CN1850418A - 钛钢复合材料缺陷的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是对钛钢复合材料生产过程中缺陷进行修复的方法。其工艺包括预清理、补爆、堆焊、打磨。本发明的优点：适用于钛覆层在5mm以上的钛类复合材料修复，使爆炸复合后的钛钢复合材料的缺陷完全修复，且修复部位的力学性能和化学成分等技术指标达到或超过GB8547－87规定的数据。其结合面化学成分梯度、结合强度、力学性能和标准钛类复合材料相符。修复过程中不影响缺陷区域周边钛复合材料的各种技术指标，修复后的区域不变形，不产生新的缺陷。因使用钛薄板(一般厚度为1－3mm，优先选用1.5－2mm))进行爆炸衬底，爆炸中形成的冲击力相对较小，对周边钛覆层的影响可以忽略不计。该修复工艺大大提高了钛类复合材料的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及的是对钛钢复合材料生产过程中缺陷进行修复的方法。属于钛类复合材料技术领域。
背景技术
目前，对钛类复合材料的修复基本上是采用钛贴条焊接的办法，也即在缺陷区(或对接接头区)衬垫钛或铜条，然后在衬条上面把钛贴条焊接到原复合钛板上。国内有些厂家也在实验性使用爆炸修复法修复钛类复合材料，在修复厚度3mm以下的缺陷区时得到了预期的效果。但用该方法修复厚度超过3mm以上的钛类复合材料时，由于炸药量的增加，炸药爆轰稳定距离、威力等因素的影响，修复效果难以达到预期的目的。另一个因素是由于钛类复合材料本身的爆炸焊接窗口很窄，结合强度较其它复合材料低(JB4733-1996规定：不锈钢复合板B1级：τb≥210MPa；JB/T4748--2002规定：镍钢复合板B1级τb≥200MPa；GB8547-87规定：钛钢复合板B0级τb≥196MPa，B1级τb≥138MPa)。进行厚钛类复合材料缺陷区域爆炸修复时，容易造成修复区域周边钛复层的开裂或结合强度减低，从而限制了厚钛复层的爆炸修复。典型的修复工艺是进行二次补爆。但对于厚度大于5mm的钛板来说，由于补爆过程中炸药的冲击作用，往往引起补爆区域周边原钛复层结合面强度的降低或开裂，达不到完美修复的目的，给以后设备的使用留下隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种全新的、实用的钛钢复合材料缺陷的修复方法，它可有效的克服现有技术所存在的在修复厚度超过3mm以上的钛类复合材料时，容易造成修复区域周边钛复层的开裂或结合强度减低等缺陷，
本发明的技术解决方案：钛钢复合材料缺陷的修复方法，其工艺包括预清理、预打磨、小能量补爆、堆焊、打磨。
所述的预清理工艺是在修复缺陷区域的低层进行打磨预处理，去除缺陷区域表面上存在的氧化物层；
所述的预打磨工艺，对缺陷区域已复合的钛层打磨出45°的坡口，实现爆炸焊接的薄钛衬层无缺陷的和周边钛复层进行冶金结合。
预先对钛钢复合材料进行一次热处理和校平，处理温度为450-550℃，优选510℃，时间根据复合板材料厚度而定，一般范围为2-8小时。以消除所述复合材料因爆炸在内部形成的应力；
所述的补爆工艺是进行薄钛板的衬底爆炸焊接；爆炸复合用钛薄板衬垫底层厚度选用δ＝1-3mm，优先选用δ＝1.5--2mm。爆炸焊接复合用炸药爆速选用2300-2800m/S。优先选用2500m/S。
所述的堆焊工艺是在已爆炸衬垫薄钛板上分一次或多次堆焊至预定高度，优先选用堆焊高度高于原钛复层1-1.5mm，施焊过程中，采用纯度为99.99％的高存氩气保护，能够得到高质量的堆焊效果。堆焊厚度3-12mm，堆焊焊丝选用Φ2.0-4.0mm，优先选用Φ3.2mm。每次堆焊厚度h＝0.5-1mm，优先选用h＝0.8mm。
本发明的优点：适用于钛复层在5mm以上的钛类复合材料修复，使爆炸复合后的钛钢复合材料的缺陷完全修复，且修复部位的力学性能和化学成份等技术指标达到或超过国家标准GB8547-87规定的数据。其结合面化学成份梯度、结合强度、力学性能和标准钛类复合材料相符。修复过程中不影响缺陷区域周边钛复合材料的各种技术指标，修复后的区域不变形，不产生新的缺陷。因使用钛薄板(一般厚度为1-3mm，优先选用1.5-2mm))进行爆炸衬底，爆炸中形成的冲击力相对较小，对周边钛复层的影响可以忽略不计。这种修复技术大大提高了钛类复合材料的成品率。
具体实施方式
实施例1
钛复层在5mm的钛钢复合材料修复，
一、预清理工艺，对钛钢复合材料进行一次热处理和效平，处理温度为450℃，时间8小时。以消除所述复合材料因爆炸在内部形成的应力；在修复缺陷区域的底层用手提砂轮机，使用100#砂轮打磨，去除缺陷区域表面上存在的氧化物层；
二、预打磨工艺，用手提砂轮机，使用60#砂轮对缺陷区域已复合的厚钛层打磨出45°的坡口，实现爆炸焊接的薄钛衬层无缺陷的和周边钛复层进行冶金结合。
三、补爆工艺，对薄钛板的衬底进行爆炸焊接，爆炸复合用钛薄板衬垫底层厚度选用δ＝1mm，优先选用δ＝1.5mm，爆炸焊接复合用炸药爆速选用2300m/S。
四、堆焊工艺，在已爆炸衬垫薄钛板上一次性堆焊，堆焊厚度3mm，高于原钛复层1mm，施焊过程中，堆焊焊丝选用Φ2.0mm。采用纯度为99.99％的高存氩气保护
实施例2
钛复层在6mm的钛钢复合材料修复，一、预清理工艺，对钛钢复合材料进行一次热处理和校平，热处理温度为550℃，优选510℃，时间根据复合板材料厚度而定，一般范围为2小时。以消除所述复合材料因爆炸在内部形成的应力；在修复缺陷区域的底层用手提砂轮80#砂轮打磨，去除缺陷区域表面上存在的氧化物层；
二、预打磨工艺，用手提砂轮，使用80#砂轮打磨对缺陷区域已复合的厚钛层打磨出45°的坡口，实现爆炸焊接的薄钛衬层无缺陷的和周边钛复层进行冶金结合。
三、补爆工艺，对薄钛板的衬底进行爆炸焊接，爆炸复合用钛薄板衬垫底层厚度选用δ＝3mm，优先选用δ＝2mm，爆炸焊接复合用炸药爆速选2800m/S，优先选用2500m/S。
四、堆焊工艺，在已爆炸衬垫薄钛板上分批次堆焊，每次堆焊厚度h＝1mm，优先选用h＝0.8mm，堆焊厚度12mm，高于原钛复层1.5mm，施焊过程中，堆焊焊丝选用Φ4.0mm，优先选用Φ3.2mm。采用纯度为99.99％的高存氩气保护
修复后的各种技术指标均已达到或超过GB8547--87标准。合格钛复合材料和缺陷修复区域技术指标对比如下：
(6+45)钛-20g钢复合材料结合区不同位置的化学成份(％)
| 元素 | 界面 | 钛侧 | 钢侧 | 旋涡区 |
| Ti2 | 65.54 | 91.65 | 3.25 | 4.86 |
| Fe | 34.46 | 8.35 | 96.75 | 95.14 |
(6+45)钛-20g钢修复区域不同位置的化学成份(修复区面积200×350mm)(％)
| 元素 | 界面 | 钛侧 | 钢侧 | 旋涡区 |
| Ti2 | 65.50 | 91.36 | 3.30 | 4.87 |
| Fe | 34.50 | 8.64 | 96.70 | 95.13 |
注：表中数值为三点成份的平均值，钛侧和钢侧的测量点均距结合面45微米，测量工具为扫描电镜和光谱仪。
(6+45)钛-20g钢复合材料的力学性能
| 材料 | σSMPa | σbMPa | δ/％ | 内弯 | 外弯 | τb |
| TA2(6+45) | 305 | 435 | 32 | OK | OK | 261 |
| TA2(5+40) | 310 | 425 | 30 | OK | OK | 252 |
(6+45)钛-20g钢修复区域的力学性能
| 材料 | σSMPa | σbMPa | δ/％ | 内弯 | 外弯 | τb |
| TA2(6+45) | 310 | 435 | 34 | OK | OK | 272 |
| TA2(5+40) | 315 | 430 | 32 | OK | OK | 280 |
由上表可以看出，修复后的钛类复合材料具有合格的剪切强度和其它机械性能指标。弯曲试验结果表明，复层和基层不会出现分离现象，完全满足压力容器和国标GB8547--87的标准要求。
本发明可以使用各种钛合金薄板作为缺陷区域的底部衬板，但优先选用的是未合金化的钛薄板如TA1，TA2等。特别是具有如下化学成份的钛薄板。使用的薄钛板化学成份组成如下(以元素百分比计)。
Fe：0.11，C：0.02，N：0.015，H：0.001，O：0.14，其他元素≤0.10，总和＜0.40余量为钛。
机械性能σb＝525，σs＝440，δ5＝35。
使用上述化学成份和力学性能的钛薄板(δ＝1.5mm)作为第一次爆炸焊接底层衬板，可以使用较低爆速和威力的炸药，而结合强度却比直接爆炸焊接厚钛板(δ＝5mm以上)高出1.5倍以上。此化学成份的薄钛板和待修复缺陷区域周边厚复层钛板的边缘结合强度也完全符合GB8547--87标准，
钛类复合材料在石油、化工和压力容器中将有越来越多的应用，用钛类复合材料制造的设备，内层钛耐蚀，外层钢具有高强度，两层连成一体，具有良好的导热性，克服了热应力，耐压差性能高，可以在苛刻的条件下工作。
Claims (5)
1、钛钢复合材料缺陷的修复方法，其特征是包括预清理、补爆、堆焊、打磨工艺。
所述的预清理工艺是在修复缺陷区域的低层进行打磨，去除缺陷区域表面上存在的氧化物层；所述的补爆工艺是进行薄钛板的衬底爆炸焊接；所述的堆焊工艺是在已爆炸衬垫薄钛板上分一次或多次堆焊，堆焊厚度3-12mm；
所述的打磨工艺，对缺陷区域已复合的钛层打磨出45°的坡口，实现爆炸焊接的薄钛衬层无缺陷的和周边钛复层进行冶金结合。
2、根据权利要求1所述的钛钢复合材料缺陷的修复方法，其特征所述的预清理工艺预先对钛钢复合材料进行一次热处理和校平，处理温度为450-550℃，时间2-8小时。
3、根据权利要求1所述的钛钢复合材料缺陷的修复方法，其特征是所述的补爆工艺中爆炸复合用钛薄板衬垫底层厚度选用δ＝1-3mm，爆炸焊接复合用炸药爆速选用2300-2800m/S。
4、根据权利要求1所述的钛钢复合材料缺陷的修复方法，其特征是所述的堆焊工艺选用堆焊高度高于原钛复层1-1.5mm，施焊过程中，采用纯度为99.99％的高存氩气保护，堆焊焊丝选用Ф2.0-4.0mm，多层堆焊时，每次堆焊层厚度h＝0.5-1mm。
5、根据权利要求1所述的钛钢复合材料缺陷的修复方法，其特征是选用的是未合金化的钛薄板如TA1，TA2，具有如下化学成份的钛薄板；使用的薄钛板化学成份组成如下(以元素百分比计)；
Fe：0.11，C：0.02，N：0.015，H：0.001，O：0.14，其他元素≤0.10，总和＜0.40余量为钛；机械性能σb＝525，σs＝440，δ5＝35。
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Legal Events
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Application publication date: 20061025 Assignee: Dong Chunlin | Nashun Sang | Lu Lin Assignor: Nanjing Runbang Metal Clad Material Co., Ltd. Contract record no.: 2013320000756 Denomination of invention: Repair of Defects in Titanium Steel Composites Granted publication date: 20080709 License type: Common License Record date: 20131107 |
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Change date: 20131218 Contract record no.: 2013320000756 The licensee after: Dong Chunlin The licensee after: Na Shunsang The licensee after: Lv Lin The licensee after: Li Weizhou The licensee after: Mo Xiaodong The licensee before: Dong Chunlin The licensee before: Na Shunsang The licensee before: Lv Lin |
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Address after: 211803 Star Industrial Park, Pukou District, Jiangsu, Nanjing Patentee after: Jiangsu run state new material Group Co., Ltd. Address before: 211803 Star Industrial Park, Pukou District, Jiangsu, Nanjing Patentee before: Nanjing Runbang Metal Clad Material Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20080709 Termination date: 20190511 |