CN103785962B - 一种钛-钢复合板全透焊接方法 - Google Patents

一种钛-钢复合板全透焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛钢复合板全透焊接方法。采用钒作为钛钢复合板复合界面的中间过渡层，实现钛钢复合板全焊透。钛钢复合板的焊接工序为钢基层的清理，钢基层的焊接，钢基层的焊缝清理和检验，中间过渡层的坡口清理，中间过渡层的焊接，中间过渡层焊缝的清理和检验，钛覆层的焊前清理，钛覆层的焊接，钛覆层的焊后清理和检验，焊缝接头力学性能测试。本发明可以实验钛钢复合板的全透焊接，焊缝接头没有无熔合现象，焊缝质量好，焊缝成型美观，解决了钛钢复合板焊接无法实现全焊透的难题。

Description

一种钛-钢复合板全透焊接方法
技术领域
本发明涉及一种钛钢复合板的焊接方法，特别是一种钛钢复合板焊接实现全透焊接方法，属于焊接工艺领域。
背景技术
异种金属复合板材的性能功能化和较低的成本及应用范围广泛，提高了传统金属材料的发展潜力。稀有金属复合板材增长速度依然较快，随着国家环保产业政策实施力度的加强，有色金属复合板材在电力烟气脱硫设备的应用持续增长，同时化工行业的投资国产化程度大大加快，也为有色金属材料的发展提供了良好发展机遇，国家产业政策的支持、较高的技术壁垒、产业升级的需求拉动为行业的发展提供了广阔空间。但是由于使用复合板的构件逐渐变多，复合板的焊接问题急需得到解决。
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。但由于钛具有高熔点，热熔大，导热性差以及化学活性高等特殊性质，它的焊接性能远不及钢材的焊接性能，钛是一种活性金属，常温下能与氧化成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性。但是在540℃以上生成的氧化膜就不致密。高温下钛与氧、氮、氢反应速度较快，钛在300℃以上快速吸氢，600℃快速吸氧，700℃以上快速吸氮。在空气中钛的氧化过程很容易进行。
异种金属间的焊接主要取决于他们的物理性性能和化学结晶性能的差异。钛和钢的密度，线膨胀系数和热导率相差都比较大，容易引起不易消除的热应力，会产生很大的焊接变形。从钛钢二元相图可以知道，铁在α-Ti中溶解度极低，常温下为0.05%～0.1%。当Fe含量超过0.1%，则会产生金属间化合物TiFe和TiFe2。金属间化合物是脆性相，焊缝强度得到提高，但是塑形会急剧下降，对焊缝的力学性能产生负面影响。
由于钛和铁之间易形成TiFe和TiFe2脆性化合物，因此钛钢复合板焊接时，要通过结构设计和合理的的焊接参数选择才能实现钛覆层和钢基层的互不熔合，即钛和钛，钢和钢各自进行焊接。
经检索，目前没有使用钒作为中间过渡层的达到钛钢复合板全焊透的焊接方法。
发明内容
本发明专利要解决的技术问题是提供一种钛钢复合板的全透焊接方法，该方法采用钒作为中间过渡层进行焊接，实现了钛钢复合板全焊透，焊缝成型美观且焊接接头没有未熔合现象。
为了实现上述目的本发明的技术解决方案是：
一种钛钢复合板全焊透焊接方法，采用钒作为中间过渡层，焊接顺序是先焊接钢基层，再焊接中间过渡层，最后焊接钛覆层；具体步骤如下：
1）钛覆层开坡口
将钛钢复合板的钛覆层铣去宽为2mm，厚度为钛覆层厚度+0.5mm厚的坡口；
2）钢基层清理
焊接前将钛覆层的坡口和待焊区域周围进行清理；
3）钢基层的焊接
钛钢复合板的装配间隙为0～0.5mm，焊前将钛钢复合板预热到100～120℃，钢基层使用等离子焊接施焊；
4）钢基层焊缝背面清理
钢基层等离子焊缝背面留有余高，焊后将背面余高机加工平整，并对钛覆层的坡口进行清理；
5）中间过渡层钒的焊接
焊接方法采用钨极氩弧焊，在钛覆层的坡口处堆焊0.5~1mm厚的钒丝；
6）钛覆层的焊接
将钛钢复合板预热到150℃，采用熔化极气体保护焊在中间过渡层钒上堆焊一层钛合金直至盖满整个坡口。
本发明的专业术语解释如下：
钛钢复合板：用轧制，爆炸或爆炸-轧制方法使钛覆层和钢基层达到冶金结合的金属复合板。
钛覆层：金属复合板中的耐蚀层，且厚度较薄的金属材料。
钢基层：金属复合板中的受力层，且厚度较厚的金属材料，参见GB/T6393-2008。
复合界面：复合板基材和复材的结合面，参见NB/T47002.3-2009。
中间过渡层：为防止钛和钢在焊接时相互熔合，产生脆性相，导致焊缝成型不美观，焊缝接头力学性能差，所以在焊接过程中熔敷一层一定厚度的中间过渡层。
本发明的优点：本发明实现了钛钢复合板的全透焊接，大大提高了钛钢复合板的焊接接头的力学性能，拓展了钛钢复合板的应用范围。
附图说明
图1是本发明钛钢复合板全透焊接的坡口设计图。
图2是本发明钛钢复合板全透焊接焊后的焊缝截面示意图。
图中1为钛覆层，2为钢基层，3为钢基层等离子焊缝，4为中间过渡层焊缝，5为钛覆层焊缝。
具体实施方式
本实施采用的是TA1-Q235B钛钢复合板，该钛钢复合板的尺寸规格是1+10mm，由爆炸-轧制方法获得。具体实施步骤如下：
1）坡口制备
坡口形式如图1所示，钛覆层1留有宽2mm，厚1.5mm坡口，钢基层2不留坡口。
2）钢基层清理
焊接前用手磨机将钢基层待焊区域周围进行清理，清理区域应不小于坡口边缘的25mm，清理后区域没有杂物，再用酒精溶液清理待焊区和待焊区周围，去除有机物。
3）钢基层焊接
钢基层装配间隙为0~0.5mm，焊前将钛钢复合板预热到100～120℃，使用等离子焊焊接9.5mm厚的钢基层，一次成型，背面焊透，焊缝截面形貌如图2中的钢基层等离子焊缝3所示。其中，等离子焊焊接参数为电流300A、焊速15cm/min、离子气2.7L/min，保护气10L/min。
4）钢基层焊缝检验
对钢基层等离子焊缝3进行表面质量检查和射线检查，检测结果满足GB/T3323I级要求。
5）钢基层等离子焊缝3背面清理
钢基层等离子焊缝3的背面留有余高，采用铣床将背面余高加工平整，低于复合板复合界面约0.5mm，再将中间过渡层待焊区及距边缘25mm的范围内进行清理，清理后的区域没有杂物。
6）中间过渡层钒的焊接
焊接方法采用钨极氩弧焊，在已加工平整的钢基层等离子焊缝3的背面堆焊厚度约0.5~1mm的纯钒过渡层，焊接时保证添加进去的钒和钢实现熔合，形成如图2中所示的中间过渡层焊缝4。其中，焊接参数为电流170A、焊接速度8cm/min、喷嘴气体保护10L/min、拖罩气体保护10L/min。
7）中间过渡层焊后清理和检验
将中间过渡层焊缝4加工平整，保留有0.5~1mm厚的钒熔敷量，机加工后对中间过渡层焊缝4进行表面质量检查和射线检查，检测结果满足GB/T3323I级要求。
8）钛覆层的焊接
焊前将复合板预热到150℃，用熔化极气体保护焊在中间过渡层焊缝4上堆焊，使用的是ERTi-5钛合金焊丝，形成如图2中的钛覆层焊缝5。其中，焊接参数为电流170A、焊接速度8cm/min、喷嘴气体保护10L/min、拖罩气体保护10L/min。
9）钛覆材的焊接检验
钛复材焊后对焊缝进行表面质量检验和渗透检查。渗透检查标准可以为JB/T9218-2007《渗透探伤方法》。
10）力学性能测试
根据GB6393-2008复合钢板力学及工艺性能试验方法，对焊接试样进行整体拉伸，测得该焊接接头抗拉强度为410MPa，达到母材的80.5%，远远优于国家标准。

Claims (5)

1.一种钛钢复合板全焊透焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
1）钛覆层开坡口
将钛钢复合板的钛覆层铣去宽为2mm，厚度为钛覆层厚度+0.5mm厚的坡口；
2）钢基层清理
焊接前将钛覆层的坡口和待焊区域周围进行清理；
3）钢基层的焊接
钛钢复合板的装配间隙为0～0.5mm，焊前将钛钢复合板预热到100～120℃，钢基层使用等离子焊接施焊；
4）钢基层焊缝背面清理
钢基层等离子焊缝背面留有余高，焊后将背面余高机加工平整，并对钛覆层的坡口进行清理；
5）中间过渡层钒的焊接
焊接方法采用钨极氩弧焊，在钛覆层的坡口处堆焊0.5～1mm厚的钒丝；
6）钛覆层的焊接
将钛钢复合板预热到150℃，采用熔化极气体保护焊在中间过渡层钒上堆焊一层钛合金直至盖满整个坡口。
2.根据权利要求1所述的钛钢复合板全焊透焊接方法，其特征在于步骤3中所述的等离子焊焊接参数为电流300A、焊速15cm/min、离子气2.7L/min，保护气10L/min。
3.根据权利要求1所述的钛钢复合板全焊透焊接方法，其特征在于步骤5中所述的钨极氩弧焊焊接参数为电流170A、焊接速度8cm/min、喷嘴气体保护10L/min、拖罩气体保护10L/min。
4.根据权利要求1所述的钛钢复合板全焊透焊接方法，其特征在于步骤6中所述的熔化极气体保护焊焊接参数为电流170A、焊接速度8cm/min、喷嘴气体保护10L/min、拖罩气体保护10L/min。
5.根据权利要求1所述的钛钢复合板全焊透焊接方法，其特征在于步骤6中所述的钛合金牌号为ERTi-5钛合金焊丝。
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