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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(yán)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(jìn)行焊接。圖I至圖5是標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)行表面質(zhì)量檢查和射線檢測。射線檢測標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(hù)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(jìn)行保護(hù)；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(jìn)行表面質(zhì)量檢查和滲透檢測。滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行保護(hù)，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(jìn)行表面質(zhì)量檢查和滲透檢測。滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行清潔，清潔后進(jìn)行過渡層焊接，過渡層采用惰性氣體保護(hù)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(jìn)行了保護(hù)。過渡層焊完后進(jìn)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(jìn)行鈦蓋面層的焊接，采用惰性氣體保護(hù)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(jìn)行保護(hù)。鈦蓋面層焊完后進(jìn)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(zhǔn)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了清潔，清潔后進(jìn)行過渡層焊接。過渡層采用惰性氣體保護(hù)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(jìn)行了保護(hù)。過渡層焊完后進(jìn)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(jìn)行鈦蓋面層的焊接，采用惰性氣體保護(hù)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(jìn)行保護(hù)。鈦蓋面層焊完后進(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)行保護(hù)；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(jìn)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(jìn)行保護(hù)，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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(jìn)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