CN113145994A - 一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，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，在低碳钢和钛覆层界面处采用纯铜、纯镍作为中间过渡层进行焊接。优点是：以钛镍化合物代替钛铁化合物，降低化合物的脆性，提高结构的强韧性。焊接方法采用手工易操作的方法，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、纯镍金属，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，涉及一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法。
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双层中间过渡焊接方法，使用纯铜与纯镍的双层中间过渡金属方式焊接，提高结构的强韧性，真正实现焊接接头的冶金结合，解决结构的不完整性、无法承担动载荷等技术难题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，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，在低碳钢和钛覆层界面处采用纯铜、纯镍作为中间过渡层进行焊接。
一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，包括以下步骤：
1)焊接坡口加工：双面坡口的交接点在钛铁界面向碳钢侧下移0.5-3mm处，钛层单侧角度为30-60°，碳钢单侧角度为30-60°；
2)在焊接之前，清理碳钢侧待焊区表面，进行碳钢侧的焊接；
3)对双面坡口内清理；
4)使用纯铜作为中间层进行焊接，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50-200mm/min；
5)在铜中间层的表面进行纯镍的焊接，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50-200mm/min；
6)对镍中间层表面机械平整处理，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；
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，所述的双面坡口为非对称X型坡口或K型坡口。
步骤2)中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4)所述的纯铜是直径为0.8-3.2mm纯铜丝。
步骤5)所述的纯镍是直径为0.8-3.2mm的镍丝。
步骤7)所述的钛覆层焊接选用0.8-3.2mm的TA1或TA2钛丝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、以钛镍化合物代替钛铁化合物，降低化合物的脆性。
2、本发明坡口设计简单，易于加工。
3、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。
4、中间层材料选用市面上常见纯铜、纯镍金属，大幅降低中间层材料的成本，应用性高。
5、本发明以钛镍化合物代替钛铁化合物，提高结构的强韧性，采用纯铜与纯镍的双中间层材料，配合稳定焊接工艺，焊接接头无裂纹等缺陷存在，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。
6、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是非对称X型坡口的结构示意图。
图2是焊层结构示意图。
图3是K型坡口的结构示意图。
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、图2，一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，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，在低碳钢和钛覆层界面处采用纯铜、纯镍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：非对称X型坡口，非对称X型坡口的交接点在钛铁界面向碳钢侧下移0.5-3mm处，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散；钛层单侧角度α为30-60°，碳钢单侧角度β为30-60°；
2)在焊接之前，去除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、气体保护焊中的一种进行碳钢侧的焊接，进行表面检查合格后进行下一步焊接；
3)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)使用纯铜作为中间层进行焊接，纯铜采用直径为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50-200mm/min，使铜中间层均匀覆盖于碳钢表面，无焊接缺陷，且保证铜层一定的厚度，完整阻隔铁元素向钛侧的扩散；
5)在铜中间层的表面进行纯镍的焊接，纯镍是直径为0.8-3.2mm的镍丝，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50-200mm/min，使镍中间层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷；
6)对镍中间层表面进行机械处理，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；
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，焊缝成形均匀、致密、平滑地向母材过渡，没有裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑缺陷；
8)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：
适用于在4+40mmTA2/Q235钛钢复合板的焊接，具体焊接过程如下：
1、在坡口加工的过程中，并不是开对称的X型坡口，而是交接点在钛铁界面向碳钢侧下移3mm处，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，钛层单侧角度α为45°，碳钢单侧角度β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焊条，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2.4mm)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，且铜层并未接触钛界面。
5、在铜中间层的表面进行纯镍的焊接，(镍丝直径为2.4mm)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，使镍层均匀覆盖于铜层表面，未发现裂纹等焊接缺陷。
6、对镍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TA2的钛丝，(钛丝直径2.4mm)以高纯氩气作为保护气体，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+10mmTA1/Q345钛钢复合板的焊接，具体过程如下：
1、在坡口加工的过程中，并不是开对称的X型坡口，而是在钛铁界面下移1.5mm厚，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，并且保证碳钢侧的力学性能。
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1.2mm)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，且铜层并未接触钛界面。
5、在铜中间层的表面进行纯镍的焊接，(镍丝直径为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，使镍层均匀覆盖于铜层表面，保证无裂纹等焊接缺陷的存在。
6、对镍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110mm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TA1的钛丝，(钛丝直径2.4mm)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+12mmTA1/Q345钛钢复合板的焊接，具体过程如下：
1、见图3，在坡口加工的过程中，开K型坡口，交接点在钛铁界面下移2.0mm厚，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，并且保证碳钢侧的力学性能。
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1.0mm)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12L/min，焊接电流为80A，焊接速度70mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷，且铜层并未接触钛界面。
5、在铜中间层的表面进行纯镍的焊接，(镍丝直径为1.0mm)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12L/min，焊接电流为80A，焊接速度70mm/min，使镍层均匀覆盖于铜层表面，保证无裂纹等焊接缺陷的存在。
6、对镍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110mm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TA1的钛丝，(钛丝直径2.0mm)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。
Claims (7)
1.一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，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，在低碳钢和钛覆层界面处采用纯铜、纯镍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双层中间过渡焊接方法，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铁界面向碳钢侧下移0.5-3mm处，钛层单侧角度为30-60°，碳钢单侧角度为30-60°；
2)在焊接之前，清理碳钢侧待焊区表面，进行碳钢侧的焊接；
3)对双面坡口内清理；
4)使用纯铜作为中间层进行焊接，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50-200mm/min；
5)在铜中间层的表面进行纯镍的焊接，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50-200mm/min；
6)对镍中间层表面机械平整处理，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；
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双层中间过渡焊接方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤2)中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。
5.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤4)所述的纯铜是直径为0.8-3.2mm纯铜丝。
6.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤5)所述的纯镍是直径为0.8-3.2mm的镍丝。
7.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板双层中间过渡焊接方法，其特征在于，步骤7)所述的钛覆层焊接选用0.8-3.2mm的TA1或TA2钛丝。
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