；银箔的厚度为1mm。

实施例9

本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：松衬复层母材的厚度为5mm，钢板母材的厚度为10mm；钎料箔材的厚度为0.2mm；相邻两个焊点之间的距离为250mm，焊点直径为2mm；银箔的厚度为0.5mm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据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 (10)

1.一种异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对钢板母材(2)的焊缝区进行机械打磨抛光，除去氧化膜；

步骤二、采用抛光或酸洗方法对松衬复层母材(1)焊缝区进行处理；

步骤三、将步骤二中处理后的松衬复层母材(1)的焊缝区和步骤一中机械打磨抛光后的钢板母材(2)的焊缝区对齐，并采用定位件将松衬复层母材(1)和钢板母材(2)固定在一起；

步骤四、将步骤三中固定在一起的松衬复层母材(1)和钢板母材(2)置于电阻缝焊机的上滚轮(4)和下滚轮(5)之间，采用电阻缝焊对松衬复层母材(1)和钢板母材(2)进行间隔焊接，焊接时控制相邻两条焊缝(3)之间的距离为80mm～200mm，得到异种金属板材松衬。

2.根据权利要求1所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钢板母材(2)的厚度为3mm～20mm。

3.根据权利要求1所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，步骤二中所述松衬复层母材(1)的厚度为0.8mm～6mm。

4.根据权利要求1所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，步骤三中所述定位件为卡具或螺柱。

5.根据权利要求1所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，步骤三中所述松衬复层母材(1)和钢板母材(2)之间设置有钎料箔材(6)。

6.根据权利要求5所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，所述钎料箔材(6)的厚度为0.05mm～0.5mm。

7.根据权利要求5所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，所述钎料箔材(6)通过点焊方式焊接于松衬复层母材(1)上，所述点焊的两个相邻焊点之间的距离为150mm～250mm，焊点的直径为2mm～5mm。

8.根据权利要求1所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，步骤四中所述上滚轮(4)与松衬复层母材(1)之间设置有银箔(7)。

9.根据权利要求8所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，所述银箔(7)的厚度为0.05mm～1mm。

10.根据权利要求1所述的异种金属板材松衬的制备方法，其特征在于，步骤四中所述焊接过程中采用质量纯度不小于99.99％的氩气对上滚轮(4)与松衬复层母材(1)的接触区域进行保护。

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