專利名稱：一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法
技術(shù)領域：
一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，涉及一種鈦鋼復合板設備中鈦和鋼釬焊 方法。
背景技術(shù)：
鈦及鈦鋼復合材料已廣泛應用于化工、能源、電力、航空中，尤其在化工 行業(yè)中，因鈦及鈦鋼復合材料良好的物理性能和優(yōu)良的抗腐蝕性能得到廣泛應 用。在鈦鋼復合板化工設備的制作中，許多焊接接頭的形式為鈦和鋼的搭接結(jié) 構(gòu)，這種接頭形式不可避免要解決鈦和鋼的焊接問題；而鈦和鋼這兩種金屬的 物理性能差異很大，鈦的熱導率只有鋼的1/6，彈性模量只有鋼的1/2，兩者熔 點相差130度，且鐵在鈦中的溶解度極低，達到0.1%就要形成金屬間化合物 TiFe，高溫下或含鐵量更高時還會形成TiFe2，這都會使塑性嚴重下降，甚至產(chǎn) 生裂紋在這種情況下無法進行熔化悍接。
目前，鈦和鋼之間的焊接方法，主要有壓焊、過渡焊、釬焊。壓焯主要在 制作大規(guī)格鈦鋼復合板材料時應用；主要工藝是通過炸藥或大型軋機提供能量， 使鈦和鋼達到冶金結(jié)合，結(jié)合面具有一定強度；過渡焯接主要是在一些鈦和鋼 的小型接頭的連接上采用，通過鈦鋼復合接頭，實現(xiàn)鈦和鈦、鋼和鋼的熔焊； 釬焊是實現(xiàn)鈦和鋼焊接的一種較好的方法，它是將性能良好的釬料放置在鈦和 鋼之間，在加熱爐中加熱，熔化的釬料通過毛細現(xiàn)象，在鈦和鋼的表面潤濕和 鋪展，得到良好的焊接接頭，釬焊對爐內(nèi)氣氛和真空度、組對間隙、釬料、工 件的尺寸要求很高，在大氣環(huán)境和大型復合板設備上無法實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述爆炸悍、壓悍、過渡焊的已有技術(shù)存在的不足， 提供能有效解決鈦和鋼在大氣下焊接時的保護、表面處理、組對、焊料問題， 而且操作簡便、工序簡單、對裝配、環(huán)境和設備要求低，接頭質(zhì)量可靠的鈦和 鋼交流氦弧釬焊的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其特征在于釬焊過程是將鈦及鋼材表面 進行表面打磨、拋光、去除鈦端面氧化膜和毛刺、去油后；以純銀焊絲作為焊 料，用氦氣作為保護氣，進行交流氦弧焊接的。
本發(fā)明的一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其特征在于所述的作為保護氣的氦氣為的純度99.99%，焊接氣體流量控制在15L/min，焊槍為19mm陶瓷雙
層網(wǎng)焊槍。
本發(fā)明的一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其特征在于釬焊鈦和鋼之間的 焊接間隙0-0.3111111。
本發(fā)明的方法，采用交流氦弧釬焊的方法對鈦和鋼進行焊接；鈦和鋼的焊 接接頭能承受lMPa氣壓；焊接接頭經(jīng)氦檢，最大漏率2又10-8 ^1113/3;此方法 可對大型鈦鋼復合板設備中蓋板焊縫進行分區(qū)監(jiān)控檢査，提高設備使用壽命， 保證設備使用可靠、安全；此方法操作方便，成本低、不受周圍環(huán)境、焊縫長 短、焊縫結(jié)構(gòu)限制。
具體實施例方式
一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其釬焊過程的步驟包括
(1) 表面氧化膜的處理氧化膜的存在影響焊料的潤濕和填縫能力，因此 去除金屬表面氧化膜是鈦和鋼在高溫焊時的首要問題。本技術(shù)在焊接前對鈦及 鋼材表面用50粒樹脂砂輪進行表面打磨，再用100粒砂紙拋光，清理寬度不小 于50mm，鈦端面用刮刀去除氧化膜和毛刺，露出金屬光澤即可，再用丙酮擦拭 去油；這樣處理能消除金屬表面氧化膜、油污對釬焊接頭質(zhì)量的影響；本發(fā)明 的方法采用交流電源作為能量輸入，交流焊接的特點具有陰極清理作用，在焊 接過程中能去除母材表面的氧化膜，使焊料與充分潤濕，鋪展良好。
(2) 焊接熱源釬焊的方法，要求焊接過程中，低熔點的釬料熔化，而母 材不熔化，熔化的釬料通過毛細作用在母材表面潤濕和鋪展，得到釬焊接頭， 釬焊過程中如果焊接熱量控制不好， 一旦引起母材熔化，那么母材與釬料會形 成不穩(wěn)定的合金相，嚴重影響焊接接頭質(zhì)量。所以釬焊對焊接熱量和溫度的控 制很關(guān)鍵。本發(fā)明的方法，焊接采用交流電源作為能量輸入，交流電源的特性 電弧發(fā)散不過度集中，但輸入熱量足夠，在釬料熔化的同時，保證母材不熔化， 使釬料在母材表面得到充分的鋪展和潤濕，得到良好的焊接接頭。
(3) 焊接保護問題，鈦和鋼的釬焊一般在0.133Pa或更高的真空爐或在純 度為99.99%的充氬爐中實施，主要由于氧在液態(tài)銀具有很大的溶解度，當焊后 冷卻過程中，液態(tài)銀轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時，氧在銀中的溶解度迅速降低，此時固溶體' 中析出的氧殘留在焊縫中，促使形成氣孔缺陷；而鈦在500度以上也會嚴重氧 化，表面形成致密氧化膜，使焊料的潤濕性和鋪展能力降低。本發(fā)明的方法， 在解決時，選用氦氣作為保護氣，在惰性氣氛下焊接能抑制母材和焊料的氧化， 還可以提高電弧的能量，對母材起到良好預熱作用，同時補充交流焊接電弧發(fā) 散損失的熱量。(4) 焊料的選擇，釬料的選擇很重要， 一般要首先考慮釬焊的部位工作條 件及要求，其次考慮母材的特性；另外還要考慮接頭的形式、焊接部位的厚度 等，本技術(shù)在采用直流氬弧焊時選擇含量為99.95%的純銀焊絲作為焊料，銀對 鈦的潤濕性很好，在釬縫界面區(qū)形成金屬間化合物TiAg，這種金屬間化合物與 鈦及其他金屬間化合物相比不算太硬，而銀和鋼的潤濕性也很好，特別適合釬 焊穩(wěn)定化元素的鋼，選用純銀絲既滿足使用又易于加工。
(5) 焊接裝配，鈦和鈦合金的熱導率大約只有鋼的1/6，彈性模量只有鋼 的1/2，因而在焊接時容易產(chǎn)生變形，在真空爐和充氬爐中對鈦和鋼進行釬焊時， 鈦和鋼的間隙要求在特殊的工裝定位狀態(tài)下，控制在0.2mm以下。本技術(shù)鈦和 鈦之間采用直流氬弧焊熔焊的方式，鈦和鋼之間采用交流氦弧焊釬焊方式，根 據(jù)結(jié)構(gòu)采用先焊接鈦和鈦，起到定位和控制間隙的作用， 一般鈦和鋼間隙在 0-0.3mm之間均可，定位后再進行鈦和鋼的釬焊。
實施例1
焊接結(jié)構(gòu)為鈦蓋板和鈦鋼復合板的焊接，鈦和鋼焊接步驟包括 步驟一、焊前表面處理在焊接前對焊接材料鈦和鈦/鋼復合板對接焊縫內(nèi) 表面進行清理，對鈦及鋼材表面用50粒樹脂砂輪進行表面清理，再用100粒砂
紙拋光，清理寬度不小于50mm，鈦端面用刮刀去除氧化膜和毛刺，露出金屬光 澤，再用丙酮擦拭去油；這樣在焊接時能減少氧化膜及油污對釬焊接頭質(zhì)量的 影響。
步驟二、焊接組對:焊接表面處理完后，對工件進行組對，將鈦板放置在 鈦/鋼復合板對接鋼焊縫內(nèi)表面上，鈦板和鋼板之間間隙控制在0.3mm左右，鈦 蓋板和鈦復層之間控制lmm，鈦蓋板與鈦復層之間每距離150mm進行點焊，點 焊長度20mm。
步驟三、鈦熔焊，焊接時先進行鈦蓋板和鈦復層的焊接，焊接采用直流氬 弧焊的方式，焊接兩遍，第一遍自熔，焊接電流90A,電壓IOV，焊接速度 120mm/min。第二遍加鈦絲焊接，焊接電流i20A，電壓12V，焊接速度 100mm/min，得到良好的鈦焊縫，焊后100%PT檢査合格。 步驟四、銀釬焊，在鈦熔焊焊縫檢驗合格后，對鈦和鋼進行焊接，鈦和鋼之間 焊接時焊槍偏向鋼面，在離焊縫中心區(qū)4mm左右位置，焊槍離工件距離3-4mm， 銀焊絲采用斷續(xù)送絲方式，在填入熔池時保證在槍體保護范圍內(nèi)，焊接時注意 觀察焊絲熔化狀態(tài)，待焊料熔化并在母材表面鋪展后再添加焊料，焊接過程要 連續(xù)。焊接電流140A，電壓14V，焊接速度100mm/min。 實施例2以復合板反應釜設備中鋼芯軸外包覆鈦端部密封結(jié)構(gòu)焊接為例；焊接步驟 如下
步驟一、焊前表面處理在焊接前對焊接材料鈦松襯管和鋼芯軸進行表面
清理，對鈦及鋼材表面用50粒樹脂砂輪進行表面清理，再用100粒砂紙拋光， 清理寬度不小于50mm，鈦端面用刮刀去除氧化膜和毛刺，露出金屬光澤，再用 丙酮擦拭去油；這樣在焊接時能減少氧化膜及油污對釬焊接頭質(zhì)量的影響。 步驟二、焊接組對焊接表面處理完后，對工件進行組對，將鈦松襯管套在鋼 芯軸表面，保證鈦管與芯軸之間間隙小于0.3mm，鈦管和剛芯軸之間沿圓周方 向間隔100mm用交流氦弧焊加銀絲點焊固定，同時控制鈦管和鋼芯軸之間間隙 控制在0.3mm左右，點焊長度20mm。
步驟三、焊接以上工作結(jié)束后，再用丙酮對焊接區(qū)域進行擦拭，然后進 行鈦襯管和鋼芯軸的焊接，焊接時焊槍偏向鋼面，在離焊縫中心區(qū)4mm左右位 置，焊槍離工件距離3-4mm，銀焊絲采用斷續(xù)送絲方式，在填入熔池時保證在 槍體保護范圍內(nèi)，焊接時注意觀察銀焊絲熔化狀態(tài)，待銀焊料熔化并在母材表 面鋪展后再添加焊料，焊接過程要連續(xù)。
權(quán)利要求
1.一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其特征在于釬焊過程是將鈦及鋼材表面進行表面打磨、拋光、去除鈦端面氧化膜和毛刺、去油后；以純銀焊絲作為焊料，用氦氣作為保護氣，進行交流氦弧焊接的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其特征在于所述 的作為保護氣的氦氣為的純度99.99°/。，焊接氣體流量控制在15L/min，焊槍為 19mm陶瓷雙層網(wǎng)焊槍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，其特征在于釬焊 鈦和鋼之間的焊接間隙0-0.3mm。
全文摘要
一種鈦和鋼交流氦弧釬焊的方法，涉及一種鈦鋼復合板設備中鈦和鋼釬焊方法。其特征在于釬焊過程是將鈦及鋼材表面進行表面打磨、拋光、去除鈦端面氧化膜和毛刺、去油后；以純銀焊絲作為焊料，用氦氣作為保護氣，進行交流氦弧焊接的。本發(fā)明的方法，采用交流氦弧釬焊的方法對鈦和鋼進行焊接；鈦和鋼的焊接接頭能承受1MPa氣壓；焊接接頭經(jīng)氦檢，最大漏率2×10－8Pa·m₃/s；此方法可對大型鈦鋼復合板設備中蓋板焊縫進行分區(qū)監(jiān)控檢查，提高設備使用壽命，保證設備使用可靠、安全；此方法操作方便，成本低、不受周圍環(huán)境、焊縫長短、焊縫結(jié)構(gòu)限制。
文檔編號B23K9/16GK101664851SQ20091018010
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者葉建林, 巨建輝, 楊永福, 斌 董 申請人:西部金屬材料股份有限公司