CN117655678A - 一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，属于电解铜箔生产设备领域。包括以下步骤：准备TA1工业纯钛板及T2工业纯铜板；将TA1钛板和T2铜板异种金属板材进行错位爆炸复合焊接；将钛铜爆炸复合板进行卷圆；对卷圆后钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，其中内部铜焊缝采用熔化极氩弧焊，外部钛焊缝采用搅拌摩擦焊；对外部钛焊缝进行局部激光加热处理，实现钛焊缝与母材材料的均匀一致。本发明提供的制备方法实现了钛铜异种不相容金属间的稳定连接，简化了阴极辊用钛筒的生产工序，提高了生产效率，减少了阴极辊用钛筒的车削废料量，降低了阴极辊制造过程中的材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及电解铜箔生产设备技术领域，具体而言涉及一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法。
背景技术
阴极辊是生产电解铜箔的关键设备，铜箔是在阴极辊表面电沉积生成，是阴极辊表面晶体结构的延续，阴极辊表面微观组织形态决定了电解铜箔亮面的形态。随着电解铜箔领域的迅速发展，对具有低密度、高导电性及高耐腐蚀性能的材料需求量越来越大。阴极辊在电解铜箔生产中作为阴极浸在硫酸铜电解液中,铜离子沉积在阴极辊的表面,被连续剥离，因而阴极辊的制备在材料的选材方面需同时考虑材料的耐蚀性及导电性。TA1工业纯钛具有良好的抗腐蚀性能，但其导电性较差，仅为铜的导电能力的3％左右，为此开发纯钛TA1和紫铜T2的爆炸复合板，兼顾了纯钛TA1的耐酸腐蚀特性和紫铜T2的优异的导电特性。
目前，针对阴极辊外部筒体的制备，主要为旋压方式制备TA1筒体，然后与铜钢结构进行热装配，该方式会因筒体圆度不良导致外部钛筒体与内部铜钢支撑结构贴合不均，从而引起阴极辊在使用过程中导电不均匀及局部出现氧化亮斑。
中国专利CN102489942B公开了一种阴极辊用无缝钛筒制造方法，选用的钛铸锭块的化学成分(重量百分比)为：Fe＜0.06，O＜0.06，C＜0.02，N＜0.02，H＜0.01，其它杂质元素单个＜0.05，其它元素含量总和＜0.2。对选用的钛铸锭块经过扩孔和拔长后得到钛筒的环轧成型前的毛坯件。将经过车加工的旋压毛坯加热，并经过3～4道次旋压得到初成型的阴极辊钛筒；对初成型的阴极辊钛筒退火热处理，最终得到成型后的阴极辊钛筒。该发明经过合理的参数控制，得到的钛筒的椭圆度≤3mm，直径公差≤2mm，壁厚公差≤0.5mm，微观组织金相检测晶粒度6～8级。但由于该阴极辊用无缝钛筒无法实现椭圆度和直线度为0，故后续与导电及支撑结构进行热装配时会出现贴合不良的现象，从而导致阴极辊在后期使用过程中出现导电不均及局部出现氧化亮斑的现象。
中国专利CN1740403A公开了一种大规格钛阴极辊筒体的制造方法及用此材料制作的复合型大电流阴极辊，其制造方法是：将钛板两端加热后模压，使之成型出一定高度的凸缘；将钛板卷制成圆筒，使模压成型出的凸缘对接，并对接缝处焊满；将焊缝处加热后进行锻造，将锻造后的焊缝轧制，最后将钛筒整体热处理。用此材料制作的复合型大电流阴极辊的主轴沿轴向位于辊筒内，辊筒通过导电轮、铜导电板与主轴固定连接，辊筒两端采用堵板密封，辊筒由外层钛筒，内层钢包裹铜的钢-铜复合筒通过热装形成。该发明采用端部模压成型的方法加工出可锻造量的高度，简单可行，锻造时不易形成折叠现象，锻造后再经过轧制，可使焊缝组织进一步改善，生产的钛筒成本低，质量高。用此材料制作的阴极辊能保证大电流输入时导电的均匀性，输入电流35000A时辊筒表面不过热，提高了辊面的电流密度及箔材的产量和质量，延长了阴极辊的使用寿命。但由于焊接钛筒无法实现椭圆度和直线度为0，故后续与导电及支撑结构进行热装配时会出现贴合不良的现象，从而导致阴极辊在后期使用过程中出现导电不均及局部出现氧化亮斑的现象。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，将原有的旋压成形阴极辊用钛筒与铜钢结构进行热装配改为错位爆炸复合钛铜板后卷圆焊接，解决了阴极辊因圆度不良导致外部钛筒体与内部铜钢支撑结构贴合不均，从而引起阴极辊在使用过程中导电不均匀及局部出现氧化亮斑的难题，实现了钛铜异种不相容金属间的稳定连接，简化了阴极辊用钛筒的生产工序，提高了生产效率，减少了阴极辊用钛筒的车削废料量，降低了阴极辊制造过程中的材料成本。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备TA1工业纯钛板及T2工业纯铜板；
步骤二、将TA1工业纯钛板和T2工业纯铜板异种金属板材进行错位爆炸复合焊接；
步骤三、将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆；
步骤四、对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，其中内部铜焊缝采用熔化极氩弧焊，外部钛焊缝采用搅拌摩擦焊；
步骤五、对外部钛焊缝进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理及再次校形操作。
进一步地，所述步骤一中，TA1工业纯钛板的晶粒等级为9.5～10.5级，长度为8460mm，其允许偏差为0～+10mm，宽度为1450～1550mm，厚度为18～22mm，板材规定宽度的不平度≤3mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝300～310Mpa，表面粗糙度Ra＝1.6～3.2μm，主要成分(w/％)：Ti≥99.70％，杂质成分(w/％)：Fe≤0.045％，O≤0.05％，C≤0.02％，N≤0.02％，H≤0.002％，其他单一杂质元素质量分数≤0.05％，总和≤0.2％，板材的制造方法为热轧，供货状态为退火状态，板材边部平齐、无裂口、卷边，表面光洁、无裂纹、起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角。T2工业纯铜板的长度为8460mm，其允许偏差为0～+10mm，宽度为1450～1550mm，厚度为14～18mm，板材规定宽度的不平度≤3mm/m，表面粗糙度Ra＝1.6～3.2μm，板材表面不得存在裂纹、起皮、凹坑，板材内部不允许出现裂纹等缺陷。
进一步地，所述步骤二中，将TA1工业纯钛板和T2工业纯铜板异种金属板材进行错位爆炸复合焊接，其中T2工业纯铜板置于水平砧座上，TA1工业纯钛板悬置于T2工业纯铜板上，二者之间的倾斜角度为12～14°，TA1工业纯钛板上依次叠放缓冲层和炸药，炸药上引出雷管，所述错位式钛铜爆炸复合焊接的错位距离为462～478mm。
进一步地，所述步骤三中，将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆的具体操作为，将制备完成的错位式钛铜爆炸复合板安装于工作轴辊材质均为42CrMo的四辊卷板机上，继而进行对中、退料、预弯和卷制操作，最后将错位式钛铜爆炸复合板卷制成筒体，其中筒体的椭圆度≤0.5mm，筒体的直线度≤0.5mm。
进一步地，所述步骤四中，对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接具体操作为，先对开口处进行坡口加工及焊前清理，内部T2工业纯铜板开双U形坡口，无间隙，钝边尺寸为2.5～3.5mm，坡口角度为26～32°，外部TA1工业纯钛板无需开坡口，打磨TA1工业纯钛板的开口处和T2工业纯铜板的坡口部位，之后用金属清洗剂对二者表面进行清洗，然后用清水冲洗，再用无水乙醇对二者开口及坡口处进行擦拭。所述内部铜焊缝采用熔化极氩弧焊进行焊接，采用恒压电源直流反接，焊丝选用HS201，焊丝直径2.5～3mm，焊接电流为500～600A，焊接电压为30～35V，焊接速度为15～21/m.h-1，保护气体为99.99～99.999％的高纯氩气，气流量为25～30L/min，焊前对T2工业纯铜板进行预热，预热温度为445～455℃，焊接下一层前需及时清理焊缝表面的氧化物。所述外部钛焊缝采用搅拌摩擦焊，驱动搅拌头旋转使搅拌针下扎至TA1工业纯钛板中，其搅拌针材料为硬质合金WC，搅拌针转速为1800～2400rpm，焊接速率为60～160mm/min，焊具采用分体式设计。
进一步地，所述步骤五中，对外部钛焊缝进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理再次校形操作。其中，所述对外部钛焊缝进行局部高温处理是采用激光加热法对外部钛焊缝进行局部高温处理，激光功率为1200～1400W，离焦量为80～100mm，激光移动速度为45～60mm/min。所述对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理操作为，将筒体放入井室电阻炉中进行热处理，消除焊缝中残余应力并均匀焊缝组织，热处理温度为535～545℃，保温时间为70～82min，随炉冷却至室温，所述热处理工艺可实现钛焊缝与母材晶粒的均匀性，晶粒等级为9.5～10.5级。所述再次校形操作为待热处理后的错位式钛铜爆炸复合筒体冷却至室温后，将其安装至四辊卷板机上进行再次校形处理，保证筒体的最终直线度≤0.08mm，椭圆度≤0.08mm。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，具有以下几点优势：
(1)本发明针对阴极辊用外部筒体材料需同时具备高耐蚀性、高导电性的需求，采用爆炸复合法实现铜钛异种金属的结合，同时实现阴极辊对耐蚀性、导电性的要求；
(2)本发明提出错位式钛铜爆炸复合，解决了钛铜爆炸复合板卷圆后异种金属不相容无法实现焊接的难题，使卷圆后的钛铜爆炸复合筒体开口处的焊接实现铜与铜焊接、钛与钛焊接；
(3)本发明针对钛铜爆炸复合筒体开口处的焊接，考虑铜材和钛材焊接性的差异以及阴极辊对外部钛材晶粒度均匀性的要求，其内部铜材T2的焊接采用熔化极氩弧焊以保证中厚铜板的焊接质量，外部钛材TA1的焊接采用搅拌摩擦焊以抑制焊缝处的晶粒长大；
(4)本发明针对钛铜爆炸复合筒体外部搅拌摩擦焊钛焊缝，采用激光局部高温处理后再对钛铜爆炸复合筒体整体进行热处理，实现了阴极辊对外部钛筒体晶粒均匀性以及晶粒等级的要求。
附图说明
图1为钛铜爆炸复合筒体制备示意图；
图2为错位式钛铜爆炸复合板制备示意图；
图3为错位式钛铜爆炸复合板示意图；
图4为钛铜爆炸复合结合界面图；
图5为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1450mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1母材的晶粒形貌；
图6为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1450mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1热影响区的晶粒形貌；
图7为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1450mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1焊缝的晶粒形貌；
图8为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1500mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1母材的晶粒形貌；
图9为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1500mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1热影响区的晶粒形貌；
图10为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1500mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1焊缝的晶粒形貌；
图11为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1550mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1母材的晶粒形貌；
图12为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1550mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1热影响区的晶粒形貌；
图13为本发明所制备的直径2700mm、宽幅1550mm的阴极辊用炸复合筒体外部钛材TA1焊缝的晶粒形貌。
其中，1-TA1工业纯钛板；2-T2工业纯铜板；3-外部钛焊缝；4-搅拌摩擦焊；5-内部铜焊缝；6-熔化极氩弧焊；7-钛铜爆炸复合结合界面；8-错位距离；9-砧座；10-缓冲层；；11-炸药；12-雷管；13-倾斜角度。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备TA1工业纯钛板1及T2工业纯铜板2；
步骤二、将TA1工业纯钛板1和T2工业纯铜板2异种金属板材进行错位爆炸复合焊接；形成钛铜爆炸复合结合界面7；
步骤三、将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆；
步骤四、对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，其中内部铜焊缝5采用熔化极氩弧焊6，外部钛焊缝3采用搅拌摩擦焊4；
步骤五、对外部钛焊缝3进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理及再次校形操作。
所述步骤一中的TA1工业纯钛板1及T2工业纯铜板2，其中，TA1工业纯钛板1晶粒等级为10.5级，长度为8464mm，宽度为1450mm，厚度为18mm，板材宽度的不平度＝1.5mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝308Mpa，表面粗糙度Ra＝1.6μm，主要成分(w/％)：Ti＝99.83％，杂质成分(w/％)：Fe＝0.032％，O＝0.03％，C＝0.012％，N＝0.0011％，H＝0.0016％，板材为热轧、退火态，板材边部平齐、无裂口、卷边，表面光洁、无裂纹、起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角。T2工业纯铜板2长度为8464mm，宽度为1450mm，厚度为14mm，板材规定宽度的不平度＝2mm/m，表面粗糙度Ra＝3.2μm，板材表面无裂纹、起皮、凹坑存在，板材内部未出现裂纹等缺陷。
所述步骤二中的将TA1工业纯钛板1和T2工业纯铜板2异种金属板材进行错位爆炸复合焊接，如图2和图3所示，其中T2工业纯铜板2置于水平砧座9上，TA1工业纯钛板1悬置于T2工业纯铜板2上，二者之间的倾斜角度13为12-14°，TA1工业纯钛板1上依次叠放缓冲层10和炸药11，炸药11上引出雷管12，所述错位式钛铜爆炸复合焊接的错位距离8为465mm。
所述步骤三中的将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆为将制备完成的错位式钛铜爆炸复合板安装于工作轴辊材质均为42CrMo的四辊卷板机上，继而进行对中、退料、预弯和卷制操作，最后将错位式钛铜爆炸复合板卷制成筒体，其中筒体的椭圆度＝0.4mm，筒体的直线度＝0.3mm。
所述步骤四中的对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，如图1所示，其中先对开口处进行坡口加工及焊前清理，内部T2工业纯铜板2开双U形坡口，无间隙，钝边尺寸为3mm，坡口角度为26°，外部TA1工业纯钛板1无需开坡口，打磨TA1工业纯钛板1的开口处和T2工业纯铜板2的坡口部位，之后用金属清洗剂对二者表面进行清洗，然后用清水冲洗，再用无水乙醇对二者开口及坡口处进行擦拭。所述内部铜焊缝5采用熔化极氩弧焊6进行焊接，采用恒压电源直流反接，焊丝选用HS201，焊丝直径2.5mm，焊接电流为525A，焊接电压为30V，焊接速度为18/m.h-1，保护气体为99.999％的高纯氩气，气流量为28L/min，焊前对T2工业纯铜板2进行预热，预热温度为445℃，焊接下一层前需及时清理焊缝表面的氧化物。所述外部钛焊缝3采用搅拌摩擦焊4，驱动搅拌头旋转使搅拌针下扎至TA1工业纯钛板1中，其搅拌针材料为硬质合金WC，搅拌针转速为2200rpm，焊接速率为120mm/min，焊具采用分体式设计。
所述步骤五中的对外部钛焊缝3进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理再次校形操作。其中，所述对外部钛焊缝3进行局部高温处理是采用激光加热法对外部钛焊缝3进行局部高温处理，激光功率为1350W，离焦量为95mm，激光移动速度为55mm/min。所述对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理操作为将筒体放入井室电阻炉中进行热处理，消除焊缝中残余应力并均匀焊缝组织，热处理温度为535℃，保温时间为82min，随炉冷却至室温，所述热处理工艺可实现钛焊缝与母材晶粒的均匀性，晶粒等级为10.5级，图5、图6、图7分别为其外部钛材TA1母材、热影响区及焊缝处的晶粒形貌。所述再次校形操作为待热处理后的错位式钛铜爆炸复合筒体冷却至室温后，将其安装至四辊卷板机上进行再次校形处理，筒体的最终直线度＝0.06mm，椭圆度＝0.05mm。
实施例2
一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备TA1工业纯钛板1及T2工业纯铜板2；
步骤二、将TA1工业纯钛板1和T2工业纯铜板2异种金属板材进行错位爆炸复合焊接；形成钛铜爆炸复合结合界面7；
步骤三、将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆；
步骤四、对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，其中内部铜焊缝5采用熔化极氩弧焊6，外部钛焊缝3采用搅拌摩擦焊4；
步骤五、对外部钛焊缝3进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理及再次校形操作。
所述步骤一中的TA1工业纯钛板1及T2工业纯铜板2，其中，TA1工业纯钛板1晶粒等级为10.0级，长度为8462mm，宽度为1500mm，厚度为20mm，板材宽度的不平度＝2mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝304Mpa，表面粗糙度Ra＝1.6μm，主要成分(w/％)：Ti＝99.84％，杂质成分(w/％)：Fe＝0.029％，O＝0.032％，C＝0.011％，N＝0.0018％，H＝0.0012％，板材为热轧、退火态，板材边部平齐、无裂口、卷边，表面光洁、无裂纹、起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角。T2工业纯铜板2长度为8462mm，宽度为1500mm，厚度为16mm，板材规定宽度的不平度＝2mm/m，表面粗糙度Ra＝3.2μm，板材表面无裂纹、起皮、凹坑存在，板材内部未出现裂纹等缺陷。
所述步骤二中的将TA1工业纯钛板1和T2工业纯铜板2异种金属板材进行错位爆炸复合焊接，如图2和图3所示，其中T2工业纯铜板2置于水平砧座9上，TA1工业纯钛板1悬置于T2工业纯铜板2上，二者之间的倾斜角度13为12-14°，TA1工业纯钛板1上依次叠放缓冲层10和炸药11，炸药11上引出雷管12，所述错位式钛铜爆炸复合焊接的错位距离8为469mm。
所述步骤三中的将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆为将制备完成的错位式钛铜爆炸复合板安装于工作轴辊材质均为42CrMo的四辊卷板机上，继而进行对中、退料、预弯和卷制操作，最后将错位式钛铜爆炸复合板卷制成筒体，其中筒体的椭圆度＝0.3mm，筒体的直线度＝0.3mm。
所述步骤四中的对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，如图1所示，其中先对开口处进行坡口加工及焊前清理，内部T2工业纯铜板2开双U形坡口，无间隙，钝边尺寸为3mm，坡口角度为30°，外部TA1工业纯钛板1无需开坡口，打磨TA1工业纯钛板1的开口处和T2工业纯铜板2的坡口部位，之后用金属清洗剂对二者表面进行清洗，然后用清水冲洗，再用无水乙醇对二者开口及坡口处进行擦拭。所述内部铜焊缝5采用熔化极氩弧焊6进行焊接，采用恒压电源直流反接，焊丝选用HS201，焊丝直径2.5mm，焊接电流为540A，焊接电压为32V，焊接速度为19/m.h-1，保护气体为99.999％的高纯氩气，气流量为28L/min，焊前对T2工业纯铜板2进行预热，预热温度为450℃，焊接下一层前需及时清理焊缝表面的氧化物。所述外部钛焊缝3采用搅拌摩擦焊4，驱动搅拌头旋转使搅拌针下扎至TA1工业纯钛板1中，其搅拌针材料为硬质合金WC，搅拌针转速为2200rpm，焊接速率为120mm/min，焊具采用分体式设计。
所述步骤五中的对外部钛焊缝3进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理再次校形操作。其中，所述对外部钛焊缝3进行局部高温处理是采用激光加热法对外部钛焊缝3进行局部高温处理，激光功率为1350W，离焦量为95mm，激光移动速度为55mm/min。所述对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理操作为将筒体放入井室电阻炉中进行热处理，消除焊缝中残余应力并均匀焊缝组织，热处理温度为540℃，保温时间为76min，随炉冷却至室温，所述热处理工艺可实现钛焊缝与母材晶粒的均匀性，晶粒等级为10.0级，图8、图9、图10分别为其外部钛材TA1母材、热影响区及焊缝处的晶粒形貌。所述再次校形操作为待热处理后的错位式钛铜爆炸复合筒体冷却至室温后，将其安装至四辊卷板机上进行再次校形处理，筒体的最终直线度＝0.05mm，椭圆度＝0.05mm。
实施例3
一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、准备TA1工业纯钛板1及T2工业纯铜板2；
步骤二、将TA1工业纯钛板1和T2工业纯铜板2异种金属板材进行错位爆炸复合焊接；形成钛铜爆炸复合结合界面7；
步骤三、将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆；
步骤四、对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，其中内部铜焊缝5采用熔化极氩弧焊6，外部钛焊缝3采用搅拌摩擦焊4；
步骤五、对外部钛焊缝3进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理及再次校形操作。
所述步骤一中的TA1工业纯钛板1及T2工业纯铜板2，其中，TA1工业纯钛板1晶粒等级为10.5级，长度为8462mm，宽度为1550mm，厚度为22mm，板材宽度的不平度＝1.5mm/m，板材室温的抗拉强度Rm＝305Mpa，表面粗糙度Ra＝1.6μm，主要成分(w/％)：Ti＝99.85％，杂质成分(w/％)：Fe＝0.034％，O＝0.029％，C＝0.009％，N＝0.0006％，H＝0.0015％，板材为热轧、退火态，板材边部平齐、无裂口、卷边，表面光洁、无裂纹、起皮、氧化皮、碱洗痕迹，四个角为直角。T2工业纯铜板2长度为8462mm，宽度为1550mm，厚度为18mm，板材规定宽度的不平度＝2mm/m，表面粗糙度Ra＝3.2μm，板材表面无裂纹、起皮、凹坑存在，板材内部未出现裂纹等缺陷。
所述步骤二中的将TA1工业纯钛板1和T2工业纯铜板2异种金属板材进行错位爆炸复合焊接，如图2和图3所示，其中T2工业纯铜板2置于水平砧座9上，TA1工业纯钛板1悬置于T2工业纯铜板2上，二者之间的倾斜角度13为12-14°，TA1工业纯钛板1上依次叠放缓冲层10和炸药11，炸药11上引出雷管12，所述错位式钛铜爆炸复合焊接的错位距离8为476mm。
所述步骤三中的将错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆为将制备完成的错位式钛铜爆炸复合板安装于工作轴辊材质均为42CrMo的四辊卷板机上，继而进行对中、退料、预弯和卷制操作，最后将错位式钛铜爆炸复合板卷制成筒体，其中筒体的椭圆度＝0.35mm，筒体的直线度＝0.4mm。
所述步骤四中的对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板开口处进行焊接，如图1所示，其中先对开口处进行坡口加工及焊前清理，内部T2工业纯铜板2开双U形坡口，无间隙，钝边尺寸为3mm，坡口角度为32°，外部TA1工业纯钛板1无需开坡口，打磨TA1工业纯钛板1的开口处和T2工业纯铜板2的坡口部位，之后用金属清洗剂对二者表面进行清洗，然后用清水冲洗，再用无水乙醇对二者开口及坡口处进行擦拭。所述内部铜焊缝5采用熔化极氩弧焊6进行焊接，采用恒压电源直流反接，焊丝选用HS201，焊丝直径2.5mm，焊接电流为565A，焊接电压为34V，焊接速度为19/m.h-1，保护气体为99.999％的高纯氩气，气流量为28L/min，焊前对T2工业纯铜板2进行预热，预热温度为455℃，焊接下一层前需及时清理焊缝表面的氧化物。所述外部钛焊缝3采用搅拌摩擦焊4，驱动搅拌头旋转使搅拌针下扎至TA1工业纯钛板1中，其搅拌针材料为硬质合金WC，搅拌针转速为2200rpm，焊接速率为120mm/min，焊具采用分体式设计。
所述步骤五中的对外部钛焊缝3进行局部高温处理后对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理再次校形操作。其中，所述对外部钛焊缝3进行局部高温处理是采用激光加热法对外部钛焊缝3进行局部高温处理，激光功率为1350W，离焦量为95mm，激光移动速度为55mm/min。所述对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理操作为将筒体放入井室电阻炉中进行热处理，消除焊缝中残余应力并均匀焊缝组织，热处理温度为545℃，保温时间为70min，随炉冷却至室温，所述热处理工艺可实现钛焊缝与母材晶粒的均匀性，晶粒等级为10.5级，图11、图12、图13分别为其外部钛材TA1母材、热影响区及焊缝处的晶粒形貌。所述再次校形操作为待热处理后的错位式钛铜爆炸复合筒体冷却至室温后，将其安装至四辊卷板机上进行再次校形处理，筒体的最终直线度＝0.05mm，椭圆度＝0.05mm。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一、准备TA1工业纯钛板(1)及T2工业纯铜板(2)；
步骤二、将TA1工业纯钛板(1)和T2工业纯铜板(2)异种金属板材进行错位爆炸复合焊接；
步骤三、将步骤二中得到的错位式钛铜爆炸复合板进行卷圆；
步骤四、对卷圆后的错位式钛铜爆炸复合板的开口处进行焊接，其中内部铜焊缝(5)采用熔化极氩弧焊(6)，外部钛焊缝(3)采用搅拌摩擦焊(4)，得到错位式钛铜爆炸复合筒体；
步骤五、对外部钛焊缝(3)进行局部高温处理后，对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理及再次校形操作。
2.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述TA1工业纯钛板(1)的主要成分(w/％)：Ti≥99.70％，杂质成分(w/％)：Fe≤0.045％，O≤0.05％，C≤0.02％，N≤0.02％，H≤0.002％，其他单一杂质元素质量分数≤0.05％，总和≤0.2％，板材的制造方法为热轧，供货状态为退火状态。
3.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述T2工业纯铜板(2)置于水平砧座(9)上，所述TA1工业纯钛板(1)悬置于所述T2工业纯铜板(2)上，所述T2工业纯铜板(2)与所述TA1工业纯钛板(1)之间的倾斜角度(13)为12～14°，所述TA1工业纯钛板(1)上依次叠放缓冲层(10)和炸药(11)，所述炸药(11)上引出雷管(12)，所述错位式钛铜爆炸复合焊接的错位距离(8)为462～478mm。
4.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，卷圆的具体操作为，将制备完成的错位式钛铜爆炸复合板安装于四辊卷板机上，继而进行对中、退料、预弯和卷制操作，最后将错位式钛铜爆炸复合板卷制成筒体，其中筒体的椭圆度≤0.5mm，筒体的直线度≤0.5mm。
5.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，焊接之前，先对开口处进行坡口加工及焊前清理，内部T2工业纯铜板(2)开双U形坡口，无间隙，钝边尺寸为2.5～3.5mm，坡口角度为26～32°；外部TA1工业纯钛板(1)无需开坡口，打磨所述TA1工业纯钛板(1)的开口处和T2工业纯铜板(2)的坡口部位，然后用金属清洗剂对二者表面进行清洗，然后用清水冲洗，再用无水乙醇对二者开口处及坡口部位进行擦拭。
6.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，内部铜焊缝(5)采用熔化极氩弧焊(6)进行焊接时，采用恒压电源直流反接，焊丝选用HS201，焊丝直径为2.5～3mm，焊接电流为500～600A，焊接电压为30～35V，焊接速度为15～21/m.h-1，保护气体为99.99～99.999％的高纯氩气，气流量为25～30L/min，焊接前对所述T2工业纯铜板(2)进行预热，预热温度为445～455℃。
7.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，所述外部钛焊缝(3)采用搅拌摩擦焊(4)进行焊接时，驱动搅拌头旋转使搅拌针下扎至所述TA1工业纯钛板(1)中，所述搅拌针的材料为硬质合金WC，所述搅拌针转速为1800～2400rpm，焊接速率为60～160mm/min，焊具采用分体式设计。
8.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，对所述外部钛焊缝(3)进行局部高温处理是采用激光加热法对外部钛焊缝(3)进行局部高温处理，激光功率为1200～1400W，离焦量为80～100mm，激光移动速度为45～60mm/min。
9.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，对所述对错位式钛铜爆炸复合筒体进行整体热处理操作为，将复合筒体放入井室电阻炉中进行热处理，消除焊缝中残余应力并均匀焊缝组织，热处理温度为535～545℃，保温时间为70～82min，随炉冷却至室温，所述热处理工艺可实现钛焊缝与母材晶粒的均匀性，晶粒等级为9.5～10.5级。
10.如权利要求1所述的一种高导电性阴极辊用钛铜爆炸复合筒体的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，再次校形操作为待热处理后的错位式钛铜爆炸复合筒体冷却至室温后，将其安装至四辊卷板机上进行再次校形处理，保证筒体的最终直线度≤0.08mm，椭圆度≤0.08mm。
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| CN118321853A (zh) * | 2024-06-12 | 2024-07-12 | 南通安思卓新能源有限公司 | 一种制氢装备电解槽圆框的加工方法 |
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