本發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域，涉及一種鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

鈦以其優(yōu)異的耐腐蝕性、較高的比強(qiáng)度、高低溫范圍內(nèi)性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。但是鈦在礦石中與氧原子結(jié)合緊密，增加了提煉難度，冶煉成本高，一定程度上減少了鈦的工業(yè)應(yīng)用。而鋼是最常用的結(jié)構(gòu)材料，其力學(xué)性能、焊接性、熱穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，但是鋼鐵的耐腐蝕性能遠(yuǎn)不如鈦或鈦合金，且鋼的密度較大。但鋼相對于鈦有更高的強(qiáng)度并且具有價(jià)格優(yōu)勢，因此，將鈦和鋼相結(jié)合得到鈦鋼復(fù)合材料，兼具鈦及鈦合金耐腐蝕好、比強(qiáng)度高、鋼的高強(qiáng)度和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，在工程領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用前景，尤其是對于結(jié)構(gòu)件中，用部分鋼取代鈦，以滿足強(qiáng)度要求，可降低生產(chǎn)成本。

盡管鈦-鋼復(fù)合材料有其優(yōu)越性，但在結(jié)構(gòu)制造中，兩種不同的材料屬性也給其焊接成型方法帶來了問題。鈦和鋼在熱力學(xué)性能、物理化學(xué)性能等方面存在巨大差異。根據(jù)鈦-鐵二元相圖，室溫下鐵在鈦中的溶解度極低，僅為0.05％～0.1％左右，超出溶解度后，開始有金屬間化合物TiFe和Ti2Fe形成，兩者的硬度分別約為600HV和1000HV，這些金屬間化合物非常脆，易導(dǎo)致接頭發(fā)生脆性斷裂，此外兩種材料之間的熱應(yīng)力失配也是導(dǎo)致開裂的另一個(gè)重要因素。

針對以上問題，國內(nèi)學(xué)者對鈦-鋼復(fù)合板對接焊展開了大量研究。西安理工大學(xué)褚巧玲等人使用TIG填絲對接焊CP-Ti/Q345復(fù)合板，焊絲為Cu/V焊絲。焊后發(fā)現(xiàn)接頭存在大量裂紋和缺陷：V/Ti界面有未焊透缺陷；Cu/V和CP-Ti/Q345/V存在大量裂紋；CP-Ti/Q345/V結(jié)合界面可觀察到TiFe脆性相，以上缺陷均致使鈦-鋼復(fù)合板對接焊接頭產(chǎn)生應(yīng)力集中，力學(xué)性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠有效的解決鈦-鋼復(fù)合板對接焊時(shí)焊縫區(qū)Ti-Fe金屬間化合物脆性相多、接頭脆性大、力學(xué)性能差的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接系統(tǒng)包括基座、弧形鈦板、鋁箔、絕緣箔、開關(guān)、電容器組及若干支撐架；

預(yù)對接鈦-鋼復(fù)合板由復(fù)板及基板組成，基板及復(fù)板依次位于基座上，復(fù)板的中部開設(shè)有坡口，基板上表面的中部為圓弧面，弧形鈦板通過支撐架固定于復(fù)板的上表面上，絕緣箔及鋁箔均為圓弧形結(jié)構(gòu)，且絕緣箔及鋁箔依次設(shè)于弧形鈦板上，鋁箔、絕緣箔、弧形鈦板及復(fù)板上的坡口均正對基板上的圓弧面，電容器組的正負(fù)極經(jīng)開關(guān)分別與弧形鈦板的兩端相連接。

支撐架的數(shù)目為四個(gè)。

本發(fā)明所述的鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接方法包括以下步驟：

1)制備弧形鈦板、圓弧形結(jié)構(gòu)的絕緣箔及鋁箔，再在復(fù)板的中部加工坡口，并將基板上表面的中部加工為圓弧面，再打磨所述坡口、圓弧面及弧形鈦板，去除坡口、圓弧面及弧形鈦板表面的氧化物；

2)將基板及復(fù)板依次置于基座上，再將弧形鈦板通過支撐架固定于復(fù)板上，再將絕緣箔及鋁箔依次置于弧形鈦板上，使絕緣箔、鋁箔、弧形鈦板及復(fù)板上的坡口均正對基板上的圓弧面，然后將電容器組的正負(fù)極通過開關(guān)與鋁箔的兩端相連接；

3)閉合開關(guān)，電容器組輸出的瞬間電流使鋁箔氣化產(chǎn)生沖擊力，驅(qū)使弧形鈦板與基板上的圓弧面及復(fù)板上的坡口發(fā)生撞擊，形成冶金結(jié)合，然后再打磨復(fù)板的上表面，完成鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接。

其特征在于：基板的材質(zhì)為合金鋼或不銹鋼。

復(fù)板的材質(zhì)為TA1純鈦或TA2純鈦，復(fù)板的厚度小于等于2mm。

支撐架的高度根據(jù)鈦-鋼復(fù)合板與弧形鈦板之間形成的弧形焊縫決定，支撐架的高度為1-3mm。

電容器組輸出的瞬間電流的電流峰值為100KA-140KA、電壓峰值為7KV-10KV。

鋁箔1的厚度為0.075mm。

弧形鈦板撞擊到預(yù)對接鈦-鋼復(fù)合板之前的飛行速度為500m/s-600m/s，飛行時(shí)間為10μs-20μs。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接系統(tǒng)及方法在具體操作時(shí)，通過電容器組輸出瞬間電流，并通過瞬間電流使鋁箔氣化產(chǎn)生沖擊力，再通過該沖擊力推動(dòng)弧形鈦板與基板上的圓弧面及復(fù)板上的坡口進(jìn)行撞擊，形成冶金結(jié)合，由于電容器組輸出的瞬間電流較大，弧形鈦板在沖擊預(yù)對接鈦-鋼復(fù)合板之前的速度較大，從而使沖擊后形成的鈦-鋼復(fù)合板對接焊時(shí)焊縫區(qū)Ti-Fe金屬間化合物脆性相少，接頭脆性小，力學(xué)性能優(yōu)良，腐蝕壽命長，可以通過依次電熔爆焊完成鈦-鋼復(fù)合板的焊接。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的正視圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為鋁箔、2為絕緣箔、3為弧形鈦板、4為支撐架、5為弧形焊縫、6為鈦-鋼復(fù)合板、7為基座、8為電容器組。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接系統(tǒng)包括基座7、弧形鈦板3、鋁箔1、絕緣箔2、開關(guān)、電容器組8及若干支撐架4；預(yù)對接鈦-鋼復(fù)合板6由復(fù)板及基板組成，基板及復(fù)板依次位于基座7上，復(fù)板的中部開設(shè)有坡口，基板上表面的中部為圓弧面，弧形鈦板3通過支撐架4固定于復(fù)板的上表面上，絕緣箔2及鋁箔1均為圓弧形結(jié)構(gòu)，且絕緣箔2及鋁箔1依次設(shè)于弧形鈦板3上，鋁箔1、絕緣箔2、弧形鈦板3及復(fù)板上的坡口均正對基板上的圓弧面，電容器組8的正負(fù)極經(jīng)開關(guān)分別與弧形鈦板3的兩端相連接；支撐架4的數(shù)目為四個(gè)。

本發(fā)明所述的鈦-鋼復(fù)合板對接焊縫的電熔爆包覆焊接方法包括以下步驟：

1)制備弧形鈦板3、圓弧形結(jié)構(gòu)的絕緣箔2及鋁箔1，再在復(fù)板的中部加工坡口，并將基板上表面的中部加工為圓弧面，再打磨所述坡口、圓弧面及弧形鈦板3，去除坡口、圓弧面及弧形鈦板3表面的氧化物；

2)將基板及復(fù)板依次置于基座7上，再將弧形鈦板3通過支撐架4固定于復(fù)板上，再將絕緣箔2及鋁箔1依次置于弧形鈦板3上，使絕緣箔2、鋁箔1、弧形鈦板3及復(fù)板上的坡口均正對基板上的圓弧面，然后將電容器組8的正負(fù)極通過開關(guān)與鋁箔1的兩端相連接；

3)閉合開關(guān)，電容器組8輸出的瞬間電流使鋁箔1氣化產(chǎn)生沖擊力，驅(qū)使弧形鈦板3與基板上的圓弧面及復(fù)板上的坡口發(fā)生撞擊，形成冶金結(jié)合，然后再打磨復(fù)板的上表面，完成鈦-鋼復(fù)合板6對接焊縫的電熔爆包覆焊接。

基板的材質(zhì)為合金鋼或不銹鋼。

復(fù)板的材質(zhì)為TA1純鈦或TA2純鈦，復(fù)板的厚度小于等于2mm。

支撐架4的高度根據(jù)鈦-鋼復(fù)合板6與弧形鈦板3之間形成的弧形焊縫5決定，支撐架4的高度為1-3mm。

電容器組8輸出的瞬間電流的電流峰值為100KA-140KA、電壓峰值為7KV-10KV。

鋁箔1的厚度為0.075mm。

弧形鈦板3撞擊到預(yù)對接鈦-鋼復(fù)合板6之前的飛行速度為500m/s-600m/s，飛行時(shí)間為10μs-20μs。

實(shí)施例一

把兩塊鈦-鋼復(fù)合板6(材質(zhì)組合為TA1/Cr12MoV，尺寸為200×80×2mm)焊接在一起，焊縫長度為200mm。包覆用的弧形鈦板3TA1尺寸為200×40×1mm，把兩塊預(yù)對接的鈦-鋼復(fù)合板6的基板、絕緣箔2和鋁箔1加工成與之對應(yīng)的圓弧形，再在復(fù)板的中部形成一定坡口，將基板的圓弧形面和復(fù)板的坡口及弧形鈦板3用砂紙或拋光輪打磨干凈，除去金屬表面的氧化物，露出金屬光澤。然后將預(yù)對接的鈦-鋼復(fù)合板6置于基座7之上，將弧形鈦板3通過支撐架4置于基板上圓弧面的上方，支撐架4高度為1.6mm，再將絕緣箔2和鋁箔1依次置于弧形鈦板3之上，最上層的鋁箔1與Maxwell Magneform電容器組8相連，在實(shí)現(xiàn)電熔爆焊接前，對鋁箔1輸入很小的預(yù)置電流和電壓，開始電熔爆焊接時(shí)，將電流突增至120kA，電壓增至7kV，鋁箔1迅速氣化產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)使弧形鈦板3和基板包覆成一體，最后使用砂輪將復(fù)板上表面打磨光滑平整，獲得完全焊透的鈦-鋼復(fù)合板6完整焊接。

實(shí)施例二

把兩塊鈦-鋼復(fù)合板6(材質(zhì)組合為TA2/1Cr18Ni9Ti，尺寸為150×70×2mm)焊接在一起，焊縫長度為150mm，包覆用的弧形鈦板3TA1尺寸為150×35×1mm，把預(yù)對接的鈦-鋼復(fù)合板6的基板、絕緣箔2和鋁箔1加工成與之對應(yīng)的圓弧形，再在復(fù)板的中部形成一定坡口，將基板的圓弧形面和復(fù)板的坡口及弧形鈦板3用砂紙或拋光輪打磨干凈，除去金屬表面的氧化物，露出金屬光澤，然后將預(yù)對接的鈦-鋼復(fù)合板6置于基座7之上，將弧形鈦板3通過支撐架4置于基板的圓弧面上，支撐架4的高度為1mm，再將絕緣箔2和鋁箔1依次置于弧形鈦板3之上，將鋁箔1與Maxwell Magneform電容器組8相連，在實(shí)現(xiàn)電熔爆焊接前，對鋁箔1輸入很小的預(yù)置電流和電壓，開始電熔爆焊接時(shí)，將電流突增至110kA，電壓增至7.5kV，鋁箔1迅速氣化產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)使弧形鈦板3和基板包覆成一體，最后使用砂輪將復(fù)板上表面打磨光滑平整，獲得完全焊透的鈦-鋼復(fù)合板6完整焊接。