[发明专利]一种纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材焊接方法

摘要

本发明公开了一种纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材焊接方法，该纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材是由工业纯钛或钛合金板材与碳钢板材通过爆炸+热轧工艺连接在一起且为冶金连接；通过对复合板进行焊接坡口精细设计和加工，结合MAG和TIG熔焊技术，采用喷涂过渡技术进行纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材板板对焊连接；喷涂层成形优良、涂层致密且与下层材料结合力大，起到了很好的冶金过渡连接作用，避免了焊缝中脆硬相的产生；本发明实现了纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材冶金对焊连接的工程化生产，使冶金连接焊缝具有较好的外观形貌和优良的力学性能，同时保证了焊缝的耐腐蚀性能，实现了焊缝的可靠冶金连接。

主权项

一种纯钛或钛合金/碳钢层状复合板材焊接方法，其特征在于：所述焊接方法的具体步骤为：步骤1：层状复合板材的制备由工业纯钛或钛合金和碳钢经过爆炸+热轧工艺制备层状复合板材，纯钛或钛合金层(1)与碳钢层(2)为冶金连接，纯钛或钛合金层(1)厚度为1～4mm；步骤2：坡口设计纯钛或钛合金层(1)一侧为倒置小梯形形状坡口，其深度为4～5mm；纯钛或钛合金层(1)一侧倒置小梯形形状坡口深度大于纯钛或钛合金层(1)厚度，坡口角度为60～70°，宽度为6～8mm；碳钢层(2)一侧为正置大梯形形状坡口，其深度为11～20mm，坡口角度为60～80°，宽度为16～22mm；倒置小梯形形状坡口和正置大梯形形状坡口交汇于碳钢层(2)侧且为平面状或圆弧状过渡；步骤3：定位点焊层状复合板材完成坡口加工后，组对的一副层状复合板材从碳钢侧进行每隔500mm进行定位点焊，保证组对层状复合板坡口间有0.8～1.5mm宽的间隙；步骤4：碳钢层(2)坡口焊接完成定位点焊的纯钛或钛合金/碳钢复合板材从碳钢一侧采用MAG焊接方法进行多层、多道次小线能量焊接，在碳钢层(2)一侧的破口处形成碳钢层熔敷金属区(6)，焊接过程背面纯钛或钛合金层(1)一侧坡口内及周围10～20mm宽范围进行惰性气体保护；步骤5：纯钛或钛合金层(1)坡口焊接碳钢层(2)一侧完成全部焊接后空冷至室温，对纯钛或钛合金层(1)一侧坡口进行清根处理，并保证坡口底部为平面状或圆弧状，抛光并用丙酮和乙醇进行清洗且迅速吹干；清洗吹干后，纯钛或钛合金层(1)坡口采用冷喷涂技术进行高纯Cu粉末喷涂焊接，Cu粉末颗粒尺寸分布范围为10～50μm，喷涂焊接形成的Cu冷喷涂层(5)厚度与复合板爆炸接合面平齐，且完全覆盖下层碳钢；完成Cu粉末喷涂焊接后，对纯钛或钛合金层(1)坡口内钛母材表面进行去Cu处理，然后采用冷喷涂技术进行高纯V粉末喷涂焊接，V粉末颗粒尺寸分布范围为5～45μm，喷涂焊接形成的V冷喷涂层(4)厚度为0～0.5mm，且完全覆盖于Cu冷喷涂层之上；完成V粉末喷涂焊接后，对坡口进行清理，然后采用熔焊技术进行纯钛或钛合金层(1)的填充盖面焊接，在坡口处形成纯钛或钛合金层熔敷金属区(3)，整个焊接过程对焊缝区及附近区域进行惰性气体保护；所述步骤5中的熔焊技术采用自动或手动TIG；所述步骤5中的Cu粉末喷涂焊接的工艺参数为：加速气体压力2.5～3.5MPa，送粉气体压力3.0～4.5MPa，气体加热温度350～450℃，喷涂距离10～20mm；V粉末喷涂焊接的工艺参数为：加速气体压力4.0～5.5MPa，送粉气体压力4.5～6.0MPa，气体加热温度400～650℃，喷涂距离15～20mm；所述纯钛或钛合金层为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8‑1、TA9、TA9‑1、TA10、TA11、TA15、TA17、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4或TC4ELI；所述碳钢为Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100；所述纯钛或钛合金/碳钢层状复合板焊缝的抗拉强度为629MPa、659MPa或630MPa，在‑10℃下焊缝冲击韧性为114J、126J或132J。