CN102896404A

CN102896404A - 层压金属复合坯料的制备方法

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Publication number: CN102896404A
Application number: CN2012103683006A
Authority: CN
Inventors: 张晓力; 陈振业; 胡志刚; 刘宏强; 张雲飞; 李俊慧; 杨跃辉; 熊自柳
Original assignee: Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Hebei Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102896404B

Abstract

本发明公开了一种层压金属复合坯料的制备方法，其步骤为：（1）根据要求准备金属板坯作为基材和覆材；（2）清理基材和覆材的待复合面，然后在基材和覆材的待复合面的四边分别加工焊接坡口；（3）在基材或覆材上打深孔和通孔，深孔配置有可将其密封的塞棒；（4）将基材和覆材的待复合面扣合叠放，然后沿焊接坡口对基材和覆材进行焊接；（5）通过通孔抽真空，然后将塞棒完全塞入深孔，使深孔和通孔均实现密封，最后停止抽真空即可得到所述的金属复合坯料。本方法不用建造大型真空室及相关设备就能得到生产层压金属材料所需的复合坯料，具有投资成本少的特点。本发明工艺简单，生产效率高，产品完全达到轧制复合板所需复合坯料的要求。

Description

层压金属复合坯料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属复合材料的制备方法，尤其是一种层压金属复合坯料的制备方法。

背景技术

金属层状复合材料是由两层或者两层以上不同性质的金属复合而成。通过对层板组分的合理选择以及适当的加工工艺，可以获得满足不同需求的金属层状复合材料。金属层状复合材料有节约贵金属、生产成本低、综合性能优良等特点，在航空航天、石油化工、冶金、汽车、造船、电力、医药卫生、环境保护、核能以及家用电器等领域具有广泛的应用前景。

目前国内外主要采用爆炸法生产金属复合板（金属复合材料），并且技术已经相当成熟，但是爆炸法存在着以下不可避免的缺点：爆炸大多在野外露天进行, 机械化程度低、劳动条件差, 并受气候限制, 爆炸时产生的噪音和振动对周围环境也有影响；爆炸面积不能过大，且不能连续生产，因此产量很小、生产率比较低。

日本JFE公司现在已经成熟应用轧制复合的方法生产金属复合材料，其工艺思路为：坯料表面处理→坯料的电子束焊接（大型真空室内）→加热→轧制→热处理。但是这种工艺存在设备投资大、生产效率低的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、效率高的层压金属复合坯料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取步骤为：

（1）根据要求准备金属板坯作为基材和覆材；

（2）清理基材和覆材的待复合面，然后在基材和覆材的待复合面的四边分别加工焊接坡口；

（3）在基材或覆材的侧面打两个深孔，两深孔均配置有可将其密封的塞棒；然后在打有深孔的基材或覆材上打上下贯通该基材或覆材的通孔；所述的通孔穿过两深孔，且通孔的孔径小于两深孔的孔径；

（4）将基材和覆材的待复合面扣合叠放，然后沿焊接坡口对基材和覆材进行焊接；

（5）将两塞棒的前端分别塞入两深孔内，使深孔处于密封状态且通孔处于开通状态；通过通孔抽真空，然后将两塞棒完全塞入两深孔，使深孔和通孔均实现密封，最后停止抽真空即可得到所需的金属复合坯料。

本发明所述步骤（3）中的两个深孔均位于水平方向，且两个深孔的中心线处于同一垂直面；所述的通孔位于垂直方向。

本发明所述步骤（3）中的两个深孔均为内部孔径较小的阶梯形孔；所述塞棒为与深孔过盈配合的阶梯形。

本发明所述步骤（4）之前还包括下述步骤：

A、用铣床打磨基材和覆材的焊接坡口，再用磨床将基材和覆材的待复合面打磨；

B、用铣床在基材的待复合面上铣出“米”字型沟槽；

C、用丙酮溶液对基材和覆材的待复合面进行擦洗，以除去残留的油类物质；再用稀盐酸清洗基材和覆材的待复合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材和覆材的待复合面，凉风吹干。

本发明上述步骤A中，经磨床打磨后的基材和覆材待复合面粗糙度要求为Ra≤12.5μｍ；所述步骤B中沟槽深度为2～3mm。

本发明所述步骤（5）中，抽真空至绝对真空度达到2×10^-2Pa。

本发明所述步骤（2）中待复合面的清理步骤为：先用喷丸机打掉待复合面的氧化铁皮，再用铣床将待复合面加工至表面光洁平整。

本发明所述步骤（2）中的坡口深30mm，角度为30°。

本发明所述步骤（5）中深孔和通孔均实现密封后，利用与通孔过盈配合的密封棒将通孔上部密封。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过金属板坯上打孔，将金属板坯焊接在一起形成复合坯料，再对复合坯料中间的复合腔体抽真空，达到所要求的真空度后密封，即可得到金属复合坯料；得到的金属复合坯料再经过加热、轧制，即可得到金属复合板。

本发明不用建造大型真空室及相关设备就能得到生产层压金属材料所需的复合坯料，具有投资成本少的特点。本发明工艺简单，生产效率高，产品完全达到轧制复合板所需复合坯料的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中基材和覆材焊接后的结构示意图；

图2是本发明中基材和覆材抽真空密封后的结构示意图；

图3是本发明中深孔和塞棒的结构示意图；

图4是本发明中深孔和塞棒的配合示意图。

图中，1覆材；2深孔；3通孔；4塞棒；5焊缝；6基材；7、密封棒。

具体实施方式

本层压金属复合坯料的制备方法采用下述工艺步骤：

（1）基材和覆材的准备工序：根据成品金属复合板的要求准备同种或异种金属板坯作为基材和覆材，两块板坯厚度根据成品厚度计算而得，两块板坯的长度和宽度基本一致。

（2）基材和覆材的加工工序：先用喷丸机打掉金属板坯（基材和覆材）待复合面的氧化铁皮；使用铣床对金属板坯待复合面的表面进行加工，具体加工深度以表面光洁平整为准，一般约为3～6 mm；在基材和覆材的待复合面的四边分别采用火焰切割方法（或坡口机）加工出深30mm、成30°角的坡口。

（3）基材或覆材的打孔：图1所示，在覆材1的侧面打两个位于水平方向深孔2，两个深孔2的中心线处于同一垂直面；两深孔2均配置有可将其密封的塞棒4；然后在覆材1上打上下贯通该覆材的通孔3，所述的通孔3位于垂直方向并穿过两深孔；为使塞棒4完全塞入深孔2的同时能将通孔3密封，通孔3的孔径小于两深孔2的孔径。上述的深孔和通孔还可位于基材6之上，只要能满足上述配合要求。

深孔可采用圆柱形孔、方柱形孔等，塞棒与之相配合；最好采用下述结构的深孔和塞棒：图3、图4所示，所述的两个深孔2均为内部孔径大于外部孔径阶梯形，所述塞棒4为与深孔2过盈配合的阶梯形。采用这样的深孔2和塞棒4结构，能使塞棒4更容易塞进深孔2的同时，保证塞棒对深孔2和通孔3的密封，以防止抽真空时漏气。

（4）待复合面加工及清洗工序：用铣床打磨基材和覆材的坡口；为使得到的金属复合坯料在后续的加热、轧制金属复合材料时基材和覆材更好地结合在一起，用磨床对基材和覆材的待复合面进行打磨，控制表面粗糙度Ra≤12.5μｍ。为了达到更佳的抽真空效果，用铣床在基材的待复合面上铣出“米”字型沟槽，沟槽深度为2～3mm。然后用丙酮溶液对基材和覆材的待复合面进行擦洗，以除去残留的油类物质；再用稀盐酸清洗基材和覆材的待复合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材和覆材的待复合面，凉风风干即可进入下一步的焊接工序。

（5）将基材和覆材的待复合面扣合叠放，然后沿焊接坡口对基材和覆材的四周进行多层多道焊接，根据基材和覆材的材质选择不同的焊接工艺，焊接质量要求符合二级探伤要求。焊接后如图1所示，在基材6和覆材1复合面的四周均为焊缝5。

下面以304不锈钢和Q235A为例来说明焊接工艺：

A、材质：Q235A：250×2000×4000 mm；304不锈钢：250×2000×4000 mm；304不锈钢和Q235A均经上述工序处理。

B、要求：两块金属板坯上下对齐，四周焊在一起，要求两块板间的腔体密封密封性能良好，焊接质量复合二级探伤要求；

C、焊接坡口：焊缝坡口60°，坡口深30mm,焊前清理干净坡口根部及坡口表面的氧化皮和切割渣；

D、焊接方式：先用氩弧焊打底层，填充层及盖面层采用CO₂气体保护焊；

E、氩弧焊：

焊丝牌号：H1Cr25Ni13，焊丝直径：3.2～4.0mm，焊接电流：80～140A，电弧电压：22～24V，气体流量：8～10L/min，电源极性：直流反接；

F、CO₂气体保护焊：

焊丝牌号：H1Cr24Ni13，焊丝直径：1.2～1.6mm，焊接电流：200～450A，电弧电压：23～43V，气体流量：15～25L/min；

G、焊接顺序：宽度－长度

H、注意事项：填满坡口需焊接5～6层，每一个填充层中，焊缝的不同道之间，下一道焊缝要覆盖上一道焊缝的1/3～1/2；焊完每一层焊缝，要清理干净才能继续进行一下层焊接；打底焊完一周后，在宽度一端焊第2、3两层，然后在宽度的另一端焊第2、3、4三层；长度一端焊第2、3两层，长度另一端焊2、3、4三层，最后按顺序焊接完所有的焊缝。

（6）抽真空及密封工序：图1、图2所示，将两塞棒4的前端分别塞入两深孔2内，使深孔2处于密封状态且通孔3处于开通状态；在通孔3上焊接钢管，钢管连通真空泵，抽真空至绝对真空度达到2×10^-2Pa，真空泵继续工作，用强力锤击侧端两个塞棒4使之在平行前进的过程中堵住通孔3，从而使深孔2和通孔3均实现密封，最后停止抽真空。将通孔上焊接的钢管去除，用密封棒7将通孔3上部密封，即可得到如图2所示的本金属复合坯料。得到的金属复合坯料即可利用常规的加热、轧制方法得到性能优良的金属复合材料。

Claims

1.一种层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于，其步骤为：（1）根据要求准备金属板坯作为基材和覆材；

（5）将两塞棒的前端分别塞入两深孔内，使深孔处于密封状态且通孔处于开通状态；通过通孔抽真空，然后将两塞棒完全塞入两深孔，使深孔和通孔均实现密封，最后停止抽真空即可得到所述的金属复合坯料。

2.根据权利要求1所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的两个深孔均位于水平方向，且两个深孔的中心线处于同一垂直面；所述的通孔位于垂直方向。

3.根据权利要求2所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的两个深孔均为内部孔径较小的阶梯形；所述塞棒为与深孔过盈配合的阶梯形。

4.根据权利要求1、2或3所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）之前还包括下述步骤：

B、用铣床在基材的待复合面上铣出“米”字型沟槽；

5.根据权利要求4所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，经磨床打磨后的基材和覆材待复合面粗糙度要求为Ra≤12.5μｍ；所述步骤B中沟槽深度为2～3mm。

6.根据权利要求1、2或3所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，抽真空至绝对真空度达到2×10^-2Pa。

7.根据权利要求1、2或3所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中待复合面的清理步骤为：先用喷丸机打掉待复合面的氧化铁皮，再用铣床将待复合面加工至表面光洁平整。

8.根据权利要求1、2或3所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的坡口深30mm，角度为30°。

9.根据权利要求1、2或3所述的层压金属复合坯料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中深孔和通孔均实现密封后，利用与通孔过盈配合的密封棒将通孔上部密封。