[发明专利]一种钛钢复合棒的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钛钢复合棒制备加工领域，具体涉及一种钛钢复合棒的制造方法。

背景技术

钛具有良好的物理、化学性能与机械性能，但其冶炼技术复杂，生产成本高，因此钛的价格很贵，很大程度限制了钛的推广及应用。将钛与其它金属(如钢、铜、铝等)复合在一起，制成金属复合材料，既可以发挥钛的优异性能，又可大大降低成本，因而近年来对类似材料的研究很多，其中钛-钢复合材料以其高强度、优异的耐蚀性能和显著的经济效益而被广泛的应用与化工、石油等工业部门。

超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40KHz电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。现有制备钛钢复合棒大致方法为将钢棒放入钛管中，采用冷拉或热拉方式对组合进行拉拔。该工艺具有界面结合强度低约100MPa、波动大等缺点。

发明内容

本发明的目的是解决钛钢复合板制备过程中界面上钛/铁化合物的生成导致的平直界面容易剥离，提供了一种旋转焊接法制备截面反应化合物极低的钛钢复合棒的加工工艺，以改善界面结合效果，提高产品质量。

本发明所要解决的技术问题是提供一种钛钢复合棒的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将钢棒插入中空钛管中，使钛管和钢棒形成组合坯料，除去水分，焊封组合坯料两端，然后对焊封后的组合坯料进行旋转焊接，再在400～700℃下进行退火即可。

优选的，上述钛钢复合棒的制造方法中，所述旋转焊接采用超声旋转焊接。

进一步的，上述钛钢复合棒的制造方法中，所述超声旋转焊接采用的焊头有三个，对称布置。

进一步的，上述钛钢复合棒的制造方法中，所述焊头线速度为0.1～2m/s。

进一步的，上述钛钢复合棒的制造方法中，所述每个超声旋转焊接的功率为2.7～3.3kW。

优选的，上述钛钢复合棒的制造方法中，所述钢棒直径比钛管内径小0.5～1mm。

具体的，上述钛钢复合棒的制备方法中，所述除去水分采用将组合坯料在100～200℃下加热2～6h实现。

具体的，上述钛钢复合棒的制备方法中，采用氩弧焊封两端。

优选的，上述钛钢复合棒的制备方法中，所述退火时间为8～10h。

本发明方法选择了合适的焊接方式，控制了合适的焊头线速度、退火温度等条件，相辅相成，最终制备得到了界面结合强度稳定、抗剪切强度高达200MPa的钛钢复合棒。

附图说明

图1组坯示意图

图2超声焊接焊头

图3焊头布置示意图

具体实施方式

本发明钛钢复合棒的制备方法，工艺方案如下：将钢棒插入中空钛管中，使钛管和钢棒形成一个组合坯料；将组合坯料在100～200℃加热1～2h以除去组合坯料中的水分；然后组合坯料两端用氩弧焊封死，然后进行超声旋转焊接，然后在400～700℃退火8～10h应去除残余应力。所述焊接的焊头速度为0.1～2m/s，速度低于或高于上述范围均会导致界面结合强度低、波动大。所述超声焊头有三个，对称布置。所述每个超声功率为2.7～3.3kW。

实施例1

将加工好的组合坯料放入加热炉内加热，加热温度150℃，保温2小时；取出完成加热工艺的组合坯料，进行超声焊接，控制超声功率为3KW、焊头线速度为0.1m/s；复合之后进行去应力退火，400℃退火8h。

本实施例钢棒直径100mm和钛管内径101mm，厚4mm复合，得到的钛钢棒的产品界面结合强度约180MPa。

实施例2

将加工好的坯料放入加热炉内加热，加热温度120℃，保温2小时；取出完成加热工艺进行组料，进行超声焊接，焊头线速度0.2m/s；复合之后进行去应力退火，退火温度为500℃,10h。

本实施例钢棒直径110mm和钛管内径111mm，厚2mm复合，得到的钛钢棒的产品界面结合强度约220Mpa。