CN110539066B - 一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法 - Google Patents

Abstract

一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法，本发明提出一种凹凸结构的扣槽组坯技术方案，结合焊前烘烤预热方案，解决了高合金钢钛复合坯焊缝易开裂的技术难题；实现了高合金钢钛复合板的稳定生产，该技术生产的钛钢复合坯轧制过程平稳，轧制后的板坯探伤结果均合格，各项性能远高于用户要求，为扩大高合金钢钛优质产品的稳定生产提供了有力的技术支撑。

Description

一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法

技术领域

本发明属于冶金行业中的复合坯生产技术领域，尤其涉及一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法。

背景技术

钛钢复合板不仅具有钛材优异的抗腐蚀性能，还具有钢材的强度和塑性，广泛的应用于国防工业和民用工业领域。

目前，生产钛钢复合板的方法主要有4种：爆炸复合法、扩散复合法、爆炸复合-轧制法以及轧制复合法。前两种工艺生产的复合板，尺寸较小，有时难以满足用户要求，由于大能力轧机的投产运营，这两种方法只在某些特殊领域被采用，在国外出现了被淘汰的趋势。后两种方法能够生产大尺寸的钛钢复合板，但是爆炸焊接-轧制法的工序复杂，影响复合板结合强度的因素多，而且能量消耗大、污染环境、成材率相对低，有被直接轧制法取代的趋势。近年来，众多学者针对轧制法制备钛钢复合板技术进行了研究，而钛钢复合板的制坯方法作为复合板制备的基础环节，受到了密切的关注。常用的组坯方式一般为将碳钢和钛板依次叠放后，采用添加碳钢条的方法将钛板封焊至复合坯心部。

如李向民申请的名为“一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法”的专利，专利申请号为 201210260231.7，公开号为CN 102773670A，提供一种生产双面钛钢复合板的制坯方法：将三块碳钢板和四块钛板依次叠放后，采用挡条将钛板封焊的制坯方法。

东北大学申请的名为“一种钛-钢复合板的制备方法”的专利，专利申请号为2010010539065.5，公开号为CN 101992344A，提供了一种钛钢复合板的制备方法：将钛板与钢板表面相对并完全重合形成组合坯料，再用四块钛板作为侧封板封住组合坯料的四周，然后封焊的方法。

攀钢集团研究院有限公司申请的名为“钛钢复合板的组料方法及轧制方法”的专利，专利申请号为201510247496.7，公开号为CN 104874634A，提供了一种钛钢复合板的组料方法，其主要步骤是：准备两块钢板、两块钛板、四块侧板，在侧板中的至少一块上开孔，采用四块侧板和两块钢板将两块钛板包覆在中心，然后封焊的组料方法。

但以上专利均采用普通碳钢与钛板进行的复合封焊，对于高合金钢，由于钢板本身焊接性能差，极易产生焊接裂纹，因此，尚未见高合金钢与钛复合板生产的先例。

发明内容

本发明的目的是提供一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法，实现高合金钢 (碳当量大于0.5％)钛复合钢板的生产要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法，包括如下方法：

1)坯料准备：基材碳钢两块，上基板标记为A，下基板标记为B；复材钛板两块分别标记为C、D；基板的长大于钛板长300～600mm、基板的宽大于钛板宽200～500mm；过渡层用IF钢两块分别标记为E、F，过渡层的长宽与钛板的长宽一致，厚度为0.5～1.5mm；

2)基材加工：

①对上基板A和下基板B进行上下表面铣磨，铣磨至各表面全部露出金属光泽，并达到要求厚度；

②在上基板A的正中，用铣床加工一个凹槽，凹槽深度为：IF钢E厚度+钛板C厚度 +(1～3)mm，凹槽宽度为钛板宽度规格+(2～4)mm，凹槽长度为钛板长度规格+(5～10) mm；

③在下基板B的正中，用铣床加工一个凹槽，凹槽深度为：IF钢F厚度+钛板D厚度 +(1～3)mm，凹槽宽度为钛板宽度规格+(2～4)mm，凹槽长度为钛板长度规格+(5～10) mm；

④上下基板的边部采用铣床加工出相互匹配的凹凸结构；在上下基板A、B凹槽的角部加工排气孔；

3)涂抹隔离剂：加工完成后的钛板C、D，均先将一面的油污灰尘擦拭干净，然后在该面涂抹隔离剂，隔离剂涂抹后放置在干燥空气中晾干≥10h；

4)将上基板A于翻坯机上平放，在中心凹槽内依次放入IF钢E和钛板C，并将钛板 C的四周点焊在上基板A上，长边点焊不少于4点，短边点焊不少于2点，保证翻坯时钛板C不掉落；

5)将下基板B放于对中机，依次放入IF钢F和钛板D，将上基板A翻坯，吊运至对中机，组坯对中上下基板，组坯后要求接合面的缝隙不大于0.5mm，不满足要求需返工重新铣磨；

6)焊前预热，将组好的复合坯A+C+E+B+D+F送入电阻炉内进行焊前预热，设定温度100-200℃，加热时间3-6h，保证板坯预热后的温度在30-60℃；

7)预热后将复合坯放到真空室的回转台，在上基板A的上部再压一150-300mm厚普通板坯；

8)将组合好的坯料送至真空电子束系统进行抽真空焊接，真空度＜10^-2Pa，先点焊3 条边，之后连续焊接，焊接原则对称焊接；

9)加热后进行大变形量轧制到目标厚度并进行热矫，采用探伤确定钛-钢复合板边界位置，然后在切边机组上进行分切，将普碳钢部分切尽，只保留钛钢复合板部分，完成分板。

上述步骤3)中隔离剂厚度为0.5～2mm。

上述步骤8)中点焊焊接电流100-150mA，焊接速度8-10mm/s；连续焊接电流 350-400mA，焊接速度6-8mm/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对组坯扣槽设计凹凸结构进行技术改进，解决了高合金钢钛复合坯焊缝易开裂的技术难题；该技术生产的钛钢复合坯轧制过程平稳，轧制后的板坯探伤结果均合格，各项性能远高于用户要求，为扩大高合金钢钛优质产品的稳定生产提供了有力的技术支撑。

附图说明

图1是复合板坯的截面图。

图2是上基板或下基板的平面图。

图3是上下基板扣合在一起的截面图。

图中：1-上基板、2-下基板、3-隔离剂、4-焊缝、5-钛板C、6-钛板D、7-IF钢、8- 凹槽、9-排气孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法，包括如下方法：

1)坯料准备：基材碳钢两块，上基板1标记为A，下基板2标记为B；复材钛板两块分别标记为C、D；基板的长大于钛板长300～600mm、基板的宽大于钛板宽200～500mm；过渡层用IF钢7两块分别标记为E、F，过渡层的长宽与钛板的长宽一致，厚度为0.5～ 1.5mm。

2)基材加工：

①对上基板A和下基板B进行上下表面铣磨，铣磨至各表面全部露出金属光泽，并达到要求厚度；

②在上基板A的正中，用铣床加工一个凹槽8，凹槽8深度为：IF钢E厚度+钛板C 厚度+(1～3)mm，凹槽8宽度为钛板宽度规格+(2～4)mm，凹槽8长度为钛板长度规格 +(5～10)mm；

③在下基板B的正中，用铣床加工一个凹槽8，凹槽8深度为：IF钢F厚度+钛板D 厚度+(1～3)mm，凹槽8宽度为钛板宽度规格+(2～4)mm，凹槽8长度为钛板长度规格 +(5～10)mm；

④上下基板的边部采用铣床加工出相互匹配的凹凸结构；上下基板相互扣接的时候，边部的凸凹部分相互嵌入，严密结合。

加工后的凹槽8四周和底部无缺陷，表面粗糙度Ra＜5.5μm；

④在上下基板A、B凹槽的角部加工排气孔9；

3)钛板加工：组装前对钛板进行归方加工及表面清理，加工后的钛板不得有脱方且表面平整无缺陷，不允许出现楔形、镰刀弯，不平度≤3mm/m，粗糙度Ra＜5.5μm；

4)涂抹隔离剂：加工完成后的钛板C、D，均先将一面的油污灰尘擦拭干净，然后在该面涂抹隔离剂，隔离剂涂抹后放置在干燥空气中晾干≥10h；

5)隔离剂晾干后，将钛板的另一面(结合面)使用砂带机轻打磨到表面没有酸洗液，用无纺布蘸酒精擦拭干净；

6)将上基板A于翻坯机上平放，在中心凹槽8内依次放入IF钢E和钛板C5，并采用氩弧焊将钛板C5的四周点焊在上基板A上，长边点焊不少于4点，短边点焊不少于2 点，保证翻坯时钛板C5不掉落；

7)将下基板B放于对中机，依次放入IF钢F和钛板D6，将上基板A翻坯，吊运至对中机，组坯对中上下基板，组坯后要求接合面的缝隙不大于0.5mm，不满足要求需返工重新铣磨；

8)焊前预热，将组好的复合坯A+C+E+B+D+F送入电阻炉内进行焊前预热，设定温度100-200℃，加热时间3-6h，保证板坯预热后的温度在30-60℃；

9)预热后将复合坯放到真空室的回转台，在上基板A的上部再压一普通板坯(150-300mm厚)，防止焊接过程由于热输入导致焊缝增大；

10)将组合好的坯料送至真空电子束系统进行抽真空焊接，真空度＜10^-2Pa，先点焊 3条边，之后连续焊接，焊接原则对称焊接；

11)焊后利用真空焊接系统的二次成像检查焊缝质量，如有焊接缺陷，进行补焊；

12)焊接完成后直接送到加热炉进行加热，加热后进行大变形量轧制到目标厚度并进行热矫；

13)采用探伤确定钛-钢复合板边界位置，然后在切边机组上进行分切，将普碳钢部分切尽，只保留钛钢复合板部分，完成分板。

上述步骤4)中隔离剂厚度为0.5～2mm。

上述步骤10)中点焊焊接电流100-150mA，焊接速度8-10mm/s；连续焊接电流 350-400mA，焊接速度6-8mm/s。

实施例1：

TA2与高合金钢(碳当量0.92％)的钛钢复合板：成品厚度2(TA2)+8(钢)mm，宽度3500mm，长度8000mm，具体实施方案如下：

1)坯料准备：钛板TA2两块(标记为C、D)，尺寸均为10×1600×2500mm；基材高合金钢(碳当量0.92)两块(标记为A、B)：上基板A尺寸为90×2000×3000mm，下基板B尺寸为100×2000×3000mm；IF钢两块(标记为E、F)，尺寸均为1.0×1600×2500mm。

2)基材加工：①对上基板A和下基板B进行上下表面铣磨，铣磨至各表面全部露出金属光泽，并达到要求厚度；②在上基板A的正中，用铣床加工一个凹槽，凹槽深度为： IF钢E+钛板C+2mm，凹槽宽度为钛板规格+2mm，凹槽长度为钛板规格+5mm，③在下基板B 的正中，用铣床加工一个凹槽，凹槽深度为：IF钢F+钛板D+2mm，凹槽宽度为钛板规格 +2mm，凹槽长度为钛板规格+5mm，④扣槽边部采用特制的凹凸结构，即在上基板A的槽边部采用凹型结构，下基板B的槽边部采用凸型结构，如图1、图3，⑤加工后的凹槽四周和底部无缺陷，表面粗糙度Ra＜5.5μm，⑥基板A、B的角部增加了特制的排气孔，如图 2所示。

3)钛板加工：组装前对钛板C、D进行归方及表面清理加工，加工后的钛板不得有脱方且表面平整无缺陷，不允许出现楔形、镰刀弯，不平度≤3mm/m，粗糙度Ra＜5.5μm；

4)涂抹隔离剂。加工完成后的钛板C、D，均先将一面的油污灰尘等擦拭干净，然后在该面涂抹隔离剂，隔离剂厚度为0.5mm，隔离剂涂抹后放置在干燥空气中晾干≥10h。

5)隔离剂晾干后，将钛板的另一面(结合面)使用砂带机轻打磨到表面没有酸洗液，用无纺布蘸酒精擦拭干净。

6)将上基板A放于翻坯机平放，在中心凹槽内依次放入IF钢E和钛板C，并采用氩弧焊将钛板C的四周点焊在基板A上，长边点焊4点，短边点焊2点，保证翻坯时钛板不掉落。

7)将下基板B放于对中机，依次放入IF钢F和钛板D，将上基板A翻坯，吊运至对中机，组坯对中上下基板，组坯后保证接合面的缝隙不大于0.5mm，超过标准返工重新铣磨。

8)焊前预热，将组好的复合坯(A+C+E+B+D+F)送入电阻炉内进行焊前预热，设定温度200℃，加热时间3h，保证板坯预热后的温度在30-60℃；

预热后将复合坯放到真空室的回转台，在上基板A的上部再压一普通板坯(300mm厚)，防止焊接过程由于热输入导致焊缝增大。

9)将组合好的坯料送至真空电子束系统进行抽真空焊接，真空度＜10^-2Pa，先点焊3 条边，点焊焊接电流100mA，焊接速度10mm/s，之后连续焊接，连续焊接电流350mA，焊接速度8mm/s，焊接原则对称焊接。

10)焊后利用真空焊接系统的二次成像检查焊缝质量，如有焊接缺陷，进行补焊。

11)焊接完成后直接送到加热炉进行加热，加热后进行大变形量轧制到目标厚度并进行热矫。

12)采用探伤确定钛-钢复合板边界位置，然后在切边机组上进行分切，将普碳钢部分切尽，只保留钛钢复合板部分，完成分板。

通过本发明工艺实施，生产出稳定性能的高合金钢钛复合板。

Claims (1)

1.一种高合金钢钛复合板真空电子束组坯封焊方法，其特征在于，高合金钢碳当量大于0.5%，包括如下方法：

1）坯料准备：基材碳钢两块，上基板标记为A，下基板标记为B；复材钛板两块分别标记为C、D；基板的长大于钛板长300～600mm、基板的宽大于钛板宽200～500mm；过渡层用IF钢两块分别标记为E、F，过渡层的长宽与钛板的长宽一致，厚度为0.5～1.5mm；

2）基材加工：

①对上基板A和下基板B进行上下表面铣磨，铣磨至各表面全部露出金属光泽，并达到要求厚度；

②在上基板A的正中，用铣床加工一个凹槽，凹槽深度为：IF钢E厚度+钛板C厚度+（1～3）mm，凹槽宽度为钛板宽度规格+（2～4）mm，凹槽长度为钛板长度规格+（5～10）mm；

③在下基板B的正中，用铣床加工一个凹槽，凹槽深度为：IF钢F厚度+钛板D厚度+（1～3）mm，凹槽宽度为钛板宽度规格+（2～4）mm，凹槽长度为钛板长度规格+（5～10）mm；

④上下基板的边部采用铣床加工出相互匹配的凹凸结构；在上下基板A、B凹槽的角部加工排气孔；

3）涂抹隔离剂：加工完成后的钛板C、D，均先将一面的油污灰尘擦拭干净，然后在该面涂抹隔离剂，隔离剂涂抹后放置在干燥空气中晾干≥10h；

4）将上基板A于翻坯机上平放，在中心凹槽内依次放入IF钢E和钛板C，并将钛板C的四周点焊在上基板A上，长边点焊不少于4点，短边点焊不少于2点，保证翻坯时钛板C不掉落；

5）将下基板B放于对中机，依次放入IF钢F和钛板D，将上基板A翻坯，吊运至对中机，组坯对中上下基板，组坯后要求接合面的缝隙不大于0.5mm，不满足要求需返工重新铣磨；

6）焊前预热，将组好的复合坯A+E+C+D+F+B送入电阻炉内进行焊前预热，设定温度100-200℃，加热时间3-6h，保证板坯预热后的温度在30-60℃；

7）预热后将复合坯放到真空室的回转台，在上基板A的上部再压一150-300mm厚普通板坯；

8）将组合好的坯料送至真空电子束系统进行抽真空焊接，真空度＜10^-2Pa，先点焊3条边，之后连续焊接，焊接原则对称焊接；

9）加热后进行大变形量轧制到目标厚度并进行热矫，采用探伤确定钛-钢复合板边界位置，然后在切边机组上进行分切，将普通板坯部分切尽，只保留钛钢复合板部分，完成分板；

上述步骤3）中隔离剂厚度为0.5～2mm；

上述步骤8）中点焊焊接电流100-150mA，焊接速度8-10mm/s；连续焊接电流350-400mA，焊接速度6-8mm/s。

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