CN113084338B - 异种金属连接结构与钛卷轧制用过渡引带制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异种金属连接结构与钛卷轧制用过渡引带制造方法，涉及冶金领域，首先解决现有的难焊接的异种金属连接后，在连接部位厚度不等，可能对相关设备造成损害的问题。本发明采用的技术方案是：异种金属连接结构，包括至少两层堆叠设置的连接片，每层的连接片包括相互嵌合的第一连接板和第二连接板，至少两层连接片堆叠形成连接体，相邻两层连接片的第一连接板之间焊接连接，相邻两层连接片的第二连接板之间焊接连接。第一连接板和第二连接板之间通过缺口‑凸出体相互嵌合实现机械连接，保证两个连接板之间的受力要求。第一连接板为钛板、第二连接板为不锈钢板，连接片堆叠形成的连接体即为钛卷轧制用过渡引带，可用于钛卷轧制生产。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及难焊接的异种金属的一种连接结构，以及钛与钢共线的生产线上，钢板切换成钛板时所采用的过渡引带及其制造方法。
背景技术
钛卷轧制生产中，利用轧钢设备生产钛卷已是常见的做法，采用不锈钢引带可以降低成本。钛卷与不锈钢引带连接后，连接接头需传递较大的张力，并在中间退火工序同时经历退火炉的高温。
钛卷与钢带的连接不能采用常规焊接方法，其原因是钛与钢的物理化学性质差异较大。采用直接熔焊方法焊接钛与钢时，在焊缝内形成脆性相，同时由于热物理性质的差异，存在较大的内应力，导致接头脆性较大，极易开裂。采用添加中间过渡层的熔焊方法，焊接质量和稳定性难以保证。爆炸焊、钎焊、摩擦焊等方法均可用于钛-钢焊接，但从接头形式、焊缝性能、对接头性能的要求(牵引力大，接头需过高温退火炉)等方面考虑，这些方法均不适用于钛卷轧制场景下的钛-钢焊接。
采用机械机械连接方法可以连接钛带和钢带。例如，公开号为CN101543925A的专利公开了一种钛卷和不锈钢牵引带的连接方法，包括的步骤为：先准备钛板，在钛板的边部开挖矩形孔，同时准备不锈钢板，在不锈钢板的端部切出矩形条状的不锈钢带；然后将不锈钢板端部的不锈钢带穿过钛板的矩形孔，并弯曲180°与不锈钢板的边部焊接；最后将不锈钢板的另外一侧与不锈钢引带的带尾进行焊接，将钛板的另外一边与钛卷的头部进行焊接。上述连接方法避免了钛与不锈钢焊接的难题，但也存在一些缺点：第一、矩形条状的不锈钢带弯曲180°后与钢板焊接，操作复杂，焊缝在高温和大张力作用下易断裂。第二、钛-钢连接部位与钛板、不锈钢板厚度不等，具体是接部位的厚度大于钛板、不锈钢板和矩形条状不锈钢带厚度之和，连续移动的带材在此处厚度突变，并存在许多尖锐突出部分，极有可能使设备受到刮损。
公布号为CN 103111775A的专利公开了一种钛卷与不锈钢带连接用过渡引带，过渡引带包括钛板、不锈钢板和连接件，钛板的一端搭设在不锈钢板上，并且叠合部分的钛板上设置有一个或多个安装槽；连接件的一端直接焊接在不锈钢板上，另一端穿过安装槽焊接在不锈钢板上，使钛板和不锈钢板连接在一起。上述过渡引带同样存在与钛带、不锈钢带厚度不等的问题，连续移动的带材在此过渡带处仍存在厚度突变，倒圆角的操作只能减少、而不能完全消除其对机组设备的刮损。
发明内容
本发明首先提供一种难焊接异种金属的连接结构，解决现有的难焊接的异种金属连接后，在连接部位厚度不等，可能对相关设备造成损害的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：异种金属连接结构，包括至少两层堆叠设置的连接片，每层的连接片包括相互嵌合的第一连接板和第二连接板，第一连接板的一侧间隔设置缺口，第一连接板相邻两个缺口之间为凸出体；第二连接板的一侧设置与第一连接板的凸出体适配的缺口，第二连接板相邻两个缺口之间为凸出体，第二连接板的凸出体与第一连接板的缺口适配，第一连接板的凸出体卡于第二连接板的缺口内，第二连接板的凸出体卡于第一连接板的缺口内；“第一连接板的凸出体远离第一连接板的部分宽于靠近第一连接板的部分”且/或“第二连接板的凸出体远离第二连接板的部分宽于靠近第二连接板的部分”，各层连接片堆叠形成连接体，连接体的一侧均为第一连接板、另一侧均为第二连接板，相邻两层连接片的第一连接板之间焊接连接，相邻两层连接片的第二连接板之间焊接连接。
具体的：第一连接板和/或第二连接板的凸出体呈T字形或梯形，梯形的上底位于缺口的底部。
进一步的是：第一连接板的缺口和凸出体的边缘设置坡口，第二连接板的缺口和凸出体的边缘设置坡口，第一连接板的坡口的角度与不锈钢的坡口的角度互余。
具体的：第一连接板的坡口的角度为30～60°。
进一步的是：每层连接片的嵌合缝重合，第一连接板之间的焊接缝紧贴嵌合缝布置，第二连接板之间的焊接缝紧贴嵌合缝布置。
更进一步的是：相邻两层连接片关于堆叠面镜面对称，第一连接板之间的焊接缝紧为1～3道，第二连接板之间的焊接缝紧为1～3道。
具体的：第一连接板为钛板、第二连接板为不锈钢板，连接片堆叠形成的连接体为钛卷轧制用过渡引带；连接体为钛板的一端焊接连接单层结构的钛连接板，连接体为不锈钢板的一端焊接连接单层结构的不锈钢连接板，钛连接板、连接体和不锈钢连接板的厚度相等。
本发明异种金属连接结构的有益效果是：第一连接板和第二连接板之间通过缺口-凸出体相互嵌合实现机械连接，保证两个连接板之间的受力要求。连接片在嵌合缝处的厚度不存在变化，整个连接结构在嵌合缝处的厚度也不存在变化，连接体的第一连接板和第二连接板平滑连接，消除了刮损其他设备的隐患。第一连接板之间焊接连接、第二连接板之间焊接连接，避免第一连接板和第二连接板在嵌合缝出现脱开、起翘，保证使用的安全。第一连接板和第二连接板沿嵌合缝设置坡口，相邻两层连接片关于堆叠面镜面对称，使得相邻两层连接片的嵌合缝形成楔形或槽，互相固定，限制第一连接板和第二连接板各个方向的相对运动，达到机械连接的目的，可避免各层连接片在嵌合缝处出现脱落。
采用异种金属连接结构的过渡引带可满足工业生产中钛卷轧制的受力要求，生产中未出现断带问题。钛卷轧制用过渡引带避免了钛和钢异种金属焊接的难题，过渡引带将钛卷和不锈钢带连接起来，实现了钛卷的连续性、自动化生产，提高了生产效率。连接体为钛板的一端焊接钛连接板，连接体为不锈钢板的一端焊接钛连接板，便于在生产线上分别与钛卷、不锈钢卷的焊接。
本发明还提供一种钛卷轧制用过渡引带制造方法，用于制造上述钛卷轧制用过渡引带，包括以下步骤：
S1、在钛板和不锈钢板的一侧分别加工出缺口；
S2、将钛板的凸出体嵌入不锈钢板的缺口内，同时将不锈钢板的凸出体嵌入钛板的缺口内，制得连接片；
S3、将两层或更多层的连接片相互堆叠形成连接体，相邻两层连接片的钛板之间焊接固定，相邻两层连接片的不锈钢板之间焊接固定；
S4、在连接体为钛板的一端焊接连接单层结构的钛连接板，在连接体为不锈钢板的一端焊接连接单层结构的不锈钢连接板，钛连接板、连接体和不锈钢连接板的厚度相等；
S5、将焊缝打磨平整。
进一步的是：步骤S1中，加工出缺口后，在钛板和不锈钢板的缺口、凸出体的边缘分别加工坡口。
更进一步的是：步骤S1中，采用激光切割或冲压的方法加工缺口，采用磨削、线切割或冲压的方法加工坡口；步骤S2中，通过压力机或轧辊制得连接片；步骤S3中，焊接采用激光远程焊接的方式，保护气体为氩气，焊缝穿透所有连接片。
本发明钛卷轧制用过渡引带制造方法的有益效果是：钛卷轧制用过渡引带与钛卷带、不锈钢引带等厚，钛卷带、过渡引带、不锈钢引带可一起轧制，这意味着轧制可以从不锈钢引带部分开始，到另一端的不锈钢引带部分结束，即所有的钛卷带部分都经过均匀的变形，钛材的利用率为100％。经过轧制后的过渡引带，经多层堆叠、焊接，可再次利用，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明异种金属连接结构实施例的示意图。
图2是图1沿A-A方向的剖面局部图。
图3是图1所示实施例的嵌合缝与焊缝的分布示意图。
图4是本发明异种金属连接结构的另一实施例的示意图。
附图标记：第一连接板1、第二连接板2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明异种金属连接结构，用于难焊接的异种金属之间的连接，包括堆叠设置的连接片，连接片的层数为两层或两层以上，例如为2～9的整数层。参见图1和图4，每层的连接片包括相互嵌合的第一连接板1和第二连接板2，第一连接板1和第二连接板2为难焊接的异种金属，第一连接板1用于与第二连接板2相连的一侧间隔设置缺口，缺口至少两个，相邻两个缺口之间为凸出体。第二连接板2用于与第一连接板1相连的一侧设置与第一连接板1的凸出体适配的缺口，缺口至少两个，相邻两个缺口之间为凸出体。第二连接板2的凸出体与第一连接板1的缺口适配。第一连接板1的凸出体卡于第二连接板2的缺口内，第二连接板2的凸出体卡于第一连接板1的缺口内，第一连接板1和第二连接板2在连接侧相互嵌合。第一连接板1和第二连接板2嵌合后形成连接片，在连接片所在平面上，分别牵拉第一连接板1和第二连接板2，两者不滑脱，“第一连接板1的凸出体远离第一连接板1的部分宽于靠近第一连接板1的部分”且/或“第二连接板2的凸出体远离第二连接板2的部分宽于靠近第二连接板2的部分”，也就是第一连接板1和第二连接板2相互咬合、第一连接板1咬合第二连接板2或第二连接板2咬合第一连接板1。例如，参见图1和图4，第一连接板1和第二连接板2的凸出体分别呈T字形或梯形，梯形的上底位于缺口的底部。具体的，梯形缺口的上底为80～120mm，下底40～60mm，高50～80mm，即缺口深度50～80mm。
此外，第一连接板1或第二连接板2的凸出体还可以呈矩形+梯形的组合形状，也即是将图4中T字形状的平直部替换为梯形形状，梯形的上边或者下边大于T字形状的竖直部的宽度。
第一连接板1和第二连接板2的嵌合面可垂直于连接片所在平面，更好的方案是：第一连接板1的缺口和凸出体的边缘设置坡口，第二连接板2的缺口和凸出体的边缘设置坡口，第一连接板1的坡口的角度与不锈钢的坡口的角度互余。具体的，第一连接板1的坡口的角度为30～60°，例如为45°，例如参见图4。
各层连接片堆叠形成连接体，连接体的一侧均为第一连接板1、另一侧均为第二连接板2，也即是所有的连接片的同种材质的板位于同一侧。相邻两层连接片的第一连接板1之间焊接连接，相邻两层连接片的第二连接板2之间焊接连接，例如采用激光焊接方法，为熔透型对接焊缝，使堆叠形成连接体成为一个整体。相邻两层连接片的嵌合缝的形状相同或不同，相邻两层连接片的嵌合缝重合或不重合。例如如图2所示，连接片为两层，两层连接片的嵌合缝重合，第一连接板1之间的焊接缝紧贴嵌合缝布置，第二连接板2之间的焊接缝紧贴嵌合缝布置。第一连接板1之间的焊接缝紧为1～3道，第二连接板2之间的焊接缝紧为1～3道，例如均为2道焊缝，焊缝穿透所有连接片，将所有连接片连接在一起。连接片的嵌合缝重合时，相邻两层连接片关于堆叠面镜面对称，即相邻两层连接片的厚度相等，并且嵌合缝关于堆叠面镜面对称，这样可限制第一连接板1和第二连接板2两者各个方向的相对运动，达到机械连接的目的。
第一连接板1为钛板、第二连接板2为不锈钢板，连接片堆叠形成的连接体即为钛卷轧制用过渡引带。为了便于过渡引带在实际生产线上与钛卷、不锈钢带的焊接，连接体为钛板的一端焊接连接单层结构的钛连接板，连接体为不锈钢板的一端焊接连接单层结构的不锈钢连接板，钛连接板、连接体和不锈钢连接板的厚度相等。
带材轧制时，需要在坯料两端施加张紧力，该张紧力高达20～35吨。采用上述预制的钛卷轧制用过渡引带是较好的方法。使用时将过渡引带的钛部分和钛卷带焊接在一起，而过渡引带的不锈钢部分和不锈钢引带焊接在一起。在过渡引带内部，不锈钢部分和钛部分的连接为机械连接。
本发明的第二个主题是钛卷轧制用过渡引带制造方法，用于制造上述钛卷轧制用过渡引带，包括以下步骤：
S1、在钛板和不锈钢板的一侧分别加工出缺口。对钛板和不锈钢板的加工可采用激光切割或冲压方法加工缺口。为了使钛板和不锈钢板更好地嵌合，钛板和不锈钢板还分别加工坡口，例如采用磨削、线切割或冲压的方法加工坡口。
S2、将钛板的凸出体嵌入不锈钢板的缺口内，同时将不锈钢板的凸出体嵌入钛板的缺口内，制得连接片。凸出体嵌入缺口时，可采用机械压入的方法，例如通过压力机或轧辊制得连接片。
S3、将两层或更多层的连接片相互堆叠形成连接体，堆叠方式是：相邻两层连接片的钛板和钛板紧贴，不锈钢板和不锈钢板紧贴；相邻两层连接片的钛板之间焊接固定，相邻两层连接片的不锈钢板之间焊接固定；例如以多道平行的、穿透所有连接片的焊缝焊接起来，保护气体为氩气。
S4、在连接体为钛板的一端焊接连接单层结构的钛连接板，在连接体为不锈钢板的一端焊接连接单层结构的不锈钢连接板，钛连接板、连接体和不锈钢连接板的厚度相等。钛连接板实际也是钛板，但是厚度与连接片的钛板不同，不锈钢连接板实际也是不锈钢板，但是厚度与连接片的不锈钢板不同。例如，采用激光焊方法，为熔透型对接焊缝。
S5、将焊缝打磨平整。
实施例1
首先，准备两块宽为1200mm、长为100mm的工业纯钛板，其厚度均为钛卷的一半，同时准备两块同样厚度、宽度的不锈钢板；在不锈钢板上的一端上通过激光切割出9个梯形缺口，其中梯形缺口的上底为100mm，下底50mm，缺口深度60mm，相邻梯形缺口间距等于160mm加钛板厚度，相邻梯形缺口间部分的形状为倒置的梯形；对钛板进行同样处理，即制作同样的缺口。其次，沿钛板和不锈钢板的缺口和缺口间倒置梯形的边，采用磨削的方法加工坡口，坡口角度均为45°。再次，采用压机将钛板的倒置梯形顺着坡口压入不锈钢板的缺口中，同时，钛板上的倒置梯形也被压入不锈钢板的缺口中，得到由钛板和不锈钢板形成的连接片，将两层连接片堆叠在一起，使上下两层连接片以其贴合面为对称面对称；再次，采用激光焊方法，沿钛板和不锈钢板嵌合缝，采用熔透型焊缝将两层连接片的钛板和钛板、不锈钢板和不锈钢板焊接起来，形成连接体。再次，采用激光焊方法，取宽度1250mm、长度为20mm、厚度与钛卷相同的钛连接板，将钛连接板与焊叠在一起的连接体对接；采用激光焊方法，取宽度1250mm、长度为20mm、厚度与不锈钢带相同的不锈钢连接板，将不锈钢连接板与焊叠在一起的连接体对接。最后，打磨焊缝表面使其平整光滑，完成过渡引带的制作。
在生产线上使用时，将钛卷和该过渡引带的钛连接板焊接，将不锈钢带和该过渡引带的不锈钢连接板焊接，实现钛卷和不锈钢带的连接。
经多次工业试验证明，采用此过渡引带的接头以最大张力为35MPa在温度为780～820℃的退火炉中通过，经过多道次轧制和中间退火，没有发生断带现象，而且在通过生产线所有设备时，没有造成设备的刮损。过渡引带随钛卷经过多道次轧制后，减薄到与钛卷成品等厚，可将其切下，根据需要轧制的钛卷坯料的厚度，再将多层薄的过渡引带按前述方法堆叠、焊接、打磨焊缝，再次用于钛卷-不锈钢带的连接。即将多层薄的过渡引带作为连接片进行堆叠、焊接、打磨焊缝，可制得新的钛卷轧制用过渡引带，能再次用于钛卷-不锈钢带的连接。
实施例2
首先，准备两块宽为1050mm、长为100mm的工业纯钛板，其厚度均为钛卷的一半；准备两块同样厚度、宽度的不锈钢板；
在钛板上的一端通过激光切割出11个T形缺口，其中T形缺口的长边为60mm，短边30mm，缺口深度为20+20mm，相邻梯形缺口间距等于90mm，相邻梯形缺口间部分的形状为倒置的T形；对不锈钢板进行同样处理，即制作同样的缺口。其次，沿钛板和不锈钢板的缺口和缺口间倒置梯形的边，采用磨削的方法加工坡口，坡口角度为60°和30°；采用压机将不锈钢板的倒置梯形顺着坡口压入钛板的缺口中，同时，钛板上的倒置梯形也被压入不锈钢板的缺口中，得到钛板-不锈钢板形成的连接片。再次，将两层连接片堆叠在一起，上下两层连接片以贴合面为对称面对称，采用激光焊方法，沿连接片的嵌合缝，采用熔透型焊缝将两层或多层堆叠的连接片的钛板和钛板、不锈钢板和不锈钢板焊接起来，形成连接体。再次，采用激光焊方法，取宽度1050mm、长度为20mm、厚度与钛卷相同的钛连接板，将钛连接板与连接体对接；采用激光焊方法，取宽度1050mm、长度为30mm、厚度与不锈钢带相同的不锈钢板，将其与叠在一起的连接体对接。最后，打磨焊缝表面使其平整光滑，完成过渡引带的制作。
在实施例1中所述的工业试验条件下，实施2制作的过渡引带没有发生断带和刮损设备现象，同样可以保证生产连续稳定的进行。可以看出，根据本发明的方法制作的过渡引带具有良好的质量和足够的强度，在使用中没有发生断带和刮损设备问题。该过渡引带还可以重复使用，降低了生产成本；使用本发明的过渡引带进行钛卷与不锈钢带的连接，可用于钛卷的连续生产，具有了良好的经济效益。
Claims (7)
1.异种金属连接结构，其特征在于：包括至少两层堆叠设置的连接片，每层的连接片包括相互嵌合的第一连接板（1）和第二连接板（2），第一连接板（1）为钛板，第一连接板（1）的一侧间隔设置缺口，第一连接板（1）相邻两个缺口之间为凸出体；第二连接板（2）为不锈钢板，第二连接板（2）的一侧设置与第一连接板（1）的凸出体适配的缺口，第二连接板（2）相邻两个缺口之间为凸出体，第二连接板（2）的凸出体与第一连接板（1）的缺口适配，第一连接板（1）的凸出体卡于第二连接板（2）的缺口内，第二连接板（2）的凸出体卡于第一连接板（1）的缺口内；第一连接板（1）的缺口和凸出体的边缘设置坡口，第二连接板（2）的缺口和凸出体的边缘设置坡口，第一连接板（1）的坡口的角度与不锈钢的坡口的角度互余；“第一连接板（1）的凸出体远离第一连接板（1）的部分宽于靠近第一连接板（1）的部分”且/或“第二连接板（2）的凸出体远离第二连接板（2）的部分宽于靠近第二连接板（2）的部分”，各层连接片堆叠形成连接体，连接体为钛卷轧制用过渡引带，连接体的一侧均为第一连接板（1）、另一侧均为第二连接板（2），相邻两层连接片的第一连接板（1）之间焊接连接，相邻两层连接片的第二连接板（2）之间焊接连接；连接体为钛板的一端焊接连接单层结构的钛连接板，连接体为不锈钢板的一端焊接连接单层结构的不锈钢连接板，钛连接板、连接体和不锈钢连接板的厚度相等。
2.如权利要求1所述的异种金属连接结构，其特征在于：第一连接板（1）和/或第二连接板（2）的凸出体呈T字形或梯形，梯形的上底位于缺口的底部。
3.如权利要求1所述的异种金属连接结构，其特征在于：第一连接板（1）的坡口的角度为30～60°。
4.如权利要求2所述的异种金属连接结构，其特征在于：每层连接片的嵌合缝重合，第一连接板（1）之间的焊接缝紧贴嵌合缝布置，第二连接板（2）之间的焊接缝紧贴嵌合缝布置。
5.如权利要求4所述的异种金属连接结构，其特征在于：相邻两层连接片关于堆叠面镜面对称，第一连接板（1）之间的焊接缝紧为1～3道，第二连接板（2）之间的焊接缝紧为1～3道。
6.钛卷轧制用过渡引带制造方法，其特征在于：用于制造上述权利要求1～5任一权利要求所述的异种金属连接结构，包括以下步骤：
S1、在钛板和不锈钢板的一侧分别加工出缺口，再在钛板和不锈钢板的缺口、凸出体的边缘分别加工坡口；
S2、将钛板的凸出体嵌入不锈钢板的缺口内，同时将不锈钢板的凸出体嵌入钛板的缺口内，制得连接片；
S3、将两层或更多层的连接片相互堆叠形成连接体，相邻两层连接片的钛板之间焊接固定，相邻两层连接片的不锈钢板之间焊接固定；
S4、在连接体为钛板的一端焊接连接单层结构的钛连接板，在连接体为不锈钢板的一端焊接连接单层结构的不锈钢连接板，钛连接板、连接体和不锈钢连接板的厚度相等；
S5、将焊缝打磨平整。
7.如权利要求6所述的钛卷轧制用过渡引带制造方法，其特征在于：步骤S1中，采用激光切割或冲压的方法加工缺口，采用磨削、线切割或冲压的方法加工坡口；步骤S2中，通过压力机或轧辊制得连接片；步骤S3中，焊接采用激光远程焊接的方式，保护气体为氩气，焊缝穿透所有连接片。
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