CN115635161A - 一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层及焊接方法，它涉及焊接技术领域，本发明要解决钛/钢复合板过渡层焊接中“危险点”—钛/钢界面区的过度熔化和铜过渡层与钢之间的渗透裂纹的问题。本发明的过渡层，钛/钢界面处的过渡层为纯镍、纯铜和纯铌，在钛/钢界面横向使用铜作为过渡层进行焊接；所述的钛/钢复合板中的钛覆层厚度为1mm以上，钢覆层厚度为7mm以上。方法为：装配，试件开坡口，堆焊纯铜熔覆层，按自熔打底焊‑钢基板焊接‑镍过渡层焊接‑铜过渡层焊接‑铌过渡层焊接‑钛过渡层焊接的顺序进行焊接。本发明对钛/钢界面处进行精准的(小范围)、有效的(低热输入)保护、对铜和钢之间进行隔离。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及钛/钢复合板的一种纵向三层过渡配合横向过渡层的过渡焊接方法。
背景技术
钛/钢复合板兼具钛合金和钢的优点，在具有较高强度的同时，还具有优异的抗腐蚀性能，且相较于钛合金成本更低，在石油化工设备，压力容器等领域有着广阔的应用前景。从工艺适应性的要求来看，熔化焊工艺是最适合钛/钢复合板的焊接工艺。目前钛/钢复合板焊接主要以钛板搭接焊和对接焊、复合板过渡焊工艺为主。采取搭接结构存在结构臃肿，盖板间存在明显缝隙等问题；在此基础上发展的对接焊工艺克服了接头结构不合理的问题；而过渡层焊接可以解决上述的问题，但也面临着更多的冶金问题。
钛/钢复合板在进行熔化焊接时存在一系列问题，一方面，钛与钢的线胀系数，热导率等物理性质差异巨大，二者直接焊接时会出现较大的应力和变形；另一方面，钛与钢的冶金相容性很差，在焊接过程中钛与钢的相互溶入会导致脆硬的金属间化合物TiFe，TiFe2的生成，严重降低了接头的力学性能。
目前一些学者就上述问题展开了钛/钢复合板过渡焊接的相关研究，公开号为CN102699484B的专利公开了一种使用纯铌作为过渡层进行钛/钢复合板焊接的焊接方法，其坡口为V型坡口，过渡层与钛覆层都使用惰性气体保护焊，焊接顺序为钢层-过渡层-钛层；公开号为CN103785962B的专利公开了一种使用纯钒作为过渡层进行钛/钢复合板焊接的焊接方法，钛侧开矩形坡口，钢侧直接对接装配，钢侧使用等离子焊焊透，使用钨极氩弧焊堆焊0.5-1mm厚的钒层后使用熔化极气体保护焊堆焊钛层；公开号为CN106112263B的专利公开了一种以T2紫铜作为过渡层的钛/钢复合板焊接方法，开V型坡口且钛层留有短边，焊接时均使用激光焊接，焊接顺序为钛层-过渡层-钢层；公开号为CN108067732A的专利公开了一种以钼作为过渡层的钛/钢复合板焊接方法，坡口形式及焊接顺序与CN106112263B相近，过渡层使用钼作为过渡层；公开号为CN107984054B的专利公开了一种镍及镍基合金作为过渡层的钛/钢复合板焊接方法，该方法均采用钨极氩弧焊进行焊接，开V型坡口且钛侧留有平台，先在钛侧坡口表面堆焊了镍隔离层，再使用镍填充坡口后进行钛盖面。
公开号为CN113145994A的专利公开了一种使用铜镍的双过渡层钛/钢复合板焊接方法，开X型坡口，钛侧焊接方法均为钨极氩弧焊，焊接顺序为钢基层-铜层-镍层-钛盖面；公开号为CN113319405B的专利公开了一种使用铜钒或铜铌作为过渡层的钛/钢复合板双丝熔化极气保焊方法，该方法均采用熔化极气体保护焊，包括CMT与脉冲两种方式，采用双丝的焊接方式并采用两种方式的组合，开X型坡口，焊接顺序为钢打底-铜层-铌层-钛层-钢基层，铜层焊接是在钢侧打底焊之后进行，采用双丝CMT/脉冲MIG覆盖住钛/钢界面；钢铁研究总院的安同邦提出了一种以铜铌作为过渡层的钛/钢复合板焊接方法，该方法开X型坡口，且在钛侧留有平台，焊接顺序为铜过渡-铌层-钛层-钢层。焊接方法均采用钨极氩弧焊，装配后在坡口表面焊接一层铜过渡层，铌层焊接填满平台以下坡口，未全覆盖铜层，然后按顺序完成其他层的焊接。
CN110238504B公开了一种钛合金与钢高强度扩散连接方法，该方法采用镍、铜、铌为复合中间层进行钛合金和钢的真空扩散连接，提高了钛合金与钢的连接强度。该专利所提出的扩散焊接工艺方法只适用于单一异种金属的焊接，无法用于钛/钢复合板的焊接。
综上所述，目前钛/钢复合板过渡层焊接可以分为单层过渡焊接和双层过渡焊接。单层过渡焊接时，无论是采用铜过渡层焊接，还是采用铌过渡层焊接，都容易在钛侧或钢侧中的一侧出现大量的脆硬的金属间化合物，引起接头力学性能的下降甚至裂纹产生。双层过渡焊接时，采用铜/铌双金属过渡焊接，钛侧焊接时的冶金性能得到了改善，但是，在装配后进行铜层的焊接时，电弧会因坡口的角度而产生偏离，导致坡口处钛覆层产生一定的熔化而向下流淌，使铜层中混入大量的钛元素，产生大量的脆硬金属间化合物。同时，在铜与钢进行焊接时，铜与钢的熔点相差较大，焊接时容易出现渗透裂纹，也会导致接头性能下降。
除了纵向的过渡形式外，钛/钢界面处的横向过渡也尤为重要，该处钛/钢复合板界面处金属存在熔化风险，已有方法都只是从纵向隔离钛和钢的角度出发，设计过渡层材料，但现有的方法未对“危险点”--钛/钢复合板界面处进行保护，在焊接热源的影响下该处钛、铁极易相互扩散形成化合物层，且该处存在过渡层与母材之间的作用，元素混杂，十分容易形成脆硬的金属间化合物，这会大大降低接头的力学性能。整体隔离的方法，对坡口就行全面覆盖，虽然保护了界面区，但同时过渡层材料和钛、钢母材在钨极氩弧焊的较大热输入下大面积接触，同样带来冶金相容性问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决钛/钢复合板过渡层焊接中“危险点”—钛/钢界面区的过度熔化和铜过渡层与钢之间的渗透裂纹的问题，提供了一种改进钛/钢复合过渡层材料设计和焊接工艺，提出对钛/钢界面处进行精准的(小范围)、有效的(低热输入)保护策略和对铜和钢之间进行隔离的措施。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
待焊接试件装配之前，首先借助夹具将已开坡口试件的焊接面调整至平焊位置，采用CMT焊接方法堆焊纯铜熔覆层，熔覆层厚度1-3mm，宽度2-4mm，保证熔覆层覆盖钛/钢界面。
将待焊接试件进行装配，按自熔打底焊-钢基板焊接-镍过渡层焊接-铜过渡层焊接-铌过渡层焊接-钛过渡层焊接的顺序进行焊接。
首先采用TIG焊接方法进行钢基板的焊接。在完成焊接钢基板打底焊和填充焊之后，采用TIG焊接方法在钢打底焊表面焊接一薄层镍，镍层厚度1-2mm，保证镍过渡层焊后覆盖住钛/钢界面以下的钢基板。然后，使用纯铜焊丝采用CMT焊接方法摆动焊接纯铜过渡层，摆动频率1-10Hz，摆动幅度1-2mm，铜焊道边缘距钛覆板表面1-2mm。在焊接铌过渡层时，第一层使用小规范TIG焊接方法焊接薄层的铌避免铜层的过度熔化，第二层使用正常规范TIG焊接方法来焊接较厚的铌层进一步隔离铜元素。最后，使用纯钛焊丝采用TIG焊接方法焊接钛盖面层。
本发明的一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层，钛/钢界面处的过渡层为纯镍、纯铜和纯铌，在钛/钢界面横向使用铜作为过渡层进行焊接；所述的钛/钢复合板中的钛覆层厚度为1mm以上，钢覆层厚度为7mm以上。
进一步地，所述的钛覆层为TA2钛覆层，所述的钢覆层为低碳钢覆层。
本发明的一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层的焊接方法，该焊接方法包含以下步骤：
1)待焊接试件装配之前，首先借助夹具将已开坡口试件的焊接面调整至平焊位置，在试件的焊接面堆焊纯铜熔覆层，熔覆层厚度1-3mm，宽度2-4mm，保证熔覆层覆盖钛/钢界面；
2)将待焊接试件进行装配，按自熔打底焊-钢基板焊接-镍过渡层焊接-铜过渡层焊接-铌过渡层焊接-钛过渡层焊接的顺序进行焊接；
所述的镍过渡层焊接是通过如下方式实现：在完成钢基板打底焊和填充焊之后，采用TIG焊接方法在钢打底焊表面焊接一层镍，镍层厚度为1-2mm，保证镍过渡层焊后覆盖住钛/钢界面以下的钢基板；
所述的纯铜过渡层焊接是通过如下方式实现：使用纯铜焊丝焊接纯铜过渡层，摆动频率为1-10Hz，摆动幅度为1-2mm，铜焊道边缘距钛覆板表面距离为1-2mm；
所述的铌过渡层焊接是通过如下方式实现：铌过渡层焊接是进行两层焊接，第一层采用TIG的焊接条件为：焊接电流为130-140A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为5-6mm/s，焊接厚度小于等于1mm的铌层；第二层采用的TIG焊接条件为：焊接电流为140-160A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为6-7mm/s，焊接厚度为1.5-2.5mm的铌层。
所述的自熔打底焊是通过如下方式实现：首先采用TIG焊接方法进行焊缝两端的点固焊接，再采用TIG焊接方法进行坡口的不填丝对接打底焊接。
所述的钢基板焊接是通过如下方式实现：采用钢焊丝使用CMT焊接方法进行摆动焊接一道成型。
所述的钛过渡层焊接是通过如下方式实现：使用纯钛焊丝采用TIG焊接方法焊接钛盖面层。
进一步地，所述的坡口为留有钝边的X型坡口或V型坡口。
进一步地，所述的X型坡口的交接点在钛/钢界面以下1-3mm，留0.5-1mm钝边，钛侧坡口角度为80-90°，钢侧坡口角度为60-90°；V型坡口加工至钢侧，钢侧留有1-2mm钝边。
进一步地，步骤1)中使用CMT进行焊接覆铜层。
进一步地，所述的焊接覆铜层的厚度为1-2mm。
进一步地，所述的铌过渡层焊接中第一层的焊接电流为130-140A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为5-6mm/s；第二层的焊接电流为140-160A，焊接速度为1-2mm/s，送丝速度为6-7mm/s。
进一步地，所述的纯铜过渡层焊接采用CMT焊接方法、摆动焊接或单层单道成形。
进一步地，所述的铌过渡层第一层厚度小于1mm，所述的铌过渡层第二层厚度为1.5mm-2.5mm。
本发明的有益效果是，
(1)采用镍作为第一层过渡层隔离铜与铁，可以有效隔离铜与铁直接焊接时产生的渗透裂纹，显著提高焊缝的强度。通过图5可以看到，不采用镍作为过渡层进行隔离时，出现了若干道长度约为0.1μm的渗透裂纹；而采用镍作为过渡层进行隔离时，不存在渗透裂纹。
(2)采用铌作为第三层过渡层隔离铜与钛，第一层铺设的薄层铌可以对铜起到初步隔离的效果，较小的热输入减少了铜层的熔化量，进一步减少了熔入铌层中的铜元素，第二层焊接的较厚铌层可以进一步阻止铜元素的扩散，防止其与钛接触，减少了钛铜相互接触产生的钛铜化合物。如图6所示，采用单层的铌工艺时，产生了若干道长度在0.3mm-0.8mm范围内的裂纹；采用双层铌的工艺时，无裂纹的生成。
(3)采用铜作为第二层中间过渡层，铜与镍和铌都具有良好的冶金相容性，与二者均不产生脆硬化合物，焊缝组织较好，且铜层作为软金属，可以缓和接头中的变形及残余应力。
(4)采用CMT焊接覆铜层的方法，对“危险点”—钛/钢界面区进行精准的(小范围)、有效的(低热输入)保护，一方面通过改变试板的角度进行覆铜层的焊接，避免了偏离的电弧熔化钛层使其向下流淌，另一方面通过采用CMT分别进行两块预对接板材的焊接，极大的降低了热输入。通过图4可以看到，采用上述CMT焊接工艺进行焊接的覆铜层中的化合物的数量很少，且尺寸很小；而采用TIG焊焊接工艺进行焊接的覆铜层中存在大量，尺寸很大的化合物。
附图说明
图1是本发明的坡口结构示意图，包括X型坡口和大V型坡口；
图2是本发明的覆铜焊道放大结构示意图及光学显微镜照片；
图3是本发明的覆铜焊道放大结构光学显微镜照片；
图4为采用TIG焊接覆铜(上)与CMT焊接覆铜(下)的对比图；
图5为有无镍层过渡的焊缝效果对比图，无镍层过渡(左)，有镍层过渡(右)；
图6为单层铌与双层铌裂纹情况的对比图，单层铌过渡(左)，双层铌过渡(右)；
图7为本发明覆铜层焊接时工装卡具的示意图；
图8为本发明X型坡口及大V型坡口焊缝示意图；
附图中各标号的含义：1-界面处覆铜焊缝，2-镍焊缝，3-钢焊缝，4-铜焊缝，5-铌焊缝，6-钛焊缝，7-钛板，8-钢板。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细的描述，但应指出本发明的实施方式不局限于以下的实施方式。
参考图1，本发明设计的钛/钢复合板坡口结构图，参考图2和3，本发明所述的一种钛/钢复合板三层中间层过渡焊接的方法，由厚度为1-3mm的TA2钛覆层和厚度为7-10mm低碳钢组成的钛/钢复合板在进行对焊时，在钛/钢界面处使用镍，铜，铌进行过渡焊接，焊接方法包括以下步骤：
1)加工X型或大V型焊接坡口，X型坡口的交接点在钛/钢界面以下1-3mm左右，留0.5-1mm钝边，钛侧坡口角度为60-90°，钢侧坡口角度为60-90°；大V型坡口加工至钢侧，钢侧留有1-2mm钝边。对坡口及坡口附近进行清理，清理范围应距离坡口边缘不小于15mm，清理后该区域不应有油，水，锈，氧化层等，表面应露出金属光泽。
坡口的尺寸、角度范围的设计可以保证过渡层焊接过程焊枪的可达性，同时不降低焊接效率；配合本专利中的工艺参数，可以实现所设计的镍铜铌三层过渡的效果。
2)将两块板依次放在倾角可调的夹具上进行焊接，通过调整角度使钛/钢界面处保持水平，再使用纯铜焊丝进行CMT焊接，焊枪在钛/钢界面处靠近钛侧约0.1mm，焊接电流70-90A，焊接速度130-150cm/min，送丝速度15-25cm/min，依次完成界面处铜层的焊接，覆铜层厚度为1-2mm。
采用该焊接条件的CMT覆铜层焊接，热输入较低，可以有效减少钛/钢界面处的熔化，使钛/钢界面仅产生微熔，进一步减少了钛/钢界面处脆硬金属间化合物的生成。水平的焊接角度还避免了电弧的偏吹引起的钛层金属熔化而向下流淌混入覆铜层。
3)将复合板进行装配，纵向间隙误差不得超过0.1mm，装配后形成V型坡口。使用钨极氩弧焊在坡口两端进行点固，再使用钨极氩弧焊进行自熔打底焊接，焊接电流100-130A，焊接速度2-4mm/s，单面焊双面成型。
4)用角磨的方式对背面进行清根，并用工业酒精擦拭坡口内部和外壁，使用H08Mn2Si焊丝进行CMT摆动焊接，焊接电流130-150A，焊接速度3-5mm/s，送丝速度6-8mm/s，对于X型坡口，焊接一次成型填满坡口，余高小于1mm；对于大V型坡口，焊接参数同上，焊后钢焊缝表面应在钛/钢界面处1-2mm以下。
采用CMT焊接钢基层有效减少了焊接的道数(TIG需要多道)，减少了焊接过程中的热输入，有效减少了焊接过程中的应力和变形。
5)清理钛侧坡口，使用纯镍焊丝作为过渡层进行第一层过渡层的钨极氩弧焊。焊接一道即可，焊接时钨极距母材表面小于1mm保证镍的铺展，焊接电流150-170A，焊接速度0.5-2mm/s，送丝速度4-6mm/s，应保证镍铺展至钛/钢界面以下。
采用镍进行过渡，与两侧金属(铜和钢)冶金性都较为良好，实现了本发明所述的避免铜与钢之间的渗透裂纹的问题。该焊接工艺参数改善了镍的流动性，在该参数下镍可以实现良好的铺展。
6)对镍中间层进行平整处理，同时使用角磨机对其表面及焊接坡口进行清理，抛光后使用工业酒精进行擦拭。
7)使用纯铜焊丝进行CMT摆动焊接，焊接电流150-170A，焊接速度6-8mm/s，送丝速度6-8mm/s，摆动频率为4-6Hz，摆动幅度为1-2mm。焊接一道成型，焊后焊缝在钛层表面以下1-2mm，并覆盖覆铜焊道。
采用CMT摆动焊接工艺可以大幅降低纯铜层焊接过程中的热输入，避免了对钛/钢界面产生较大的热影响；减少了焊接的道数，提高了焊接效率。
8)对铜中间层进行平整处理，同时使用角磨机对其表面及焊接坡口进行清理，清理后使用工业酒精进行擦拭。
9)使用纯铌焊丝进行钨极氩弧焊，焊接时要求铌层盖住铜层，第一层的热输入较小，每道的焊接电流为130-140A，焊接速度为1-2mm/s，送丝速度为5-6mm/s；第二层使用大的热输入，每道的焊接电流为140-160A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为6-7mm/s，严格控制层间温度，每道焊接后都进行清理及平直处理。
第一层热输入小，较小的热输入减少了铜层的熔化量，减少了熔入铌层中的铜元素；第二层焊接的较厚铌层可以进一步阻止铜元素的扩散，防止其与钛接触，减少了钛铜相互接触产生的钛铜化合物。
10)使用纯钛焊丝进行钨极氩弧焊，焊接时钛层为了保证防腐性应焊接至少两层，焊接电流130-150A，焊接速度1-3mm/s，送丝速度5-7mm/s，气体流量为10-20L/min，钛层焊后余高应小于2mm，焊缝成形均匀，致密，无裂纹，咬边，未熔合等缺陷。
实施案例1：
适用于在2mm+8mmTA2/Q235钛钢复合板上的焊接，具体的焊接过程如下：
1)加工X型焊接坡口，坡口的交接点在钛/钢界面以下3mm，留1mm钝边，钛侧坡口做2mm圆角处理，钛侧坡口角度为90°，钢侧坡口角度为90°。对坡口及坡口附近进行清理，清理范围应距离坡口边缘不小于15mm，清理后该区域不应有油，水，锈，氧化层等，表面应露出金属光泽。
2)将两块板依次放在倾角可调的夹具上进行焊接，通过调整角度使钛/钢界面处保持水平，再使用纯铜焊丝进行CMT焊接，焊枪在钛/钢界面处靠近钛侧约0.1mm，焊接电流70A，焊接速度140cm/min，送丝速度20cm/min，依次完成界面处铜层的焊接，覆铜层厚度为2mm。
3)将复合板进行装配，纵向间隙误差不得超过0.1mm，装配后两侧形成V型坡口。使用钨极氩弧焊在坡口两端进行点固，再使用钨极氩弧焊进行自熔打底焊接，焊接电流120A，焊接速度2mm/s，单面焊双面成型。
4)用角磨的方式对背面进行清根，并用工业酒精擦拭坡口内部和外壁，使用H08Mn2Si焊丝进行CMT摆动焊接，焊接电流140A，焊接速度4.6mm/s，送丝速度6.67mm/s，焊接一次成型填满坡口，余高小于1mm。
5)清理钛侧坡口，使用纯镍焊丝作为过渡层进行第一层过渡层的钨极氩弧焊。焊接一道即可，焊接时钨极距母材表面小于1mm保证镍的铺展，焊接电流160A，焊接速度1.5mm/s，送丝速度5mm/s，应保证镍铺展至钛/钢界面以下。
6)对镍中间层进行平整处理，同时使用角磨机对其表面及焊接坡口进行清理，清理后使用工业酒精进行擦拭。
7)使用纯铜焊丝进行CMT摆动焊接，焊接电流160A，焊接速度6.67mm/s，送丝速度6.67mm/s，摆动频率为5Hz，摆动幅度为1.5mm。焊接一道成型，焊后焊缝在钛层表面以下2mm。
8)对铜中间层进行平整处理，同时使用角磨机对其表面及焊接坡口进行清理，清理后使用工业酒精进行擦拭。
9)使用纯铌焊丝进行钨极氩弧焊，焊接时要求铌层盖住铜层，第一层每道的焊接电流为130A，焊接速度为2mm/s，送丝速度为5mm/s；第二层使用大的热输入，每道的焊接电流为160A，焊接速度为3mm/s，送丝速度为6mm/s，严格控制层间温度，每道焊接后都进行清理及平直处理。
10)使用纯钛焊丝进行钨极氩弧焊，焊接时钛层为了保证防腐性应焊接至少两层，焊接电流140A，焊接速度2mm/s，送丝速度6.67mm/s，气体流量为15L/min，钛层焊后余高应小于2mm，焊缝成形均匀，致密，无裂纹，咬边，未熔合等缺陷。
实施案例2：
适用于在(2mm+9mm)TA2/Q235钛钢复合板上开大V型坡口的焊接，具体的焊接过程如下：
1)加工大V型焊接坡口，坡口的交界点在钢侧，钝边1-2mm，坡口角度90°，坡口与平面相接处做2-3mm圆角处理。对坡口及坡口附近进行清理，清理范围应距离坡口边缘不小于15mm，清理后该区域不应有油，水，锈，氧化层等，表面应露出金属光泽。
2)将两块待焊试板依次放在倾角可调的夹具上进行焊接，通过调整角度使钛/钢界面处保持水平，再使用纯铜焊丝进行CMT焊接，焊枪在钛/钢界面处靠近钛侧约0.1mm，焊接电流60A，焊接速度140cm/min，送丝速度20cm/min，依次完成界面处铜层的焊接，覆铜层厚度为1.5mm。
3)将复合板进行装配，纵向间隙误差不得超过0.1mm，装配后钛侧形成V型坡口，钢侧为直接对接。使用钨极氩弧焊在坡口两端进行点固，再使用钨极氩弧焊进行自熔打底焊接，焊接电流160A，焊接速度2mm/s，单面焊双面成型。
4)用角磨的方式对背面进行清根，并用工业酒精擦拭坡口内部和外壁，使用H08Mn2Si焊丝进行CMT摆动焊接，焊接电流130A，焊接速度5mm/s，送丝速度5.7mm/s，焊后钢焊缝厚度约为4mm，在钛/钢界面以下2mm处。
5)清理钛侧坡口，使用纯镍焊丝作为过渡层进行第一层过渡层的钨极氩弧焊。焊接一道即可，焊接时钨极距母材表面小于1mm保证镍的铺展，焊接电流160A，焊接速度1.5mm/s，送丝速度5mm/s，应保证镍铺展至钛/钢界面以下。
6)对镍中间层进行平整处理，同时使用角磨机对其表面及焊接坡口进行清理，清理后使用工业酒精进行擦拭。
7)使用纯铜焊丝进行CMT摆动焊接，焊接电流140A，焊接速度8mm/s，送丝速度5.2mm/s，摆动频率为5Hz，摆动幅度为1.5mm。焊接一道成型，焊后焊缝在钛层表面以下2mm并覆盖住覆铜焊道。
8)对铜中间层进行平整处理，同时使用角磨机对其表面及焊接坡口进行清理，清理后使用工业酒精进行擦拭。
9)使用纯铌焊丝进行钨极氩弧焊，焊接时要求铌层盖住铜层，第一层的热输入较小，每道的焊接电流为130A，焊接速度为1.5mm/s，送丝速度为5mm/s；第二层使用大的热输入，每道的焊接电流为150A，焊接速度为2mm/s，送丝速度为6mm/s，严格控制层间温度，每道焊接后都进行清理及平直处理。
10)使用纯钛焊丝进行钨极氩弧焊，焊接时钛层为了保证防腐性应焊接至少两层，焊接电流130A，焊接速度2mm/s，送丝速度6.67mm/s，气体流量为10L/min，钛层焊后余高应小于2mm，焊缝成形均匀，致密，无裂纹，咬边，未熔合等缺陷。
图3为实施例1，2的光学显微镜照片，通过图3的覆铜焊道放大结构光学显微镜照片可知覆铜界面覆盖效果良好，钛/钢界面没有产生较多的熔化。
图4(下)为实施例1的焊接覆铜效果图，通过图4的TIG焊接覆铜，以及CMT焊接覆铜对比图可知采用上述CMT焊接工艺进行焊接覆铜层，可以有效减少覆铜层中脆性金属间化合物的数量和尺寸。
图5(右)为实施例2的焊缝效果图，通过图5的无镍层过渡的焊缝效果对比图可知镍过渡层可以有效防止铜与钢直接焊接产生的渗透裂纹问题，采用了镍作为铜与钢的中间过渡层的焊缝组织良好，无渗透裂纹。
图6为实施例2(双层铌)与单层铌焊接时的裂纹对比图，通过图6的单层铌与双层铌裂纹情况的对比图可知双层铌可以有效避免单层铌焊接时过多的铜元素混入而导致钛铜化合物生成产生而产生裂纹的问题，双层铌的工艺下无裂纹产生。
Claims (10)
1.一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层，其特征在于，钛/钢界面处的过渡层为纯镍、纯铜和纯铌，在钛/钢界面横向使用铜作为过渡层进行焊接；所述的钛/钢复合板中的钛覆层厚度为1mm以上，钢覆层厚度为7mm以上。
2.根据权利要求1所述的一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层，其特征在于，所述的钛覆层为TA2钛覆层，所述的钢覆层为低碳钢覆层。
3.采用权利要求1所述的一种焊接钛/钢复合板三层中间过渡层的焊接方法，其特征在于，该焊接方法包含以下步骤：
1)待焊接试件装配之前，首先借助夹具将已开坡口试件的焊接面调整至平焊位置，在试件的焊接面堆焊纯铜熔覆层，熔覆层厚度1-3mm，宽度2-4mm，保证熔覆层覆盖钛/钢界面；
2)将待焊接试件进行装配，按自熔打底焊-钢基板焊接-镍过渡层焊接-铜过渡层焊接-铌过渡层焊接-钛过渡层焊接的顺序进行焊接；
所述的镍过渡层焊接是通过如下方式实现：在完成钢基板打底焊和填充焊之后，采用TIG焊接方法在钢打底焊表面焊接一层镍，镍层厚度为1-2mm，保证镍过渡层焊后覆盖住钛/钢界面以下的钢基板；
所述的纯铜过渡层焊接是通过如下方式实现：使用纯铜焊丝焊接纯铜过渡层，摆动频率为1-10Hz，摆动幅度为1-2mm，铜焊道边缘距钛覆板表面距离为1-2mm；
所述的铌过渡层焊接是通过如下方式实现：铌过渡层焊接是进行两层焊接，第一层采用TIG的焊接条件为：焊接电流为130-140A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为5-6mm/s，焊接厚度小于等于1mm的铌层；第二层采用的TIG焊接条件为：焊接电流为140-160A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为6-7mm/s，焊接厚度为1.5-2.5mm的铌层。
4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述的坡口为留有钝边的X型坡口或V型坡口。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述的X型坡口的交接点在钛/钢界面以下1-3mm，留0.5-1mm钝边，钛侧坡口角度为80-90°，钢侧坡口角度为60-90°；V型坡口加工至钢侧，钢侧留有1-2mm钝边。
6.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，步骤1)中使用CMT进行焊接覆铜层。
7.根据权利要求3或6所述的焊接方法，其特征在于，所述的焊接覆铜层的厚度为1-2mm。
8.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述的铌过渡层焊接中第一层的焊接电流为130-140A，焊接速度为2-3mm/s，送丝速度为5-6mm/s；第二层的焊接电流为140-160A，焊接速度为1-2mm/s，送丝速度为6-7mm/s。
9.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述的纯铜过渡层焊接采用CMT焊接方法、摆动焊接或单层单道成形。
10.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述的铌过渡层第一层厚度小于1mm，所述的铌过渡层第二层厚度为1.5mm-2.5mm。
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- 2022-10-24 CN CN202211303804.XA patent/CN115635161A/zh active Pending
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