CN113145978A - 一种钛钢复合板中间过渡焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，由厚度为1.0mm以上的TA1或TA2的钛覆层和厚度为5.0mm以上的低碳钢组成的钛钢复合板在进行对焊时，在钢‑钛界面处采用纯铜、纯钒作为中间过渡层进行焊接。焊接坡口为左右对称的X型结构，且上部为下窄上宽的等腰梯形，下部为∧形；使用纯铜作为中间层进行焊接，在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接。优点是：采用的焊接方法均为手工易操作的方法，使用灵活，工艺稳定，便携性好。中间层材料选用市面上常见纯铜、纯钒金属，大幅降低中间层材料的成本，应用性高。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料及其配套焊接领域，尤其涉及一种钛钢复合板中间过渡焊接方 法。
背景技术
钛钢复合板既具有碳钢良好的可焊性、成形性、导热性及较好的力学性能，又具有钛 覆层优良的耐蚀性。因此，被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、盐化工、电站辅机、 海水淡化造船、电力等行业。在钛钢复合板的实际应用中，必然涉及到焊接连接问题，如 何形成良好的焊接接头，提供有效的连接性能成为了限制钛-钢复合板广泛应用的条件。钛 与钢直接焊接时，会形成大量的脆性相，从而使得焊缝变脆，而产生裂纹。与此同时，钛 覆层焊缝金属和热影响区也易被氧、氢、碳等元素污染，形成间隙固溶体或金属间化合物， 导致接头力学性能，即塑性和韧性急剧下降，造成裂纹的产生。因此，钛钢复合板目前传 统的焊接是“打补丁”的间接焊接方法，即两种金属单独焊接，互不相熔。
但是，传统的钛钢复合板焊接制造技术繁琐，焊接工艺复杂，缺陷概率大，焊接可靠 性低，阻碍进一步推广应用。而且，传统的钛钢复合板焊接钢与钢焊接，钛与钛焊接。钢与钛之间存在缝隙，相当于人为制造了裂纹源，降低了构件的承载能力，增加了潜在的失效风险，这是钛钢复合板不能用于重要结构的根本原因。
因此，开发出一种新型的钛钢复合板焊接方法是十分必要的，分析钛和钢的性能，加 入中间过渡材料，阻隔两种金属间化合物的存在，并配合适当的焊接工艺，是目前最可行 的方式。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，采 用添加纯铜与纯钒作为中间过渡层材料的焊接方法，实现焊接接头的冶金结合，解决结构 的不完整性问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，由厚度为1.0mm以上的TA1或TA2的钛覆层和厚度为5.0mm以上的低碳钢组成的钛钢复合板在进行对焊时，在钢-钛界面处采用纯铜、纯钒作为中间过渡层进行焊接。
一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，包括以下步骤：
1)焊接坡口加工：双面坡口的交接点在钛-钢界面下方，且距离钛-钢界面0.5-3mm；
2)去除0.5-3mm低碳钢，钛层侧坡口面角度为30°～60°，低碳钢侧坡口面角度为30°～60°；
3)在焊接之前，清理低碳钢侧待焊区，进行低碳钢侧焊接；
4)对双面坡口内清理；
5)使用纯铜作为中间层进行焊接，以高纯氩气作为保护气体，采用钨极氩弧焊的方 法进行焊接操作，气体流量为10-20L/min，焊接电流为50～150A，焊接速度70～200mm/min；
6)在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊 的方法进行焊接操作，气体流量为10～20L/min，焊接电流为50～150A，焊接速度 70～200mm/min；
7)对钒中间层表面进行机械平整处理，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧 不少于100mm范围内抛光；
8)使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的TA1或TA2的钛丝，以高纯氩气作为保护气体，焊接电流为50-150A，焊接速度为50-200mm/min,气体流量为 10-20L/min。
步骤1)中，所述的双面坡口为左右对称的X型结构，且上部为下窄上宽的等腰梯形， 下部为∧形；等腰梯形的底部宽度为4-8mm，∧形顶部设置在钛-钢界面下方，且距离钛- 钢界面0.5-3mm；
步骤1)中，所述的双面坡口为非对称X型坡口或K型坡口。
步骤3)中，低碳钢侧使用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊中的一种进行焊接。
步骤5)所述的纯铜是直径为0.8～3.2mm纯铜丝。
步骤6)所述的纯钒是直径为0.8～3.2mm纯钒丝。
步骤8)所述的钛层焊接选用0.8～3.2mm的TA1或TA2钛丝。
步骤7)钛层焊接完成后通过钛层表面颜色观察和渗透探伤方式进行检验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明坡口设计简单，易于加工。
2、本发明采用的焊接方法均为手工易操作的方法，使用灵活，工艺稳定，便携性好。
3、中间层材料选用市面上常见纯铜、纯钒金属，大幅降低中间层材料的成本，应用性高。
4、本发明采用纯铜与纯钒的双中间层材料，配合稳定焊接工艺，避免焊接接头裂纹 等缺陷存在，且性能满足国标要求，保证了焊接接头的完整性，避免了传统方法裂纹源的 存在。
5、采用本发明方法焊接的钛钢复合板焊接部位可承受动载荷，可用于复杂结构，扩 大了钛钢复合板的应用领域，加之钛层的耐蚀性能好，使船舶海工、桥梁、沿河海建筑等结构领域应用成为可能。
附图说明
图1是本发明的焊接坡口结构示意图。
图2是实施例3的焊接坡口结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以 下的实施方式。
见图1，一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，由厚度为1.0mm以上的TA1或TA2的 钛覆层和厚度为5.0mm以上的低碳钢组成的钛钢复合板在进行对焊时，在钢-钛界面处采 用纯铜、纯钒作为中间过渡层进行焊接，焊接方法包括以下步骤：
1)焊接坡口加工：坡口为左右对称的X型结构，且上部为下窄上宽的等腰梯形，下部为∧形；等腰梯形的底部宽度2b＝4～8mm，∧形顶部设置在钛-钢界面下方，且距离钛钢界面0.5～3mm；
2)去除0.5～3mm低碳钢，钛层侧坡口面角度B为30°～60°，低碳钢侧坡口面角度 A为30°～60°；
3)在焊接之前，用角磨去除低碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，使用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊中的任一种进行碳钢侧的焊接；
4)用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧壁；
5)使用纯铜作为中间层进行焊接，纯铜是直径为0.8～3.2mm纯铜丝，以高纯氩气作 为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10～20L/min，焊接电流为 50～150A，焊接速度70～200mm/min，使铜中间层均匀覆盖于低碳钢表面；
6)在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，纯钒采用直径为0.8～3.2mm纯钒丝，以高纯 氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10～20L/min，焊接 电流为50～150A，焊接速度70～200mm/min，使钒中间层均匀覆盖于铜层表面，阻断钢侧向钛侧的扩散；
7)对钒中间层表面进行机械处理，使其平整，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧不少于100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭；
8)使用钨极氩弧焊的方法进行钛层焊接，选用0.8～3.2mm的TA1或TA2钛丝进行焊接，焊接电流为50～150A，焊接速度为50～200mm/min,气体流量为10～20L/min，焊缝成形应均匀、致密、平滑地向母材过渡，不应有裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹 渣、弧坑缺陷。
9)钛层焊接完成后通过钛层表面颜色观察和渗透探伤方式进行检验。
实施例1：
本实施例是应用在2+8mmTA2/Q235钛钢复合板的焊接，具体过程如下：
1、见图1，在坡口加工的过程中，设计为类似X型坡口，且上下为非对称结构，中心点为钛钢界面靠下移2mm，即a＝4mm，用机械加工方法去除部分碳钢，且加工为平台结 构，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，平台尺寸为2b＝6mm，钛 层侧坡口面角度B为45°，碳钢侧坡口面角度A为30°。
2、在焊接之前，首先用角磨去除碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，准备使用手工电弧焊方式进行碳钢侧的焊接，使用直径为4mm的E5015焊材，焊接参数如下：焊接 电流为180A，电压为23V，焊接速度150mm/min，焊接质量良好，满足下一步焊接要求。
3、将试样翻面，用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧 壁。
4、进行纯铜中间层的焊接(铜丝直径为1.2mm)，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，具体焊接参数如下：气体流量为15L/min，焊接电流为100A，焊接速度80mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷。
5、在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊 的方法进行焊接操作，气体流量为15L/min，焊接电流为100A，焊接速度90mm/min，使 钒层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷。
6、对钒表面进行适当的机械处理，保证其平整性，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭。
7、使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的TA2的钛丝，(钛丝直径 2.4mm)，焊接电流为90A，焊接速度为90mm/min，气体流量为10L/min，焊缝成形均匀、 致密、平滑地向母材过渡，无裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺 陷的存在。
8、焊接完成后通过钛层表面呈淡蓝色，符合颜色要求，且着色渗透探伤检验合格。
9、接头力学性能检验均满足国标要求，耐腐蚀性能与母材一致。
实施例2：
本实施例是应用在2+10mmTA2/Q345钛钢复合板的焊接，具体过程如下：
1、见图1，在坡口加工的过程中，设计为类似X型坡口，且上下为非对称结构，中心点为钛钢界面靠下移2mm，即a＝4mm，用机械加工方法去除部分碳钢，且加工为平台结 构，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，平台尺寸为2b＝5mm，钛 层侧坡口面角度B为45°，碳钢侧坡口面角度A为30°。
2、在焊接之前，首先用角磨去除碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，准备使用气保焊方式进行碳钢侧的焊接，使用直径为1.2mm的ER70S～6焊丝，保护气体为80％氩气 +20％二氧化碳气体，焊接参数如下：焊接电流为150A，电压为23V，焊接速度140mm/min， 焊接质量良好，满足下一步焊接要求。
3、将试样翻面，用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧 壁。
4、进行纯铜中间层的焊接，铜丝直径为1.6mm，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，具体焊接参数如下：气体流量为15L/min，焊接电流为90A，焊接速度80mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷。
5、在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，钒丝直径为1.2mm，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为15L/min，焊接电流为90A，焊接 速度80mm/min，使钒层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷。
6、对钒表面进行机械处理，保证其平整性，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭。
7、使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的TA2的钛丝，钛丝直径为2.4mm，以高纯氩气作为保护气体，焊接电流为100A，焊接速度为90mm/min，气体流 量为10L/min，焊缝成形均匀、致密、平滑地向母材过渡，无裂纹、未熔合以及超出规定 的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺陷的存在。
8、焊接完成后通过钛层表面呈淡蓝色，符合颜色要求，且着色渗透探伤检验合格。
9、接头力学性能检验均满足国标要求，耐腐蚀性能与母材一致。
实施例3：
本实施例是应用在2+8mmTA2/Q235钛钢复合板的焊接，具体过程如下：
1、见图2，在坡口加工的过程中，设计为类似K型坡口，中心点为钛钢界面靠下移2mm，即a＝4mm，用机械加工方法去除部分碳钢，且加工为平台结构，使得结合面更清晰， 便于中间层材料焊接，避免元素扩散，平台尺寸为b＝4mm，钛层侧坡口面角度B为45°， 碳钢侧坡口面角度A为30°。
2、在焊接之前，首先用角磨去除碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，准备使用手工电弧焊方式进行碳钢侧的焊接，使用直径为4mm的E5015焊材，焊接参数如下：焊接 电流为180A，电压为23V，焊接速度150mm/min，焊接质量良好，满足下一步焊接要求。
3、将试样翻面，用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧 壁。
4、进行纯铜中间层的焊接(铜丝直径为1.2mm)，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，具体焊接参数如下：气体流量为16L/min，焊接电流为110A，焊接速度90mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷。
5、在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊 的方法进行焊接操作，气体流量为15L/min，焊接电流为100A，焊接速度90mm/min，使 钒层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷。
6、对钒表面进行适当的机械处理，保证其平整性，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭。
7、使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的TA2的钛丝，(钛丝直径 2.4mm)，焊接电流为90A，焊接速度为90mm/min，气体流量为10L/min，焊缝成形均匀、 致密、平滑地向母材过渡，无裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺 陷的存在。
8、焊接完成后通过钛层表面呈淡蓝色，符合颜色要求，且着色渗透探伤检验合格。
9、接头力学性能检验均满足国标要求，耐腐蚀性能与母材一致。
Claims (8)
1.一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，由厚度为1.0mm以上的TA1或TA2的钛覆层和厚度为5.0mm以上的低碳钢组成的钛钢复合板在进行对焊时，在钢-钛界面处采用纯铜、纯钒作为中间过渡层进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)焊接坡口加工：双面坡口的交接点在钛-钢界面下方，且距离钛-钢界面0.5-3mm；
2)去除0.5-3mm低碳钢，钛层侧坡口面角度为30°～60°，低碳钢侧坡口面角度为30°～60°；
3)在焊接之前，清理低碳钢侧待焊区，进行低碳钢侧焊接；
4)对双面坡口内清理；
5)使用纯铜作为中间层进行焊接，以高纯氩气作为保护气体，采用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10-20L/min，焊接电流为50～150A，焊接速度70～200mm/min；
6)在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10～20L/min，焊接电流为50～150A，焊接速度70～200mm/min；
7)对钒中间层表面进行机械平整处理，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧不少于100mm范围内抛光；
8)使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的TA1或TA2的钛丝，以高纯氩气作为保护气体，焊接电流为50-150A，焊接速度为50-200mm/min,气体流量为10-20L/min。
3.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤1)中，所述的双面坡口为左右对称的X型结构，且上部为下窄上宽的等腰梯形，下部为∧形；等腰梯形的底部宽度为4-8mm，∧形顶部设置在钛-钢界面下方，且距离钛-钢界面0.5-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤1)中，所述的双面坡口为非对称X型坡口或K型坡口。
5.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤3)中，低碳钢侧使用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊中的一种进行焊接。
6.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤5)所述的纯铜是直径为0.8～3.2mm纯铜丝。
7.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤6)所述的纯钒是直径为0.8～3.2mm纯钒丝。
8.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤8)所述的钛层焊接选用0.8～3.2mm的TA1或TA2钛丝。
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