專利名稱：鈦鋼復合材料缺陷的修復方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是對鈦鋼復合材料生產過程中缺陷進行修復的方法。屬于鈦類復合材料技術領域。
背景技術：
目前，對鈦類復合材料的修復基本上是采用鈦貼條焊接的辦法，也即在缺陷區(qū)(或對接接頭區(qū))襯墊鈦或銅條，然后在襯條上面把鈦貼條焊接到原復合鈦板上。國內有些廠家也在實驗性使用爆炸修復法修復鈦類復合材料，在修復厚度3mm以下的缺陷區(qū)時得到了預期的效果。但用該方法修復厚度超過3mm以上的鈦類復合材料時，由于炸藥量的增加，炸藥爆轟穩(wěn)定距離、威力等因素的影響，修復效果難以達到預期的目的。另一個因素是由于鈦類復合材料本身的爆炸焊接窗口很窄，結合強度較其它復合材料低(JB4733-1996規(guī)定不銹鋼復合板B1級τb≥210MPa；JB/T4748--2002規(guī)定鎳鋼復合板B1級τb≥200MPa；GB8547-87規(guī)定鈦鋼復合板B0級τb≥196MPa，B1級τb≥138MPa)。進行厚鈦類復合材料缺陷區(qū)域爆炸修復時，容易造成修復區(qū)域周邊鈦復層的開裂或結合強度減低，從而限制了厚鈦復層的爆炸修復。典型的修復工藝是進行二次補爆。但對于厚度大于5mm的鈦板來說，由于補爆過程中炸藥的沖擊作用，往往引起補爆區(qū)域周邊原鈦復層結合面強度的降低或開裂，達不到完美修復的目的，給以后設備的使用留下隱患。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷，提出一種全新的、實用的鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，它可有效的克服現(xiàn)有技術所存在的在修復厚度超過3mm以上的鈦類復合材料時，容易造成修復區(qū)域周邊鈦復層的開裂或結合強度減低等缺陷，本發(fā)明的技術解決方案鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，其工藝包括預清理、預打磨、小能量補爆、堆焊、打磨。
所述的預清理工藝是在修復缺陷區(qū)域的低層進行打磨預處理，去除缺陷區(qū)域表面上存在的氧化物層；所述的預打磨工藝，對缺陷區(qū)域已復合的鈦層打磨出45°的坡口，實現(xiàn)爆炸焊接的薄鈦襯層無缺陷的和周邊鈦復層進行冶金結合。
預先對鈦鋼復合材料進行一次熱處理和校平，處理溫度為450-550℃，優(yōu)選510℃，時間根據(jù)復合板材料厚度而定，一般范圍為2-8小時。以消除所述復合材料因爆炸在內部形成的應力；所述的補爆工藝是進行薄鈦板的襯底爆炸焊接；爆炸復合用鈦薄板襯墊底層厚度選用δ＝1-3mm，優(yōu)先選用δ＝1.5--2mm。爆炸焊接復合用炸藥爆速選用2300-2800m/S。優(yōu)先選用2500m/S。
所述的堆焊工藝是在已爆炸襯墊薄鈦板上分一次或多次堆焊至預定高度，優(yōu)先選用堆焊高度高于原鈦復層1-1.5mm，施焊過程中，采用純度為99.99％的高存氬氣保護，能夠得到高質量的堆焊效果。堆焊厚度3-12mm，堆焊焊絲選用Φ2.0-4.0mm，優(yōu)先選用Φ3.2mm。每次堆焊厚度h＝0.5-1mm，優(yōu)先選用h＝0.8mm。
本發(fā)明的優(yōu)點適用于鈦復層在5mm以上的鈦類復合材料修復，使爆炸復合后的鈦鋼復合材料的缺陷完全修復，且修復部位的力學性能和化學成份等技術指標達到或超過國家標準GB8547-87規(guī)定的數(shù)據(jù)。其結合面化學成份梯度、結合強度、力學性能和標準鈦類復合材料相符。修復過程中不影響缺陷區(qū)域周邊鈦復合材料的各種技術指標，修復后的區(qū)域不變形，不產生新的缺陷。因使用鈦薄板(一般厚度為1-3mm，優(yōu)先選用1.5-2mm))進行爆炸襯底，爆炸中形成的沖擊力相對較小，對周邊鈦復層的影響可以忽略不計。這種修復技術大大提高了鈦類復合材料的成品率。
具體實施例方式
實施例1鈦復層在5mm的鈦鋼復合材料修復，一、預清理工藝，對鈦鋼復合材料進行一次熱處理和效平，處理溫度為450℃，時間8小時。以消除所述復合材料因爆炸在內部形成的應力；在修復缺陷區(qū)域的底層用手提砂輪機，使用100#砂輪打磨，去除缺陷區(qū)域表面上存在的氧化物層；二、預打磨工藝，用手提砂輪機，使用60#砂輪對缺陷區(qū)域已復合的厚鈦層打磨出45°的坡口，實現(xiàn)爆炸焊接的薄鈦襯層無缺陷的和周邊鈦復層進行冶金結合。
三、補爆工藝，對薄鈦板的襯底進行爆炸焊接，爆炸復合用鈦薄板襯墊底層厚度選用δ＝1mm，優(yōu)先選用δ＝1.5mm，爆炸焊接復合用炸藥爆速選用2300m/S。
四、堆焊工藝，在已爆炸襯墊薄鈦板上一次性堆焊，堆焊厚度3mm，高于原鈦復層1mm，施焊過程中，堆焊焊絲選用Φ2.0mm。采用純度為99.99％的高存氬氣保護實施例2鈦復層在6mm的鈦鋼復合材料修復，一、預清理工藝，對鈦鋼復合材料進行一次熱處理和校平，熱處理溫度為550℃，優(yōu)選510℃，時間根據(jù)復合板材料厚度而定，一般范圍為2小時。以消除所述復合材料因爆炸在內部形成的應力；在修復缺陷區(qū)域的底層用手提砂輪80#砂輪打磨，去除缺陷區(qū)域表面上存在的氧化物層；二、預打磨工藝，用手提砂輪，使用80#砂輪打磨對缺陷區(qū)域已復合的厚鈦層打磨出45°的坡口，實現(xiàn)爆炸焊接的薄鈦襯層無缺陷的和周邊鈦復層進行冶金結合。
三、補爆工藝，對薄鈦板的襯底進行爆炸焊接，爆炸復合用鈦薄板襯墊底層厚度選用δ＝3mm，優(yōu)先選用δ＝2mm，爆炸焊接復合用炸藥爆速選2800m/S，優(yōu)先選用2500m/S。
四、堆焊工藝，在已爆炸襯墊薄鈦板上分批次堆焊，每次堆焊厚度h＝1mm，優(yōu)先選用h＝0.8mm，堆焊厚度12mm，高于原鈦復層1.5mm，施焊過程中，堆焊焊絲選用Φ4.0mm，優(yōu)先選用Φ3.2mm。采用純度為99.99％的高存氬氣保護修復后的各種技術指標均已達到或超過GB8547--87標準。合格鈦復合材料和缺陷修復區(qū)域技術指標對比如下(6+45)鈦-20g鋼復合材料結合區(qū)不同位置的化學成份(％)

(6+45)鈦-20g鋼修復區(qū)域不同位置的化學成份(修復區(qū)面積200×350mm)(％)

注表中數(shù)值為三點成份的平均值，鈦側和鋼側的測量點均距結合面45微米，測量工具為掃描電鏡和光譜儀。
(6+45)鈦-20g鋼復合材料的力學性能

(6+45)鈦-20g鋼修復區(qū)域的力學性能

由上表可以看出，修復后的鈦類復合材料具有合格的剪切強度和其它機械性能指標。彎曲試驗結果表明，復層和基層不會出現(xiàn)分離現(xiàn)象，完全滿足壓力容器和國標GB8547--87的標準要求。
本發(fā)明可以使用各種鈦合金薄板作為缺陷區(qū)域的底部襯板，但優(yōu)先選用的是未合金化的鈦薄板如TA1，TA2等。特別是具有如下化學成份的鈦薄板。使用的薄鈦板化學成份組成如下(以元素百分比計)。
Fe0.11，C0.02，N0.015，H0.001，O0.14，其他元素≤0.10，總和＜0.40余量為鈦。
機械性能σb＝525，σs＝440，δ5＝35。
使用上述化學成份和力學性能的鈦薄板(δ＝1.5mm)作為第一次爆炸焊接底層襯板，可以使用較低爆速和威力的炸藥，而結合強度卻比直接爆炸焊接厚鈦板(δ＝5mm以上)高出1.5倍以上。此化學成份的薄鈦板和待修復缺陷區(qū)域周邊厚復層鈦板的邊緣結合強度也完全符合GB8547--87標準，鈦類復合材料在石油、化工和壓力容器中將有越來越多的應用，用鈦類復合材料制造的設備，內層鈦耐蝕，外層鋼具有高強度，兩層連成一體，具有良好的導熱性，克服了熱應力，耐壓差性能高，可以在苛刻的條件下工作。
權利要求
1.鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，其特征是包括預清理、補爆、堆焊、打磨工藝。所述的預清理工藝是在修復缺陷區(qū)域的低層進行打磨，去除缺陷區(qū)域表面上存在的氧化物層；所述的補爆工藝是進行薄鈦板的襯底爆炸焊接；所述的堆焊工藝是在已爆炸襯墊薄鈦板上分一次或多次堆焊，堆焊厚度3-12mm；所述的打磨工藝，對缺陷區(qū)域已復合的鈦層打磨出45°的坡口，實現(xiàn)爆炸焊接的薄鈦襯層無缺陷的和周邊鈦復層進行冶金結合。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，其特征所述的預清理工藝預先對鈦鋼復合材料進行一次熱處理和校平，處理溫度為450-550℃，時間2-8小時。
3.根據(jù)權利要求1所述的鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，其特征是所述的補爆工藝中爆炸復合用鈦薄板襯墊底層厚度選用δ＝1-3mm，爆炸焊接復合用炸藥爆速選用2300-2800m/S。
4.根據(jù)權利要求1所述的鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，其特征是所述的堆焊工藝選用堆焊高度高于原鈦復層1-1.5mm，施焊過程中，采用純度為99.99％的高存氬氣保護，堆焊焊絲選用Ф2.0-4.0mm，多層堆焊時，每次堆焊層厚度h＝0.5-1mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的鈦鋼復合材料缺陷的修復方法，其特征是選用的是未合金化的鈦薄板如TA1，TA2，具有如下化學成份的鈦薄板；使用的薄鈦板化學成份組成如下(以元素百分比計)；Fe0.11，C0.02，N0.015，H0.001，O0.14，其他元素≤0.10，總和＜0.40余量為鈦；機械性能σb＝525，σs＝440，δ5＝35。
全文摘要
本發(fā)明是對鈦鋼復合材料生產過程中缺陷進行修復的方法。其工藝包括預清理、補爆、堆焊、打磨。本發(fā)明的優(yōu)點適用于鈦覆層在5mm以上的鈦類復合材料修復，使爆炸復合后的鈦鋼復合材料的缺陷完全修復，且修復部位的力學性能和化學成分等技術指標達到或超過GB8547－87規(guī)定的數(shù)據(jù)。其結合面化學成分梯度、結合強度、力學性能和標準鈦類復合材料相符。修復過程中不影響缺陷區(qū)域周邊鈦復合材料的各種技術指標，修復后的區(qū)域不變形，不產生新的缺陷。因使用鈦薄板(一般厚度為1－3mm，優(yōu)先選用1.5－2mm))進行爆炸襯底，爆炸中形成的沖擊力相對較小，對周邊鈦覆層的影響可以忽略不計。該修復工藝大大提高了鈦類復合材料的成品率。
文檔編號B23K9/04GK1850418SQ20061004017
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權日2006年5月11日
發(fā)明者史長根, 馮健, 史和慶, 史和生 申請人:南京潤邦金屬復合材料有限公司