[发明专利]双金属复合板的无中间层对接焊焊接方法及焊接结构

说明书

本发明涉及焊接生产领域，尤其是一种不用中间过渡层焊接、通过焊缝坡口设置和焊接方法选用和工艺优化，避免基体层和复合层中元素通过熔体接触、混合而产生不良影响，以保证焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能的双金属复合板的对接焊方法，包括如下步骤：a、材料准备：形成基体层钝边结构和基体层坡口结构；b、清理焊缝及焊缝附近表面；c、组对：将两板对接，并通过采用工装夹具固定所述双金属复合板；d、焊接：首先采用激光焊方法焊接复合层焊缝，然后，采用电弧焊焊接基体层钝边结构的部分，最后，采用电弧焊或激光复合焊方法完成所需焊接的焊缝的余下焊道。本发明尤其适用于双金属复合板的对接焊接工艺之中。

技术领域

本发明涉及焊接生产领域，尤其是一种双金属复合板的无中间层对接焊焊接方法及焊接结构。

背景技术

钛或钛合金，在海水和常见酸性介质中的耐腐蚀性十分优异，因而常常应用于化工、能源、海洋工程等领域的重要场合。然而，钛和钛合金价格昂贵。为了降低成本，常常以钛/钢复合板的形式应用钛合金，即将钛合金作为与介质接触的复合层，提供复合材料的耐腐蚀性能，而力学性能优异的钢材作为基体材料提供复合材料的力学性能。不锈钢/碳钢复合板的意义与钛/钢复合板的意义相似。不锈钢耐腐蚀，但价格同样较碳钢贵得多。采用不锈钢/碳钢复合板既利用了不锈钢的耐蚀性，又大大降低了成本。通常采用爆炸焊方法、扩散焊、热压焊或热轧方法生产钛/钢复合板和不锈钢/碳钢复合板。然而，这些方法虽然可以解决复合层板(钛板或不锈钢板)和基体板材(钢板)的连接问题，但对于复合板的对接并不适用。

复合板的对接，即将两块复合板的基体层互相焊接，其复合层材料互相焊接，是一个工艺难题。然而，在钛/钢复合管、不锈钢/碳钢等复合管制造和应用过程中，无论是螺旋焊管、纵缝焊管还是环缝对接，均涉及到此类复合材料的对接；虽然所涉及的焊接问题不是平板对接，但其实质与复合板的平板对接问题相同。

对于钛/钢复合板的焊接，因为钛与铁元素的化学性质差异大，当钛的熔体与铁的熔体混合，冷却凝固后，将形成大量脆性的钛与铁的金属间化合物，使接头极脆，因而任何导致钛熔体和铁熔体接触、混合的焊接方法实际是不可行的。采用常见的电弧焊方法直接对焊钛/钢复合板，无论是先焊接钢基体还是先焊接钛复合层，很难避免钛和铁在界面处的混溶。可采用过渡层方法，例如，先焊钛复合层，再在此焊道上堆焊多层中间层——钒层、铬层、镍层，再焊接钢基体。此方法工艺复杂、成本高，焊接质量还不稳定。可采用盖板搭接焊方法，即先去除焊缝附近钛层，在正面焊接钢基体对接焊缝，再取合适宽度的钛条盖在反面钛复合层上，在反面，通过两条搭接焊缝将钛条和钛复合层焊接起来。此方法可保证接头力学性能，但在钛钢复合板的重要应用领域-管道，钛层在管道内侧，施工(尤其是小直径管的制管或组焊工序)较困难，且盖板导致管道内径变窄，流体阻力变大，介质冲刷易导致焊缝失效；此外，盖板易下垂，在介质作用下，导致失效，甚至复合层剥离，堵塞管道。通常的情况下，要求“单面焊、双面成形”。各种固态焊接方法，如：摩擦焊、闪光焊、电阻对焊、扩散焊等，对复合板对接的问题，适应性也较差。

不锈钢/碳钢复合板的对接问题与钛/钢复合板对接问题类似。碳钢成分对不锈钢合金成分(如铬)的稀释及不锈钢中铬元素与碳钢中的碳反应引起的贫铬，导致不锈钢层耐蚀性恶化；另外，脆性化合物的存在对力学性能也有明显影响。因此，现有焊接方法同样存在焊接质量差的问题。在采用钛/钢复合板制造钛/钢复合管、采用不锈钢/碳钢复合板制造不锈钢/碳钢管的过程中，以及钛/钢复合管、不锈钢/碳钢复合管的对接组焊过程中，都涉及复合板材料的对接焊问题。因此，需要合适的方法，同时确保接头的力学性能和耐腐蚀性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种避免基体层和复合层中元素通过熔体接触、混合而产生不良影响，以保证焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能的双金属复合板的双金属复合板的无中间层对接焊焊接方法及焊接结构。