[发明专利]以T2紫铜作为过渡层的钛‑钢复合板激光填丝对接焊方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种以T2紫铜作为过渡层的钛-钢复合板激光填丝对接焊方法。

背景技术

钛因其比强度高、耐腐蚀性好、耐磨性好以及高低温性能好等优点，被广泛应用于诸多工业领域，然而，由于钛属于稀有金属，价格高昂，很大程度上限制了其应用推广。钢具有良好的综合力学性能、焊接性好、热稳定性好，且其价格低廉，是应用最多的金属结构材料。但是，钢的耐腐蚀性很差，且密度也较大。钛-钢复合板是将钛板和钢板通过爆炸焊等手段分层组合形成的双金属板状复合材料。钛-钢复合板既能发挥两种单一金属各自的优点，又可以大大节省稀贵金属钛的使用量，使成本大大降低。

尽管钛-钢复合板兼有性能和经济性的双重优势，但两种材料属性的差异也给其焊接成型带来了问题。根据Ti-Fe二元相图，室温下铁在钛中的溶解度极低，仅为0.05％～0.1％左右，超出溶解度后，会产生脆硬的金属间化合物TiFe和Ti₂Fe，易导致焊接接头发生脆性断裂。同时，在焊接时(尤其是采用传统电弧焊等高热输入量方法焊接时)，两种材料之间的热应力失配也是导致开裂的另一个重要因素。

针对上述问题，很多学者展开了大量研究。

褚巧玲等人使用TIG填丝对接焊CP-Ti/Q345复合板，焊丝为Cu/V焊丝。焊后发现接头存在大量裂纹和缺陷：V/Ti界面有未焊透缺陷；Cu/V和CP-Ti/Q345/V存在大量裂纹；CP-Ti/Q345/V结合界面可观察到TiFe脆性相。

杨军等人采用TIG+MIG+MAG的焊接工艺对TA1/X65复合板进行了以V/Cu作为中间过渡填充金属的对接焊试验。结果表明,该方法焊接工艺较复杂,且V过渡层未能阻隔Ti的扩散而产生了脆硬金属间化合物。

吴伟刚等人以TiNi和NiCrMo为双过渡层焊接材料，对TA1/X80复合板进行了熔焊对接试验。结果表明，TiNi焊缝和NiCrMo焊缝均生成了一定数量的脆性相，并导致接头强度和塑韧性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种以T2紫铜作为过渡层的钛-钢复合板激光填丝对接焊方法，该方法能够有效的解决钛-钢复合板对接焊的过程中形成脆性金属间化合物，焊接热应力大、金属层间热应力严重失配的问题。

为达到上述目的，本发明所述的以T2紫铜作为过渡层的钛-钢复合板激光填丝对接焊方法包括以下步骤：

1)将预对接焊的两块钛-钢复合板中钢基板的端面加工为斜面，并使钛-钢复合板中的钢基板与钛板形成台阶型结构，再打磨预对接焊的两块钛-钢复合板中钢基板的斜面及所述台阶型结构的表面；

2)将预对接焊的两个钛-钢复合板进行对接装配，其中，预对接的两块钛-钢复合板中钢基板上的斜面形成V型坡口；

3)对预对接焊的两块钛-钢复合板中钛板之间的间隙进行激光打底焊接形成激光打底焊缝，其中，激光打底焊缝位于V型坡口的下方；

4)采用激光填丝焊在激光打底焊缝的下表面用钛焊丝封底形成钛丝焊缝，采用激光填丝的方法在V型坡口的底部堆焊一层T2紫铜作为过渡层焊缝；

5)采用激光填丝的方法在过渡层焊缝的上表面堆焊第一层钢焊道；

6)采用激光填丝的方法在第一层钢焊道的上表面堆焊第二层钢焊道，并使第二层钢焊道填满V型坡口，完成预对接焊的两个钛-钢复合板的对接焊。

台阶型结构中钛板伸出钢基板的长度为0.75-1mm。

V型坡口的角度为10°-30°。

预对接焊的两个钛-钢复合板中钛板之间的间隙宽度小于0.1mm。

激光打底焊缝上表面的宽度小于1.5mm。

钛丝焊缝的熔宽为2-5mm。

采用激光填丝的方法在V型坡口的底部堆焊一层紫铜的过程中激光束的入射角为60°-70°。

过渡层焊缝的熔深小于0.2mm；

过渡层焊缝的厚度为1-1.5mm。

步骤5)中采用激光填丝的方法在过渡层焊缝的上表面堆焊第一层钢焊道8的过程中激光束的入射角为60°-70°；

步骤6)中采用激光填丝的方法在第一层钢焊道的上表面堆焊第二层钢焊道的过程中激光束的入射角为0°-10°。

堆焊第一层钢焊道时，过渡层焊缝重熔的熔深小于0.5mm。

本发明具有以下有益效果：