CN117206642A - 一种钛钢复合板平板对接连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛钢复合板平板对接连接方法，解决钛钢焊接时钛和铁生成脆性金属间化合物导致过渡层开裂以及由于钛和铁因热膨胀系数差异而导致的界面层开裂问题，最终解决钛钢复合板对接焊裂纹问题。包括以下步骤：步骤1，在钛钢对接焊复合板加工出梯形坡口，钛板在下钢板在上，坡口底部的钝边尺寸略大于钛层的厚度；步骤2，采用氩弧焊填钛丝方法，从背面焊完成钛层连接；步骤3，采用氩弧焊填铜丝方法从正面完成钢和钛层的过渡层连接，控制过渡层厚度约1～2mm左右；步骤4，采用熔化极气体保护焊方法，填充钢层匹配焊丝，完成钢层连接。采用本发明的方法，避免钛钢复合板焊接时脆性相的产生，减少了焊接裂纹，提高了焊接接头强度。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体来说，是一种钛钢复合板平板对接连接方法。
背景技术
钛因其优良的耐腐蚀性而被广泛应用于化学反应器、热交换器等材料，但由于其昂贵的价格，限制了其作为结构件的使用领域。钛钢复合板或复合管的开发应用，即保证钛的耐腐蚀性被充分利用，又大大减少了钛的使用量，在结构材料海洋、土木及化工领域获得广泛应用。结构材料的使用不可避免的引入焊接制造。钛钢复合板对接焊时，钛元素和铁元素相互接触会形成金属间脆性化合物，导致界面层出现裂纹等缺陷。同时钛层和钢层由于热膨胀系数差异及导热系数差异，焊接时的热量使得高温钛层和钢层在复合板的界面层产生应力集中而发生开裂。因此钛钢复合板焊接的主要难点在于过渡层的合理选择以及避免界面层的热量堆积。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛钢复合板平板对接连接方法，解决钛钢焊接时钛和铁生成脆性金属间化合物导致过渡层开裂以及由于钛和铁因热膨胀系数差异而导致的界面层开裂问题，最终解决钛钢复合板对接焊裂纹问题。
本发明的目的是这样实现的：一种钛钢复合板平板对接连接方法，包括如下步骤：
S1、在待焊的钛钢复合板的钢层加工出带钝边的梯形坡口，坡口的钝边的厚度大于钛层厚度1mm，使得钢层留出1mm厚的剩余部分；
S2、对待焊的钛钢复合板表面及坡口进行油脂清理及氧化皮清除；
S3、采用氩弧焊填充钛焊丝，首先从钛板面方向施焊，焊接时根据钛层厚度预留0.5-1mm间隙，确保钛层焊透，并将钢层的剩余1mm的部分焊透；
S4、钛层焊接完成后，将复合板翻转，使得钢板面朝上，进行过渡层焊接，采用手工氩弧焊的方式填充CuSi10填丝；
S5、过渡层焊接完成后，采用熔化极气体保护焊填充钢焊丝，完成钢层填充焊。
进一步地，梯形坡口底部宽度4mm，梯形坡口的角度为60°。
进一步地，步骤S3和步骤S4的焊接过程中，采用氩气进行焊接保护。
进一步地，在步骤S3中，采用手工焊方法，电流不大于70A，焊接时采用电弧摆动方式，以防根部侧壁不熔合。
进一步地，在步骤S5中，采用熔化极气体保护焊方法，采用100A的焊接电流进行焊接，焊接时采用电弧摆动方式，防止侧壁未熔合，完成第一道钢层焊接。
进一步地，当第一道钢层焊接完成后，待完全冷却下来，进行后续的钢层焊接，以完成盖面焊；盖面焊所采用的焊接电流值大于第一道钢层焊接所采用的焊接电流值。
本发明的有益效果在于：
主要针对钛钢复合板对接焊中易出现的裂纹问题，采用合适的填充材料并配合坡口设计，避免钛和铁在高温下接触形成金属间脆性化合物引起的裂纹，以及钛钢复合板界面由于高温热膨胀差异引起的引力导致的界面开裂；
开带有钝边的梯形坡口，采用CuSi10焊丝作为过渡层填充材料，配合摆动方式进行焊接，该方法可有效解决钛钢复合板对接接时导致的焊接裂纹问题。
附图说明
图1是本发明的工艺示意图。
图2是采用本发明所述焊接方法的焊缝金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，提出了一种钛钢复合板平板对接连接方法，包括如下步骤：
S1、在待焊的钛钢复合板的钢层加工出带钝边的梯形坡口，坡口的钝边的厚度大于钛层厚度1mm，使得钢层留出1mm厚的剩余部分，梯形坡口底部宽度4mm，梯形坡口的角度为60°，坡口钝边的尺寸大于钛层的厚度；
S2、对待焊的钛钢复合板表面及坡口进行油脂清理及氧化皮清除；
S3、采用氩弧焊填充钛焊丝，首先从钛板面方向施焊，也即钛层在上，钢层在下，焊接时根据钛层厚度预留0.5-1mm间隙(两块待连接的复合板材留出的间隙)，确保钛层焊透，并将钢层的剩余1mm的部分焊透；
S4、钛层焊接完成后，将复合板翻转，使得钢板面朝上，也即钛层在下，钢层在上，进行过渡层焊接，采用手工氩弧焊的方式填充CuSi10填丝，从而完成钢层和钛层的过渡层的连接，控制过渡层厚度约为1-2mm左右，焊接时电流小于70A，焊接时焊枪摆动，使得填充材料与剩余的钢层混合均匀，底部仅熔化少量钛层；
S5、过渡层焊接完成后，采用熔化极气体保护焊填充钢焊丝，完成钢层填充焊。
其中，步骤S3和步骤S4的焊接过程中，采用氩气进行焊接保护，可以防止钛层焊接时氧化开裂。
在钛层焊接过程中，根据钛层厚度，适当增加对接间隙，确保钛层能够完全焊透。
在步骤S3中，采用手工焊方法，电流不大于70A，焊接时采用电弧摆动方式，以防根部侧壁不熔合。
在步骤S5中，采用熔化极气体保护焊方法，采用约100A的焊接电流进行焊接，避免大电流时根部过渡层金属大量卷入熔池，导致低熔点共晶裂纹形成，焊接时采用电弧摆动方式，防止侧壁未熔合，完成第一道钢层焊接(如图1中所示的编号为3的MAG焊+钢焊丝)。
当第一道钢层焊接完成后，待完全冷却下来，进行后续的钢层焊接，以完成盖面焊(如图1中所示的编号为4的MAG焊+钢焊丝)；盖面焊所采用的焊接电流值大于第一道钢层焊接所采用的焊接电流值。
在焊接过程中，采用专门的工装固定复合板，以防止焊接过程中产生较大的变形。
针对上述技术构思，本发明提供了一个优选的实施例。
在本实施案例中，试验材料为钛钢复合板，钛层为纯钛，厚度为2mm。钢层为Q345钢，厚度为18mm。复合板总厚度为20mm厚。
步骤1：选择对接复合板，复合板长200mm，宽100mm，厚20mm，加工如图1所示的梯形坡口尺寸，其中坡口钝边长度为3mm，坡口底部宽度为4mm，坡口角度为60°。
步骤2：采用砂纸对坡口两侧的氧化皮进行处理，让后用丙酮对坡口内部及两侧进行清洗，清除油脂。
步骤3：将钛层放置上面钢层在下进行氩弧焊对接，对接焊时预留间隙为1mm。氩弧焊电流为90A，焊接速度为0.4m/min，送丝速度为0.2m/min。采用纯氩气保护，正面保护气体10L/min，尾托气体流量5L/min，完成钛层焊接。
步骤4：将复合板翻转过来，钛层在下钢层在上，进行过渡层焊接。焊接时采用CuSi10焊丝，采用手工氩弧焊方法，焊接电流为70A，焊接速度约为0.3m/min，送丝速率为0.2m/min。焊接时采用焊枪摆动的方式，使得CuSi10焊丝能够分布均匀，同时焊接时采用纯氩气作为焊接保护方式。完成过渡层焊接。
步骤5：采用熔化极活性气体保护焊方法，填充与Q345钢相匹配的钢焊丝。焊接电流为120A，焊接速度为0.5m/min，采用1:4配比的Ar和CO2混合气进行焊接。
步骤6：待复合板冷却后，再次采用熔化极气体保护焊方法，焊接电流为150A，焊接速度约为0.5m/min，采用混合气。完成钢层填充焊。后续均采用此工艺进行焊接，直至填充坡口。整个焊接过程中，均采用纯氩气作为背保护，防止钛层氧化。
采用本专利的方法焊缝横截面金相图如图2所示，整个焊缝横截面无明显裂纹，解决了钛钢复合板对接焊的裂纹问题。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种钛钢复合板平板对接连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在待焊的钛钢复合板的钢层加工出带钝边的梯形坡口，坡口的钝边的厚度大于钛层厚度1mm，使得钢层留出1mm厚的剩余部分；
S2、对待焊的钛钢复合板表面及坡口进行油脂清理及氧化皮清除；
S3、采用氩弧焊填充钛焊丝，首先从钛板面方向施焊，焊接时根据钛层厚度预留0.5-1mm间隙，确保钛层焊透，并将钢层的剩余1mm的部分焊透；
S4、钛层焊接完成后，将复合板翻转，使得钢板面朝上，进行过渡层焊接，采用手工氩弧焊的方式填充CuSi10填丝；
S5、过渡层焊接完成后，采用熔化极气体保护焊填充钢焊丝，完成钢层填充焊。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板平板对接连接方法，其特征在于：梯形坡口底部宽度4mm，梯形坡口的角度为60°。
3.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板平板对接连接方法，其特征在于：步骤S3和步骤S4的焊接过程中，采用氩气进行焊接保护。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板平板对接连接方法，其特征在于：在步骤S3中，采用手工焊方法，电流不大于70A，焊接时采用电弧摆动方式，以防根部侧壁不熔合。
5.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板平板对接连接方法，其特征在于：在步骤S5中，采用熔化极气体保护焊方法，采用100A的焊接电流进行焊接，焊接时采用电弧摆动方式，防止侧壁未熔合，完成第一道钢层焊接。
6.根据权利要求5所述的一种钛钢复合板平板对接连接方法，其特征在于：当第一道钢层焊接完成后，待完全冷却下来，进行后续的钢层焊接，以完成盖面焊；盖面焊所采用的焊接电流值大于第一道钢层焊接所采用的焊接电流值。
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