專利名稱：一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，涉及一種類似于鈦鋼復(fù)合板設(shè)備中鈦蓋板 和鈦鋼復(fù)合板焊接的方法。
背景技術(shù)：
鈦材及鈦鋼復(fù)合材料已廣泛的應(yīng)用于航空、航天、電力、能源、化工行業(yè); 在這些行業(yè)中常常有鈦和鋼焊接的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式多采用爆炸復(fù)合、 電阻焊、真空釬焊方法實(shí)現(xiàn)鈦和鋼的結(jié)合。主要是由于鈦和鋼這兩種金屬的物
理性能差異很大，鈦的熱導(dǎo)率只有鋼的1/6，彈性模量只有鋼的2/3，兩者熔點(diǎn) 相差130度，且鐵在鈦中的溶解度極低，達(dá)到O.P/。就會(huì)形成金屬間化合物TiFe， 高溫下或含鐵量更高時(shí)還會(huì)形成TiFe2，這都會(huì)使塑性嚴(yán)重下降，甚至產(chǎn)生裂紋 在這種情況下無(wú)法進(jìn)行熔化焊接。
目前，鈦和鋼常用的焊接方式主要是火焰釬焊、間接熔焊、壓焊、釬焊的方法。
火焰釬焊的方法主要是利用氧乙炔氣或氫氣等氣體做熱源，將放置于金屬 縫隙中的釬料進(jìn)行熔化的方式實(shí)現(xiàn)，在鈦和鋼的接頭釬焊中容易引起釬料流失 和鈦材的嚴(yán)重氧化，影響釬料在母材上的鋪展和浸潤(rùn)，很難實(shí)現(xiàn)；間接熔焊在 復(fù)合板焊接時(shí)廣泛采用，主要是采用隔離墊板或過(guò)渡頭的方式避免鈦和鋼的熔 合，因增加了墊板或過(guò)渡頭，工藝復(fù)雜、工序多、加工周期長(zhǎng)、成本大大提高， 這種方式實(shí)現(xiàn)的是鈦和鈦、鋼和鋼的焊接；壓焊主要是通過(guò)爆炸復(fù)合、擴(kuò)散焊、 電阻焊的方式使異種金屬達(dá)到焊接的方法，在鈦和鋼的焊接中，多采用爆炸復(fù) 合焊接和軋制復(fù)合焊接，這種方式主要是生產(chǎn)鈦、鋼復(fù)合板時(shí)利用炸藥提供的 能量或在大型軋機(jī)大軋制力作用下將鈦和鋼在冷狀態(tài)復(fù)合的技術(shù)，由于鈦鋼復(fù) 合板的生產(chǎn)受場(chǎng)地環(huán)境，設(shè)備制約，只能在特定的場(chǎng)合，特殊的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)， 而且對(duì)材料表面光潔度要求高(光潔度1.6)。釬焊主要是在真空狀態(tài)或保護(hù)氣 氛下在電爐中進(jìn)行，主要由于液態(tài)釬料在高溫釬焊時(shí)易氧化，影響釬料的潤(rùn)濕 和填縫能力，這種方法受到加熱爐尺寸影響，在焊接鈦和鋼的一些小工件中應(yīng) 用、而且對(duì)鈦和鋼的裝配要求很嚴(yán)，鈦和鋼間隙控制不能超過(guò)0.2mm，釬料為 銀基釬料(HL303)、爐溫(恒溫900度)加熱時(shí)間(20分鐘)、爐內(nèi)氣氛(99.99%) 純氬和真空度(lX10-2Pa)要求也很高，無(wú)法進(jìn)行大工件的焊接；若爐內(nèi)氣氛不好或真空度不夠，則會(huì)降低釬焊接頭的強(qiáng)度(一般接頭強(qiáng)度98MPa)。
以上幾種鈦和鋼的焊接方法焊接成本高、效率低、工序長(zhǎng)、對(duì)工件表面要 求嚴(yán)；又受環(huán)境和設(shè)備及接頭結(jié)構(gòu)等條件的約束無(wú)法解決在大氣下的鈦和鋼的 焊接。現(xiàn)在化工行業(yè)的復(fù)合板設(shè)備中，鈦蓋板和鈦鋼復(fù)合板的焊接結(jié)構(gòu)中要求 不但實(shí)現(xiàn)鈦和鈦、鋼和鋼的熔焊，而且要實(shí)現(xiàn)鈦和鋼的焊接。目前，壓焊的方 法由于受到環(huán)境、焊接結(jié)構(gòu)、設(shè)備條件的約束無(wú)法實(shí)現(xiàn)；采用過(guò)渡接頭的形式， 焊接結(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜且成本高在大型復(fù)合板設(shè)備中也無(wú)法實(shí)現(xiàn)；釬焊的方式 對(duì)工件尺寸要求、配合要求、工裝要求及加熱設(shè)備和氣氛環(huán)境要求嚴(yán)格只適合 焊接較小的接頭結(jié)構(gòu)，在復(fù)合板設(shè)備上根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的就是針對(duì)上述爆炸焊、壓焊、過(guò)渡焊的已有技術(shù)存在的不足， 提供了一種能有效解決鈦和鋼在大氣下焊接時(shí)的保護(hù)、表面處理、組對(duì)、焊料 問(wèn)題，操作簡(jiǎn)便、工序簡(jiǎn)單、對(duì)裝配、環(huán)境和設(shè)備要求低，接頭質(zhì)量可靠的鈦 和鈦鋼復(fù)合板焊接方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于其焊接過(guò)程在大氣狀態(tài)下進(jìn)行; 焊接的步驟包括
(1) 焊前表面處理 對(duì)鈦材及鈦鋼復(fù)合板的表面進(jìn)行打磨，去氧化膜和去油脂處理；
(2) 焊接組對(duì)
先對(duì)鈦蓋板和鈦復(fù)層進(jìn)行點(diǎn)焊固定位，減少焊接變形，保證間隙；
(3) 焊接
采用焊接氣體99.95%氬氣，焊接氣體流量控制在15L/min,焊槍為19mm 陶瓷雙層網(wǎng)焊槍；先進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的鈦板之間的熔焊，再用銀絲做 釬料進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的鋼板進(jìn)行釬焊；
本發(fā)明的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于鈦材與鈦鋼復(fù)合板上鋼 板之間的焊接間隙為0-0.3mm。
本發(fā)明的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于其鈦材與鈦鋼復(fù)合板 上的鈦板之間的熔焊的工藝條件為為鈦鋼復(fù)合板鈦鋼界面結(jié)合剪切強(qiáng)度大于 138MPa，鈦材表面鐵含量小于0.2%;用銀絲做釬料進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的 鋼板進(jìn)行釬焊的工藝條件為鈦材和鋼材表面進(jìn)行去油污、除表面氧化物處理。
本發(fā)明的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，在大氣環(huán)境下，采用純銀絲作為焊料先實(shí)現(xiàn)鈦之間的熔焊，再實(shí)施鈦和鋼之間的釬焊，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乂10-8 3.1113/3;此方法可對(duì)大型鈦
鋼復(fù)合板設(shè)備中蓋板焊縫進(jìn)行分區(qū)監(jiān)控檢査，提高設(shè)備使用壽命，保證設(shè)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(zhǎng)短、焊縫結(jié) 構(gòu)限制。
具體實(shí)施例方式
一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，具體實(shí)施步驟包括 1.表面處理氧化膜的存在影響焊料的潤(rùn)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(shí)的首要問(wèn)題。本技術(shù)在焊接前對(duì)鈦及鋼材表面用50 粒樹(shù)脂砂輪進(jìn)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(duì)釬焊接頭質(zhì)量的影響，處理后應(yīng)盡快焊接以 防鈦和鋼材焊接區(qū)受污染。
2. 焊接保護(hù)，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(shí)施，主要由于氧在液態(tài)銀具有很大的溶解度，當(dāng)焊后冷卻 過(guò)程中，液態(tài)銀轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，氧在銀中的溶解度迅速降低，此時(shí)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900"C也會(huì)嚴(yán)重氧化，表面形 成致密氧化膜，使焊料的潤(rùn)濕性和鋪展能力降低。另外，焊接時(shí)保護(hù)氣體的流 量也非常重要，太大會(huì)造成電弧不穩(wěn)，母材和焊料會(huì)氧化，氣體流量太小又易 形成氣孔，母材、焊料也會(huì)氧化。本在焊接時(shí)，采用直徑19mm陶瓷雙層網(wǎng)焊 槍焊接，保護(hù)氣為99.95%的純氬氣，流量控制在15L/min即可使釬料和母材得 到充分保護(hù)。
3. 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(shí)選擇含量為99.95%的純銀焊絲作為焊料，銀對(duì)鈦的 潤(rùn)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(rùn)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。
4. 焊接裝配，鈦和鈦合金的熱導(dǎo)率大約只有鋼的1/6，彈性模量只有鋼的 2/3，因而在焊接時(shí)容易產(chǎn)生變形，在真空爐和充氬爐中對(duì)鈦和鋼進(jìn)行釬焊時(shí)， 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)在采 用直流氬弧焊對(duì)鈦和鋼的之間焊接，鈦和鈦之間采用熔焊的方式，鈦和鋼之間采用釬焊方式，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(jìn)行鈦和鋼的釬焊。 實(shí)施例1
焊接結(jié)構(gòu)為鈦蓋板和鈦鋼復(fù)合板的焊接，焊接步驟包括
步驟一、焊前表面處理在焊接前對(duì)焊接材料鈦和鈦/鋼復(fù)合板對(duì)接焊縫內(nèi)
表面進(jìn)行清理，對(duì)鈦及鋼材表面用50粒樹(shù)脂砂輪進(jìn)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剌，露出金屬光 澤，再用丙酮擦拭去油；這樣在焊接時(shí)能減少氧化膜及油污對(duì)釬焊接頭質(zhì)量的 影響。
步驟二、焊接組對(duì)焊接表面處理完后，對(duì)工件進(jìn)行組對(duì)，將鈦板放置在 鈦/鋼復(fù)合板對(duì)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(fù)層之間控制lmm，鈦蓋板與鈦復(fù)層之間每距離150mm進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn) 焊長(zhǎng)度20mm。
步驟三、鈦熔焊，焊接時(shí)先進(jìn)行鈦蓋板和鈦復(fù)層的焊接，焊接兩遍，第一 遍自熔，焊接電流90A，電壓10V，焊接速度120mm/min。第二遍加鈦絲焊接， 焊接電流120A，電壓12V，焊接速度100mm/min，得到良好的鈦焊縫，焊后 100n/。PT檢查合格。
步驟四、銀釬焊，再鈦熔焊焊縫檢驗(yàn)合格后，對(duì)鈦和鋼進(jìn)行焯接，鈦和鋼 之間焊接時(shí)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(shí)保證在槍體保護(hù)范圍內(nèi)，焊接 時(shí)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(guò)程要連續(xù)。焊接電流140A，電壓14V，焊接速度100mm/min。 實(shí)施例2
以復(fù)合板設(shè)備中鈦襯環(huán)和鋼接管法蘭焊接為例，焊接步驟如下 步驟一、焊前表面處理在焊接前對(duì)焊接材料鈦襯環(huán)和鋼法蘭進(jìn)行表面清 理，對(duì)鈦及鋼材表面用50粒樹(shù)脂砂輪進(jìn)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剌，露出金屬光澤，再用丙 酮擦拭去油；這樣在焊接時(shí)能減少氧化膜及油污對(duì)釬焊接頭質(zhì)量的影響。
步驟二、焊接組對(duì)焊接表面處理完后，對(duì)工件進(jìn)行組對(duì)，將鈦襯環(huán)放置 在鋼法蘭表面，再將鈦管插入鋼管內(nèi)，鈦管和鈦襯環(huán)之間沿圓周方向間隔100mm 用氬弧焊加鈦絲點(diǎn)焊固定，同時(shí)控制鈦襯環(huán)和鋼法蘭之間間隙控制在0.3mm左 右，鈦襯環(huán)與鋼法蘭沿圓周方向每間隔150mm用氬弧焊加銀絲點(diǎn)焊固定，進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長(zhǎng)度20mm。步驟三、焊接首先焊接鈦襯環(huán)和鈦管，焊后100%PT檢驗(yàn)合格；然后進(jìn) 行鈦襯環(huán)和鋼法蘭的焊接，焊接時(shí)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，焊絲釆用斷續(xù)送絲方式，在填入熔池時(shí)保證在槍 體保護(hù)范圍內(nèi)，焊接時(shí)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(guò)程要連續(xù)。
權(quán)利要求
1.一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于其焊接過(guò)程在大氣狀態(tài)下進(jìn)行；焊接的步驟包括(1)焊前表面處理對(duì)鈦材及鈦鋼復(fù)合板的表面進(jìn)行打磨，去氧化膜和去油脂處理；(2)焊接組對(duì)先對(duì)鈦蓋板和鈦復(fù)層進(jìn)行點(diǎn)焊固定位，減少焊接變形，保證間隙；(3)焊接采用焊接氣體為氬氣，先進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的鈦板之間的熔焊，再用銀絲做釬料進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的鋼板進(jìn)行釬焊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板悍接方法，其特征在于鈦材與 鈦鋼復(fù)合板上鋼板之間的焊接間隙為0-0.3mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于其鈦材 與鈦鋼復(fù)合板上的鈦板之間的熔焊的工藝條件為鈦鋼復(fù)合板鈦鋼界面結(jié)合剪切 強(qiáng)度大于138MPa，鈦材表面鐵含量小于0.2%;用銀絲做釬料進(jìn)行鈦材與鈦鋼 復(fù)合板上的鋼板進(jìn)行釬焊的工藝條件為鈦材和鋼材表面進(jìn)行去油污、除表面氧 化物處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于所述的 采用焊接氣體為99.95%氬氣，焊接氣體流量控制在15L/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，其特征在于所述的 焊接過(guò)程采用的焊槍為19mm陶瓷雙層網(wǎng)焊槍。
全文摘要
一種鈦和鈦鋼復(fù)合板焊接方法，涉及一種類似于鈦鋼復(fù)合板設(shè)備中鈦蓋板和鈦鋼復(fù)合板焊接的方法。其特征在于其焊接過(guò)程在大氣狀態(tài)下進(jìn)行；焊接的步驟包括(1)對(duì)鈦材及鈦鋼復(fù)合板的表面進(jìn)行打磨，去氧化膜和去油脂處理；(2)先對(duì)鈦蓋板和鈦復(fù)層進(jìn)行點(diǎn)焊固定位，減少焊接變形，保證間隙；(3)采用焊接氣體為氬氣，先進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的鈦板之間的熔焊，再用銀絲做釬料進(jìn)行鈦材與鈦鋼復(fù)合板上的鋼板進(jìn)行釬焊。本發(fā)明的方法，在大氣環(huán)境下，采用純銀絲作為焊料先實(shí)現(xiàn)鈦之間的熔焊，再實(shí)施鈦和鋼之間的釬焊，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，操作方便，成本低、不受周圍環(huán)境、焊縫長(zhǎng)短、焊縫結(jié)構(gòu)限制。
文檔編號(hào)B23K9/16GK101664852SQ20091018010
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西部金屬材料股份有限公司