用于鈦-鋼復(fù)合板的焊接材料及焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的高熵合金焊絲，由以下組分按原子百分比組成：Ti為8～12%，F(xiàn)e為15～18%，Be為30～33%，Ni為20～24%，Cu為20～24%，合計(jì)為100%。本發(fā)明還公開了利用該高熵合金焊絲焊接鈦與鋼復(fù)合板的方法。該高熵合金焊絲具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性能，不易形成脆性金屬間化合物相，易于獲得高性能的鈦與鋼復(fù)合板材的焊接結(jié)構(gòu)鋼基層，該焊接方法無需對(duì)復(fù)合板進(jìn)行復(fù)合層剝離工序，焊前處理大大簡(jiǎn)化；采用TIG焊一次完成鈦-鋼復(fù)合板的鋼基層和鈦復(fù)層的焊接。焊縫過渡區(qū)無裂紋；焊接頭的抗拉強(qiáng)度較高。
【專利說明】用于鈦-鋼復(fù)合板的焊接材料及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的高熵合金焊絲，本發(fā)明還涉及利用該種高熵合金焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及其合金比強(qiáng)度高，耐蝕性能好，但因鈦金屬價(jià)格較高，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。鈦-鋼復(fù)合板價(jià)格相當(dāng)于鈦材的25?35%，同時(shí)兼具鈦與鋼的優(yōu)良特性，是節(jié)約鈦金屬的很好途徑，在提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、提高制件耐腐蝕性、降低成本等方面具有明顯的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。利用鈦-鋼復(fù)合板生產(chǎn)出的設(shè)備性價(jià)比高，但其自身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其焊接施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈦/鈦、鋼/鋼同質(zhì)材料。
[0003]目前，用于鈦-鋼復(fù)合板焊接的主要方法是氬弧焊，基層與復(fù)層的焊接過程使用的是同種材料焊接技術(shù)，而鋼基層的焊接則是采用是異種材料的焊接技術(shù)。由于鈦和鋼的線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等物理和化學(xué)性能存在較大差異，鋼基層焊接過程中極易形成裂紋，焊縫形成大量硬脆的金屬間化合物(TiFe、TiFe2、NiT1、TiCr、TiC)，接頭強(qiáng)度較低。
[0004]為了保障焊接的順利進(jìn)行，除了焊接鋼基層施工過程中嚴(yán)格控制焊接方向以及順序之外，還需要選擇合適的超合金焊接材料，生產(chǎn)中往往出現(xiàn)因焊材選擇不當(dāng)而造成復(fù)合板的嚴(yán)重脆化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的高熵合金焊絲，解決了現(xiàn)有焊接方法易形成硬脆的金屬間化合物導(dǎo)致開裂，不易于獲得高性能制件的問題。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用該種高熵合金焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的高熵合金焊絲，由以下組分按原子百分比組成:Ti為8?12%，F(xiàn)e為15?18%，Be為30?33%，Ni為20?24%，Cu為20?24%，合計(jì)為100%。
[0008]本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是，一種利用上述的高熵合金焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的方法，按照以下步驟實(shí)施:
[0009]步驟1、焊接復(fù)合板的鋼基層
[0010]采取復(fù)合板基層處采用加焊條的打底焊，打底焊時(shí)應(yīng)用與點(diǎn)固焊相同的電焊條，但打底焊采用更細(xì)的Φ3.2mm焊條，直流反接極，采用小線能量的焊接參數(shù)；應(yīng)用埋弧焊填滿復(fù)合板鋼基層側(cè)的坡口；
[0011]步驟2、采用機(jī)械方法清除焊縫根部的氧化金屬和焊渣；
[0012]步驟3、利用權(quán)利要求1所述的高熵合金焊絲，采用TIG焊完成鈦與鋼復(fù)合板的鋼基層和鈦復(fù)層的焊接。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，該高熵合金焊絲具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性能，不易形成脆性金屬間化合物相，易于獲得高性能的鈦與鋼復(fù)合板材的焊接結(jié)構(gòu)鋼基層，該焊接方法無需對(duì)復(fù)合板進(jìn)行復(fù)合層剝離工序，焊前處理大大簡(jiǎn)化。采用TIG焊一次完成鈦-鋼復(fù)合板的鋼基層和鈦復(fù)層的焊接。焊縫過渡區(qū)無裂紋。焊接頭的抗拉強(qiáng)度較高。該高熵合金焊絲的焊接操作工藝簡(jiǎn)單，方便高效，便于工程推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明方法中的鈦-鋼復(fù)合板對(duì)接接頭坡口結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]本發(fā)明用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的高熵合金焊絲，由以下組分按原子百分比組成:Ti為8?12%，F(xiàn)e為15?18%，Be為30?33%，Ni為20?24%，Cu為20?24%，合計(jì)為100%。該高熵合金焊絲又稱高熵中間層合金，該高熵合金焊絲焊后所形成的焊縫金屬亦為高熵合金，只是焊縫中的T1、Fe含量顯著高于高熵中間層合金初始值，該高熵中間層合金形成的焊縫基本上消除了脆性金屬間化合物，接頭性能較高。
[0017]本發(fā)明的高熵合金焊絲成分中，各化學(xué)元素的組成及含量限定理由是:
[0018]為了提高鈦與鋼復(fù)合板焊接接頭的綜合力學(xué)性能，高熵中間層合金的主元選擇T1-Fe-Be-N1-Cu五主元系合金。主要原因有二點(diǎn):①焊接過程中母材熔化并向中間層熔化形成的液態(tài)熔池中的溶解不可避免，為預(yù)防焊縫產(chǎn)生脆性金屬間化合物起見，中間層須含有T1、Fe、N1、Cu等主元；②通過在合金中添加Be元素,形成高熵合金,改善焊縫與鈦母材的熔合性。
[0019]本發(fā)明利用該種高熵合金焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的方法，參照?qǐng)D1，該方法的操作工藝要點(diǎn)是:在焊接過程中首先是焊接接頭的設(shè)置，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，焊接接口結(jié)構(gòu)是:在加工坡口時(shí)，需要將進(jìn)刀量控制的盡可能小，并嚴(yán)禁使用油或乳冷卻液冷卻，始終保持坡口表面光潔。坡口加工好之后，該法不需要像常規(guī)焊接復(fù)合板所必須的繁雜的復(fù)合層剝離工序，焊前處理大大簡(jiǎn)化，焊接效果良好。
[0020]焊前是否需要對(duì)復(fù)合板的待焊區(qū)實(shí)施預(yù)熱及預(yù)熱溫度的高低，主要取決于基層鋼板的材質(zhì)、厚度及接頭拘束度，與現(xiàn)用常規(guī)焊法操作相同。
[0021]圖1中的各個(gè)尺寸的數(shù)值是行業(yè)規(guī)范，受加工刀具所限，一般為定值。比如，基層坡口的擴(kuò)口角度為20-30°，基層坡口的底口開度為0-lmm，基層坡口的底部圓角為R6-8，基層坡口的底端厚度為4mm，復(fù)層伸進(jìn)(或嵌進(jìn))基層的深度為0.5mm，復(fù)層對(duì)應(yīng)底口的斜面角度為30°。
[0022]按照?qǐng)D1所示的焊接接頭形式組裝焊件，同時(shí)采用手弧焊于基層鋼板的坡口的最低處點(diǎn)焊固定。點(diǎn)焊固定時(shí)選用與基層鋼板強(qiáng)度相匹配的堿性焊條，焊條直徑Φ4_，焊接電流140?160Α，直流焊機(jī)，反接極。點(diǎn)焊固定焊縫的長(zhǎng)度及間隔尺寸應(yīng)根據(jù)具體焊接結(jié)構(gòu)的剛度大小而定。
[0023]本發(fā)明利用該種高熵合金焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的方法，按照以下步驟實(shí)施:
[0024]步驟1、焊接復(fù)合板的鋼基層
[0025]采取復(fù)合板基層處采用加焊條的打底焊，打底焊時(shí)應(yīng)用與點(diǎn)固焊相同的電焊條，但打底焊采用更細(xì)的Φ3.2mm焊條，直流反接極，采用小線能量的焊接參數(shù)；應(yīng)用埋弧焊填滿復(fù)合板鋼基層側(cè)的坡口。
[0026]步驟2、采用機(jī)械方法(砂輪或風(fēng)鏟)清除焊縫根部的氧化金屬和焊渣。注意，不能使用碳弧氣刨清理焊根。
[0027]步驟3、利用本發(fā)明Φ 1.2mm高熵合金焊絲，采用TIG焊完成鈦與鋼復(fù)合板的鋼基層和鈦復(fù)層的焊接。焊接過程中的工藝參數(shù)為:Ar氣流量8-10L/min，電弧電壓10-12V，焊接電流140A,焊接速度56.5mm/min。
[0028]焊接時(shí)注意調(diào)節(jié)母材的熔化量，調(diào)整焊絲的干伸出長(zhǎng)度，以控制焊絲的熔化速度，把焊縫成分控制在形成高熵合金的有效成分范圍。
[0029]在焊接鈦復(fù)層的過程中，可適當(dāng)結(jié)合加熱減應(yīng)區(qū)操作手法，以確保鋼基層不開裂，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合板的成功焊接。
[0030]表1中列舉了本發(fā)明的高熵合金焊絲實(shí)施例1~3中各組分的具體含量。
[0031 ] 表1高熵合金焊絲實(shí)施例1~3中的各組分含量表
[0032]
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種用于焊接鈦-鋼復(fù)合板的高熵合金焊絲，其特點(diǎn)在于:由以下組分按原子百分比組成:Ti 為 8 ?12%，F(xiàn)e 為 15 ?18%，Be 為 30 ?33%，Ni 為 20 ?24%，Cu 為 20 ?24%，合計(jì)為100%。
2.一種利用權(quán)利要求1的高熵合金焊絲焊接鈦-鋼復(fù)合板的方法，其特點(diǎn)在于，按照以下步驟實(shí)施: 步驟1、焊接復(fù)合板的鋼基層 采取復(fù)合板基層處采用加焊條的打底焊，打底焊時(shí)應(yīng)用與點(diǎn)固焊相同的電焊條，但打底焊采用更細(xì)的焊條，直流反接極，采用小線能量的焊接參數(shù)；應(yīng)用埋弧焊填滿復(fù)合板鋼基層側(cè)的坡口； 步驟2、清除焊縫根部的氧化金屬和焊渣； 步驟3、利用權(quán)利要求1所述的高熵合金焊絲，采用TIG焊完成鈦與鋼復(fù)合板的鋼基層和鈦復(fù)層的焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金焊絲焊接鈦與鋼復(fù)合板的方法，其特點(diǎn)在于:所述的步驟3中，焊接過程中的工藝參數(shù)為，Ar氣流量8-10L/min，電弧電壓10-12V，焊接電流140A,焊接速度 56.5mm/min。
【文檔編號(hào)】B23K9/167GK103567654SQ201310479155
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】徐錦鋒, 翟秋亞 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)