CN114147338A - 一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，属于金属复合板爆炸加工生产技术领域。其生产工艺步骤是：(1)采用等离子拼焊工艺对钛板、2205不锈钢板进行拼接；(2)第一次爆炸焊接为纯钛TA2与基层钢板16MnⅢ；(3)钛钢复合板进行消应力退火；(4)第二次爆炸焊接为双相不锈钢板2205与钛钢复合板16MnⅢ面；(5)对钛/钢/2205三层复合板进行热校平。其优点在于，钛/钢界面、2205/钢界面结合效果良好，复合板双面既能针对不同耐蚀介质有良好的耐蚀性，又兼具良好的力学性能，还节约了稀贵金属资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种层状金属复合材料爆炸焊接制造技术领域，特别是一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法。
背景技术
钛是灰色的过渡金属，其密度小，屈强比高，有着良好的耐蚀性。虽然钛在地壳中储量丰富，但是钛与氧、氮、碳、氢等元素有极强的亲和力，且与绝大多数耐火材料在高温下都会发生反应，导致钛的提取工艺非常复杂和困难。这导致钛的生产成本高昂，严重制约钛的推广与应用。2205是一种典型的含氮、超低碳、铁素体+奥氏体双相不锈钢。自上世纪40年代在欧洲出现以来，人类始终对这种材料给予关注，而2205正是通过正确控制各合金元素比例和热处理工艺使其固溶组织中铁素体相和奥氏体相各约占50％，并严格控制氮元素含量，使其成为一种耐蚀能力明显高于普通奥氏体不锈钢的完全实用化的金属。然而2205双相不锈钢的缺点是其中Ni、Cr、Mo等合金含量高，价格昂贵，难于推广应用。
仅从耐蚀角度考虑，采用纯钛或2205制备的设备，在设备使用寿命周期内，其厚度方向有很大的富余量。这就导致完全采用钛或者完全采用2205双相不锈钢制备设备的成本高昂，如采用钛与碳钢或者2205双相不锈钢与碳钢层状金属复合材料，则有着明显的优势，它不仅兼具钛的耐蚀性和钢的强度，或者兼具2205双相不锈钢的耐蚀性和钢的强度、韧性和可焊性，还能很容易满足设备的强度设计指标，提高设备使用稳定性，显著降低制造成本，且综合性价比远远高于单一钛金属或2205双相不锈钢、钢。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，可以获得一种一侧为钛金属、一侧为2205双相不锈钢，中间为碳钢板的三层层状金属复合材料，其具有良好的结构强度与优良的耐蚀性能；该复合板适用于两种不同耐蚀介质的设备与容器制造。。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，具体生产步骤如下：
S1、当钛板与2205不锈钢板下料尺寸≤1200mm，或可直接采购整板时，无需进行拼焊作业；当下料尺寸＞1200mm，或无法采购整板时，应采用等离子焊接进行拼焊作业；
S2、第一次爆炸焊接为纯钛TA2与基层钢板16MnⅢ：复层纯钛TA2与基层16MnⅢ应采用千叶轮进行抛光处理，而后将组配好的TA2/16MnⅢ坯料放置在夯实的砂土地上，在纯钛TA2表面刷一层钙基黄油，并在其上均匀铺设一层改配的膨化硝铵炸药，起爆点放置在钛板边缘，进行爆炸焊接作业；应按照NB/T 47002.3-2019 B1级进行100％UT检验。100％UT检测，是指，采用超声检测方法，检测复合板基复层界面的结合状况，通常以结合率表示。100％则是指复合板整板做UT检测；通常我们要求结合率≥99％，或者结合率100％(起爆点除外)；起爆点除外的意思是，起爆点区域通常有≤φ25mm不贴合，这是爆炸焊接方式固有的问题。贴合率100％(起爆点除外)，是指，只有起爆点存在不贴合，其余基复层界面处全部贴合；
S3、钛钢复合板进行消应力退火：将TA2/16MnⅢ双层复合板坯料放置在电炉中进行消应力退火，热处理完成后，应对TA2/16MnⅢ双层复合板进行校平处理，不平度≤3mm/M，5mm/整体；
S4、第二次爆炸焊接为双相不锈钢板2205与钛钢复合板16MnⅢ面；对TA2/16MnⅢ的钢板表面与2205双相不锈钢表面进行抛光处理，将TA2/16MnⅢ的钛面放置在夯实的地基上，同时在钛板表面与地基之间垫上一层10mm厚度的石膏板；2205双相不锈钢表面刷一层钙基黄油，均匀铺设一层改配后的膨化硝铵炸药，雷管区放置在2205不锈钢板边缘，并与钛板TA2雷管区位置相对应；爆炸焊接后，对TA2/16MnⅢ/2205三层复合板进行100％UT，符合NB/T 47002.1-2019 B1级；
S5、对钛/钢/2205三层复合板进行热校平：将TA2/16MnⅢ/2205三层复合板放置在电炉中，350℃保温2小时后，直接出炉在油压机上进行热校平，整板不平度≤3mm/M，5mm/整体。
所述步骤S1中，等离子焊接步骤如下：将需要拼接的钛板与2205不锈钢板按拼焊规格下料，并在刨边机上开“I”型坡口；将待焊边部100mm范围内进行抛光处理，并采用无水乙醇、绸布进行清理与擦拭，最后采用钢丝刷将待焊边部进行清理；将待焊钛板与2205不锈钢板装配到等离子焊机上，采用“小孔焊”焊接工艺单面焊双面成型；焊接工艺应严格按照评定的WPS(焊接工艺规程)进行，其中钛板等离子焊接采用99.99％高纯氩作为枪气和保护气，2205双相不锈钢板采用95％Ar+5％N2作为枪气，99.98％Ar作为保护气；拼焊后对焊缝进行100％RT，应符合NB/T 47013.2-2015 Ⅱ级合格。
所述步骤S3中，TA2/16MnⅢ双层复合板坯料热处理温度为555℃±15℃，保温时间按每25mm 1个小时计算，升温速率应控制在50～80℃/h，随炉降温，降温至300℃以下出炉。
TA2/16MnⅢ一次爆炸焊接起爆点、TA2/16MnⅢ/2205二次爆炸焊接起爆点均应位于钛板TA2、2205双相不锈钢板边缘，且应在同一位置。
所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板为一面为钛金属、另一面为2205双相不锈钢，中间为碳钢板的三层层状金属复合材料；
所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板交货前应采用等离子切割方式按照成品订货尺寸进行切割，并从复合板本体上切取力学性能及耐蚀性检验试样，切割完成后再在立式车床上进行外圆机加，机加直径公差0—+3mm；
所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板成品交货前，还应进行钛TA2、2205表面抛光处理，表面光洁度≤6.3μm。
所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板，钛与钢之间的结合强度≥180MPa，2205与钢之间结合强度≥280MPa，复合板抗拉强度介于497MPa至628MPa之间，屈服强度≥322MPa，且界面结合率为100％。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的就是一种使用爆炸焊接技术,将钛、钢、2205双相不锈钢制备成一侧为钛、一侧为2205双相不锈钢三层层状金属复合材料及其技术。其不仅可以应用于两种不同的耐蚀介质设备与容器中，拓展钛与2205双相不锈钢使用范围，为我国节约稀贵金属资源，而且能明显降低钛与2205双相不锈钢的使用成本。
附图说明
图1为一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
爆炸焊接是一种采用炸药作为能源，使金属在高速、高压、倾斜碰撞产生原子间结合的特种金属加工技术，其操作简单、可使用炸药来源广泛，非常适合于大面积层状金属复合材料的加工与制备。当前，采用爆炸焊接制备的钛/钢复合板兼具钛的优良耐腐蚀性能和钢的高强度、低成本的特点，在石化电力、盐化工、交通运输、海水淡化、海洋工程和日常生活等领域应用广泛。2205双相不锈钢/钢复合板则广泛应用于真空制盐、石油化工、造纸及化肥等行业，具有很好的经济价值。
实施例1
步骤一：钛板TA2下料尺寸(mm)为6×1200×3000-2(块)、6×800×3000-1(块)，2205双相不锈钢板下料尺寸(mm)为6×1500×3000-2(块)。将待焊边部机加成“I”型坡口，并打磨、抛光、酒精擦拭、钢丝刷清理，分别采用等离子焊接进行拼焊作业，焊接参数见下表。
拼焊后对焊缝进行100％RT，应符合NB/T 47013.2-2015Ⅱ级合格。
步骤二：第一次爆炸焊接为纯钛TA2与基层钢板16MnⅢ：复层纯钛TA2与基层16MnⅢ抛光处理后表面光洁度≤2.0μm；改配的膨化硝铵炸药成分包含硝酸铵、柴油、工业盐、珍珠岩、木粉等，爆速为2000m/s，猛度为9.3mm，粒度为100目，密度为0.76g/cm3。TA2/16MnⅢ双层复合板坯料按照NB/T 47002.3-2019 B1级进行100％UT检验。
步骤三：钛钢复合板进行消应力退火：将TA2/16MnⅢ双层复合板坯料室温装炉，并在钛复层中心处放置测温热电偶，按钛/钢复合板热处理制度进行消应力退火，而后按照前述要求进行校平处理。
步骤四：第二次爆炸焊接为双相不锈钢板2205与钛钢复合板16MnⅢ面；抛光处理后表面光洁度≤2.0μm，改配的膨化硝铵炸药成分包含硝酸铵、柴油、工业盐、珍珠岩、木粉等，爆速为2200m/s，猛度为8.5mm，粒度为100目，密度为0.68g/cm3。TA2/16MnⅢ/2205三层复合板进行100％UT，符合NB/T 47002.1-2019 B1级。
步骤五：对钛/钢/2205三层复合板进行热校平：热校平时确保TA2/16MnⅢ/2205三层复合板温度应高于150℃，整板不平度≤3mm/M，5mm/整体。
所述TA2/16MnⅢ/2205三层复合板成品机加后尺寸(mm)为：6/80/8×φ2860，直径公差0—+3mm，表面光洁度≤6.3μm，钛/钢剪切强度216MPa，2205/钢剪切强度293MPa，抗拉强度586MPa，屈服强度384MPa，钛/钢、2205/钢界面100％贴合。
实施例2
步骤一：钛板TA2下料尺寸(mm)为8×1200×1500-1(块)、8×300×1500-1(块)，2205双相不锈钢板下料尺寸(mm)为10×φ1500-1(块)。将钛板待焊边部机加成“I”型坡口，并打磨、抛光、酒精擦拭、钢丝刷清理，分别采用等离子焊接进行拼焊作业，焊接参数见下表。
拼焊后对钛板焊缝进行100％RT，应符合NB/T 47013.2-2015 Ⅱ级合格。
步骤二：第一次爆炸焊接为纯钛TA2与基层钢板16MnⅢ：复层纯钛TA2与基层16MnⅢ抛光处理后表面光洁度≤2.0μm；改配的膨化硝铵炸药成分包含硝酸铵、柴油、工业盐、珍珠岩、木粉等，爆速为1900m/s，猛度为9.5mm，粒度为100目，密度为0.74g/cm3。TA2/16MnⅢ双层复合板坯料按照NB/T 47002.3-2019 B1级进行100％UT检验。
步骤三：钛钢复合板进行消应力退火：将TA2/16MnⅢ双层复合板坯料室温装炉，并在钛复层中心处放置测温热电偶，按钛/钢复合板热处理制度进行消应力退火，而后按照前述要求进行校平处理。
步骤四：第二次爆炸焊接为双相不锈钢板2205与钛钢复合板16MnⅢ面；抛光处理后表面光洁度≤2.0μm，改配的膨化硝铵炸药成分包含硝酸铵、柴油、工业盐、珍珠岩、木粉等，爆速为2200m/s，猛度为8.5mm，粒度为100目，密度为0.66g/cm3。TA2/16MnⅢ/2205三层复合板进行100％UT，符合NB/T 47002.1-2019 B1级。
步骤五：对钛/钢/2205三层复合板进行热校平：热校平时确保TA2/16MnⅢ/2205三层复合板温度应高于150℃，整板不平度≤3mm/整体。
所述TA2/16MnⅢ/2205三层复合板成品机加后尺寸(mm)为：8/50/8×φ1360，直径公差0—+3mm，表面光洁度≤6.3μm，钛/钢剪切强度196MPa，2205/钢剪切强度298MPa，抗拉强度592MPa，屈服强度389MPa，钛/钢、2205/钢界面100％贴合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于，具体生产步骤如下：
S1、当钛板与2205不锈钢板下料尺寸≤1200mm，或可直接采购整板时，无需进行拼焊作业；当下料尺寸＞1200mm，或无法采购整板时，应采用等离子焊接进行拼焊作业；
S2、第一次爆炸焊接为纯钛TA2与基层钢板16MnⅢ：复层纯钛TA2与基层16MnⅢ应采用千叶轮进行抛光处理，而后将组配好的TA2/16MnⅢ坯料放置在夯实的砂土地上，在纯钛TA2表面刷一层钙基黄油，并在其上均匀铺设一层改配的膨化硝铵炸药，起爆点放置在钛板边缘，进行爆炸焊接作业；应按照NB/T 47002.3-2019B1级进行100％UT检验；
S3、钛钢复合板进行消应力退火：将TA2/16MnⅢ双层复合板坯料放置在电炉中进行消应力退火，热处理完成后，应对TA2/16MnⅢ双层复合板进行校平处理，不平度≤3mm/M，5mm/整体；
S4、第二次爆炸焊接为双相不锈钢板2205与钛钢复合板16MnⅢ面；对TA2/16MnⅢ的钢板表面与2205双相不锈钢表面进行抛光处理，将TA2/16MnⅢ的钛面放置在夯实的地基上，同时在钛板表面与地基之间垫上一层10mm厚度的石膏板；2205双相不锈钢表面刷一层钙基黄油，均匀铺设一层改配后的膨化硝铵炸药，雷管区放置在2205不锈钢板边缘，并与钛板TA2雷管区位置相对应；爆炸焊接后，对TA2/16MnⅢ/2205三层复合板进行100％UT，符合NB/T47002.1-2019B1级；
S5、对钛/钢/2205三层复合板进行热校平：将TA2/16MnⅢ/2205三层复合板放置在电炉中，350℃保温2小时后，直接出炉在油压机上进行热校平，整板不平度≤3mm/M，5mm/整体。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，等离子焊接步骤如下：将需要拼接的钛板与2205不锈钢板按拼焊规格下料，并在刨边机上开“I”型坡口；将待焊边部100mm范围内进行抛光处理，并采用无水乙醇、绸布进行清理与擦拭，最后采用钢丝刷将待焊边部进行清理；将待焊钛板与2205不锈钢板装配到等离子焊机上，采用“小孔焊”焊接工艺单面焊双面成型；焊接工艺应严格按照评定的WPS(焊接工艺规程)进行，其中钛板等离子焊接采用99.99％高纯氩作为枪气和保护气，2205双相不锈钢板采用95％Ar+5％N2作为枪气，99.98％Ar作为保护气；拼焊后对焊缝进行100％RT，应符合NB/T 47013.2-2015Ⅱ级合格。
3.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，TA2/16MnⅢ双层复合板坯料热处理温度为555℃±15℃，保温时间按每25mm 1个小时计算，升温速率应控制在50～80℃/h，随炉降温，降温至300℃以下出炉。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：TA2/16MnⅢ一次爆炸焊接起爆点、TA2/16MnⅢ/2205二次爆炸焊接起爆点均应位于钛板TA2、2205双相不锈钢板边缘，且应在同一位置。
5.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板为一面为钛金属、另一面为2205双相不锈钢，中间为碳钢板的三层层状金属复合材料。
6.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板，应采用等离子切割方式按照成品订货尺寸进行切割，并从复合板本体上切取力学性能及耐蚀性检验试样，切割完成后再在立式车床上进行外圆机加，机加直径公差0—+3mm。
7.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板成品，应进行钛TA2、2205表面抛光处理，表面光洁度≤6.3μm。
8.根据权利要求1所述的一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法，其特征在于：所述钛钢2205双相不锈钢三层复合板，钛与钢之间的结合强度≥180MPa，2205与钢之间结合强度≥280MPa，复合板抗拉强度介于497MPa至628MPa之间，屈服强度≥322MPa，且界面结合率为100％。
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