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      一種鈦-鋼復(fù)合板中鈦復(fù)材的焊接方法

      文檔序號:3200468閱讀:335來源:國知局
      專利名稱:一種鈦-鋼復(fù)合板中鈦復(fù)材的焊接方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種金屬復(fù)合材料的焊接方法,特別是一種鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法。
      背景技術(shù)
      鈦作為一種新型的防腐材料,由于塑性韌性好、耐腐蝕和易于成型等優(yōu)點,用其制造的各種壓力容器、加熱器、反應(yīng)釜和特殊設(shè)備已在許多 行業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用,而且我國鈦資源豐富,鈦及鈦合金在我國很有發(fā)展前途。雖然鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能,但成本高,因此常與鋼制成復(fù)合板以降低制造成本。鈦-鋼復(fù)合板在國家重點發(fā)展的電力、化工、造船、制鹽、制堿、核工業(yè)等領(lǐng)域有著越來越多的應(yīng)用。由于鈦材具有熔點高,熱容大,導(dǎo)熱性差以及化學(xué)活性高等特殊性質(zhì),它的焊接技術(shù)遠不及鋼材焊接普及,鈦是一種活性金屬,常溫下能與氧生成致密的氧化膜而保持高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。在空氣中鈦的氧化過程很容易進行,焊接鈦材時,焊縫和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)金屬一方面易與空氣中的氧、氫、氮等氣體發(fā)生作用,并與焊件和焊絲表面粘附的含氧、碳、氮、氫等元素發(fā)生化合作用,被氧、碳、氮、氫雜質(zhì)污染,使接頭的強度和硬度升高,塑性下降,易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷;另一方面,焊縫和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)晶粒易長大,加上鈦的導(dǎo)熱系數(shù)小,焊接過程中高溫停留時間長,高溫?zé)嵊绊憛^(qū)晶粒長大顯著,也使接頭的塑性下降。因此焊接時除必須保證焊縫金屬的性能之外,還必須保證焊接熱影響區(qū)的性能。于鈦-鋼復(fù)合板而言,鈦自身的焊接性有若干顯著的特點,而且鈦和鋼熔焊的焊縫會產(chǎn)生脆裂,鈦在熔焊時不能與鋼熔合,進一步增加了鈦-鋼復(fù)合板中鈦復(fù)材焊接的復(fù)雜性。鐵在鈦中溶解度達到0. 1%時就要形成金屬間化合物TiFe,在高溫下或含鐵量更高時還會形成TiFe2,另外鈦還會與不銹鋼中的Fe、Cr、Ni形成更加復(fù)雜的金屬間化合物,使焊縫嚴重脆化,甚至產(chǎn)生裂紋。由于鈦與鐵之間能形成TiFe、TiFe2脆性化合物,因此鈦-鋼復(fù)合板焊接時,要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和合理的選擇焊接參數(shù)才能實現(xiàn)鈦復(fù)材與鋼基材互不熔合,即鈦與鈦、鋼與鋼各自進行焊接。圖I至圖5是標準GB/T13149-2009《鈦及鈦合金復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》中鈦-鋼復(fù)合板的坡口形式,圖6至圖10是標準GB/T13149-2009《鈦及鈦合金復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》中鈦-鋼復(fù)合板的焊道形式。圖中I-鈦復(fù)材,2-鋼基材,3-鈦填板,4-鈦蓋板,5-鈦半圓管,6-鈦槽型蓋板,a為坡口角度,b為裝配間隙,p為鈍邊尺寸,B為鈦填板或鈦蓋板寬度。從圖6-圖10中的焊道形式可以看出,采用這些方法焊接后的鈦復(fù)材和鋼基材之間留有間隙或有存在不貼合的區(qū)域,這些區(qū)域若需密封,還需采用銀釬焊或其它有效的粘結(jié)方法填滿,且圖I和圖2坡口形式、圖6和圖7的焊道形式不用于壓力容器中。經(jīng)專利檢索,目前尚沒有鈦-鋼復(fù)合板直接焊接方法的相關(guān)專利文獻報道。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,該方法中采用鈮作為過渡層進行焊接,實現(xiàn)了鈦-鋼復(fù)合板的直接焊接,焊縫成形美觀且焊接接頭無未熔合現(xiàn)象。為了實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的,本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
      本發(fā)明的一種鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,采用鈮作為過渡層,焊接程序為先焊鋼基材,依次為過渡層和鈦復(fù)材;鈦_鋼復(fù)合板坡口角度為60°C ±5°C,鈍邊為lmnT3mm,其中處于鈦復(fù)材上的鈍邊尺寸為0 mm 臟,處于鋼基材上的鈍邊尺寸為Imm 2臟,間隙為
      0mm mm ;具體過程為
      I)、鋼基材清潔
      焊接前對鋼基材坡口及周邊區(qū)域進行清理,焊條電弧焊時清理范圍距坡口邊緣應(yīng)不小于15mm,埋弧焊時清理范圍距坡口邊緣不小于30mm ;清理后該區(qū)域沒有污物。污物包括油、水、銹、氧化層等。
      2)、鋼基材焊接
      鋼基材焊接可采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊等有效的焊接方法。采用埋弧焊時應(yīng)先用焊條電弧焊打底;打底焊時道間溫度不超過150°c,焊接線能量應(yīng)使得不焊透到鈦面。這樣以防止鈦面氧化以及鈦復(fù)材與鋼基材界面的剝離。3)、鋼基材焊縫檢驗
      鋼基材焊后對焊縫進行表面質(zhì)量檢查和射線檢測。射線檢測標準為GB/T3323《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》。4)、鈦復(fù)材清潔
      將待焊區(qū)域及邊緣不小于40mm的范圍進行清理;清理后該區(qū)域沒有污物。污物包括油、水、銹、氧化層等。5)、過渡層焊接
      過渡層的焊接為本發(fā)明的關(guān)鍵工序;焊接方法采用惰性氣體保護焊,采用惰性氣體對焊縫及高溫?zé)嵊绊憛^(qū)即溫度大于200°C的區(qū)域進行保護;焊絲采用純鈮絲,過渡層焊接一層;過渡層焊接時道間溫度不得超過150°C。6)、過渡層焊縫檢驗
      過渡層焊后對焊縫進行表面質(zhì)量檢查和滲透檢測。滲透檢測標準為JB/T9218-2007《滲透探傷方法》。7)、鈦復(fù)材焊接
      鈦復(fù)材焊接過程中采用純度不小于99. 999%的高純氬氣對焊縫及溫度大于200°C的高溫?zé)嵊绊憛^(qū)進行保護,鈦復(fù)材焊接時道間溫度不得超過150°C。9 )鈦復(fù)材焊縫檢驗
      鈦復(fù)材焊后對焊縫進行表面質(zhì)量檢查和滲透檢測。滲透檢測標準可以為JB/T9218-2007《滲透探傷方法》。本專利所使用的詞語意義如下
      鈦-鋼復(fù)合板用軋制、爆炸或爆炸-軋制方法使鈦復(fù)材與鋼基材達到冶金結(jié)合的金屬復(fù)合板。參見GB/T8547-2006。復(fù)材指金屬復(fù)合板中作為耐蝕層、且厚度較薄的金屬材料。參見GB/T6396-2008。本專利復(fù)材為鈦及鈦合金材料。
      基材指金屬復(fù)合板中作為受力層,且厚度較厚的金屬材料,參見GB/T6396-2008。本專利中為各類鋼材料。復(fù)合界面復(fù)合板基材和復(fù)材的結(jié)合面,參見NB/T47002. 3-2009。過渡層為防止基材成分對復(fù)材焊縫金屬的不利影響,以保證接頭質(zhì)量和性能,預(yù)先在基材焊縫表面熔敷一層規(guī)定成分的金屬層,參見GB/T13148-2008。通過采用上述技術(shù)方案,本發(fā)明具有以下的有益效果
      使用該方法對鈦-鋼復(fù)合板進行焊接,除可以實現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的直接焊接外,還具有以下優(yōu)點
      I)、與GB/T13149-2009 (—)型接頭相比,采用本發(fā)明焊接后的接頭可用于壓力容器中,并且焊接接頭無未熔合現(xiàn)象;
      2 )、與GB/T13149-2009(二)型接頭相比,采用本發(fā)明焊接后的接頭無需對鈦_鋼復(fù)合板鈦復(fù)材進行鏟邊,無需具有一定曲率的鈦填板,而且實現(xiàn)了鈦復(fù)材與鋼基材100%的貼合;
      3)、與GB/T13149-2009(三)型接頭相比,采用本發(fā)明焊接后的接頭無需鈦填板和鈦蓋板,而且實現(xiàn)了鈦復(fù)材與鋼基材100%的貼合;
      4)、與GB/T13149-2009(四)型接頭相比,采用本發(fā)明焊接后的接頭無需鈦半圓管,無間隙,焊縫質(zhì)量好,且焊接接頭平整,焊縫成形美觀;
      5)、與GB/T13149-2009(五)型接頭相比,采用本發(fā)明焊接后的接頭無需壓制成型的鈦槽型蓋板,焊接接頭平整,焊縫成形美觀,焊接接頭端面無間隙,而且實現(xiàn)了鈦復(fù)材與鋼基材100%的貼合。


      圖I至圖5是標準GB/T13149-2009《鈦及鈦合金復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》中鈦-鋼復(fù)合板的坡口形式。圖6至圖10是標準GB/T13149-2009《鈦及鈦合金復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》中鈦-鋼復(fù)合板的焊道形式。圖11是本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法中鈦-鋼復(fù)合板焊接時的坡口型式。圖12是本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法焊接后的鈦-鋼復(fù)合板的焊道形式。圖中,I-欽復(fù)材,2_鋼基材,3_欽填板,4_欽蓋板,5_欽半圓管,6_欽槽型蓋板,a為坡口角度,b為裝配間隙,Pl為處于鈦復(fù)材上的鈍邊尺寸,P為處于鋼基材上的鈍邊尺寸,B為裝配后的鈦-鋼復(fù)合板中去除鈦復(fù)材的寬度,BI為鈦蓋板尺寸或鈦槽型蓋板與鈦復(fù)材重疊部分的寬度,a 2為鈦填板與鈦復(fù)材焊接時的坡口,f為具有一定曲率的鈦填板底面與鈦-鋼復(fù)合板復(fù)合界面之間的最大距離,K為鈦蓋板的焊腳尺寸,8為鈦蓋板的厚度。
      具體實施例方式實施例I
      鈦-鋼(TA2-Q235B)復(fù)合板焊接。選用圖11中的坡口型式,其中坡口角度為60°C,鈍邊為2mm,其中Pl為0. 5mm,P為I. 5mm,間隙為I. 5mm。待焊接的兩塊鈦-鋼復(fù)合板尺寸為(3+16) X150X600mm,將兩塊鈦-鋼復(fù)合板以鈦(TA2)復(fù)材表面為基準進行裝配。焊接程序為先焊鋼基材,依次為過渡層和鈦復(fù)材。鋼基材焊接方法選用焊條電弧焊,焊條牌號為J427,直徑為03. 2mm。焊前對鋼基材進行清潔,清潔范圍距基層坡口邊緣15mm。鋼基材(Q235B)焊接完成后進行射線檢測,檢測結(jié)果滿足GB/T3323 I級要求 。鋼基材(Q235B)焊縫經(jīng)質(zhì)量檢驗合格后對鈦復(fù)材待焊區(qū)域及距坡口邊緣45mm的范圍進行清潔,清潔后進行過渡層焊接,過渡層采用惰性氣體保護焊的焊接方法,惰性氣體為氬氣,氬氣純度為99.999%。過渡層焊接用焊絲為純鈮絲,牌號為Nbl,直徑為I. 2mm,道間溫度控制在142°C 146°C之間。過渡層焊接過程中對焊縫和溫度大于196°C的熱影響區(qū)采用氬氣進行了保護。過渡層焊完后進行滲透檢測,檢測結(jié)果滿足JB/T9218-2007 I級要求。過渡層焊縫檢測合格后進行鈦蓋面層的焊接,采用惰性氣體保護焊的焊接方法,惰性氣體為氬氣,氬氣純度為99. 999%,焊絲為TA2,直徑為I. 2mm,道間溫度控制在1430C 147°C之間,鈦蓋面層焊接過程中對焊縫和溫度大于187°C的熱影響區(qū)均采用了氬氣進行保護。鈦蓋面層焊完后進行滲透檢測,檢測結(jié)果滿足JB/T9218-2007 I級要求。鈦-鋼(TA2-Q235B)復(fù)合板焊接完成。實施例2
      鈦-鋼(TAl-0Crl8Nil0Ti)復(fù)合板焊接。選用圖11中的坡口型式,其中坡口角度為55°C,鈍邊為3臟,間隙為2mm,其中Pl為1mm,P為2mm。待焊接的兩塊鈦-鋼復(fù)合板尺寸為(3+14) X150X600mm,將兩塊鈦-鋼復(fù)合板以鈦(TA2)復(fù)材表面為基準進行裝配。焊接程序為先焊鋼基材,依次為過渡層和鈦復(fù)材。鋼基材焊接方法選用焊條電弧焊,焊條牌號為A132,直徑為03. 2mm。焊前對鋼基材進行清潔,清潔范圍距基層坡口邊緣18mm。鋼基材(0Crl8Nil0Ti)焊接完成后進行射線檢測,檢測結(jié)果滿足GB/T3323 I級要求。鋼基材(0Crl8Nil0Ti)焊縫經(jīng)質(zhì)量檢驗合格后對鈦復(fù)材待焊區(qū)域及邊緣42mm范圍內(nèi)進行了清潔,清潔后進行過渡層焊接。過渡層采用惰性氣體保護焊的焊接方法,惰性氣體為氬氣,氬氣純度為99. 999%。焊絲為純鈮絲,牌號為Nbl,直徑為I. 2mm,道間溫度控制在1420C 148°C之間。過渡層焊接過程中對焊縫和溫度大于198°C的高溫?zé)嵊绊憛^(qū)均采用氬氣進行了保護。過渡層焊完后進行滲透檢測,檢測結(jié)果滿足JB/T9218-2007 I級要求。過渡層焊縫檢測合格后進行鈦蓋面層的焊接,采用惰性氣體保護焊的焊接方法,惰性氣體為氬氣,氬氣純度為99. 999%,焊絲為TA1,直徑為I. 2mm,道間溫度控制在1460C 148°C之間,鈦蓋面層焊接過程中對焊縫和溫度大于199°C的熱影響區(qū)均采用了氬氣進行保護。鈦蓋面層焊完后進行滲透檢測,檢測結(jié)果滿足JB/T9218-2007 I級要求。鈦-鋼(TA2-Q235B)復(fù)合板焊接完成。
      權(quán)利要求
      1.一種鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,其特征是采用鈮作為過渡層,焊接程序為先焊鋼基材,依次為過渡層和鈦復(fù)材;鈦-鋼復(fù)合板坡口角度為60°c ±5°C,鈍邊為lmnT3mm,其中處于鈦復(fù)材上的鈍邊尺寸為O mm mm,處于鋼基材上的鈍邊尺寸為Imm 2mm,間隙為O mm 2 mm ;具體過程為 1)、鋼基材清潔 焊接前對鋼基材坡口及周邊區(qū)域進行清理,焊條電弧焊時清理范圍距坡口邊緣應(yīng)不小于15mm,埋弧焊時清理范圍距坡口邊緣不小于30mm ;清理后該區(qū)域沒有污物; 2)、鋼基材焊接 鋼基材焊接可采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊的焊接方法;采用埋弧焊時應(yīng)先用焊條電弧焊打底;打底焊時道間溫度不超過150°C,焊接線能量應(yīng)使得不焊透到鈦面; 3)、鋼基材焊縫檢驗 鋼基材焊后對焊縫進行表面質(zhì)量檢查和射線檢測; 4)、鈦復(fù)材清潔將待焊區(qū)域及邊緣不小于40mm的范圍進行清理,清理后該區(qū)域沒有污物; 5)、過渡層焊接 焊接方法采用惰性氣體保護焊,采用惰性氣體對焊縫及高溫?zé)嵊绊憛^(qū)即溫度大于200°C的區(qū)域進行保護;焊絲采用純鈮絲,過渡層焊接一層;過渡層焊接時道間溫度不得超過 150。。; 6)、過渡層焊縫檢驗 過渡層焊后對焊縫進行表面質(zhì)量檢查和滲透檢測; 7)、鈦復(fù)材焊接 鈦復(fù)材焊接過程中采用純度不小于99. 999%的高純氬氣對焊縫及溫度大于200°C的高溫?zé)嵊绊憛^(qū)進行保護,鈦復(fù)材焊接時道間溫度不得超過150°C ; 9)鈦復(fù)材焊縫檢驗 鈦復(fù)材焊后對焊縫進行表面質(zhì)量檢查和滲透檢測。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,其特征是射線檢測標準為GB/T3323《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》。
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,其特征是所述滲透檢測標準為JB/T9218-2007《滲透探傷方法》。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,其特征是所述的鈦-鋼復(fù)合板是用軋制、爆炸或爆炸-軋制方法使鈦復(fù)材與鋼基材達到冶金結(jié)合的金屬復(fù)合板;復(fù)材指金屬復(fù)合板中作為耐蝕層、且厚度較薄的金屬材料;基材指金屬復(fù)合板中作為受力層,且厚度較厚的金屬材料;過渡層為防止基材成分對復(fù)材焊縫金屬的不利影響,以保證接頭質(zhì)量和性能,預(yù)先在基材焊縫表面熔敷一層規(guī)定成分的金屬層。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,其特征是所述的復(fù)材為鈦及鈦合金材料;基材為鋼材料。
      全文摘要
      本發(fā)明介紹了一種鈦-鋼復(fù)合板鈦復(fù)材的焊接方法,關(guān)鍵工序為采用鈮作為過渡層進行鈦-鋼復(fù)合板的焊接。焊接程序為先焊鋼基材,依次為過渡層和鈦復(fù)材。鈦-鋼復(fù)合板焊接工序包括鋼基材坡口清潔、鋼基材的焊接、鋼基材焊縫檢驗、過渡層焊前坡口清潔、過渡層焊接、過渡層焊縫檢驗、鈦復(fù)材焊接、鈦復(fù)材焊縫檢驗后即完成鈦-鋼復(fù)合板的焊接工作。本專利的方法可以實現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的直接焊接;焊接接頭無未熔合現(xiàn)象;鈦復(fù)材與鋼基材實現(xiàn)了100%的貼合;焊縫質(zhì)量好,且焊接接頭平整,焊縫成形美觀。
      文檔編號B23K9/16GK102699484SQ20121012882
      公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
      發(fā)明者王小華 申請人:洛陽雙瑞金屬復(fù)合材料有限公司
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