技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明屬于復(fù)合板材焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材焊接方法。

　　背景技術(shù)：

　　：我國(guó)每年因?yàn)楦g造成的損失影響嚴(yán)重，統(tǒng)計(jì)資料表明，2000年以來(lái)，我國(guó)每年腐蝕損失超過(guò)5000億元，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的5％，管道腐蝕在其中占到相當(dāng)比例，并且這個(gè)數(shù)字還在不斷上升。層狀結(jié)構(gòu)雙金屬?gòu)?fù)合材料可以使強(qiáng)度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)差異極為懸殊的不同金屬實(shí)現(xiàn)完美的冶金結(jié)合，集不同材料的優(yōu)點(diǎn)于一身，充分發(fā)揮不同材料特性，極大地節(jié)約稀貴金屬材料，降低設(shè)備的制造成本，使稀貴金屬在許多領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。雙金屬層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管市場(chǎng)需求較大，今后幾年，市場(chǎng)對(duì)復(fù)合金屬管道產(chǎn)品的需求將快速增加，僅我國(guó)石油工業(yè)年消耗石油鋼管100余萬(wàn)噸，耗資100多億元，其中50％以上的石油鋼管基本處于強(qiáng)腐蝕環(huán)境中使用，即石油行業(yè)防腐管道的市場(chǎng)容量每年超過(guò)50億元。我國(guó)每年的鈦材消耗量要大于2000噸，約有99％的用于民用。如果采用鈦－鋼復(fù)合材料代替純鈦材，可節(jié)約大量昂貴的鈦及鈦合金。由于鈦或鈦合金具有較高化學(xué)活性，在焊接過(guò)程中容易吸收有害氣體(O，N和H)，并與鋼中各元素冶金作用產(chǎn)生脆硬的金屬間化合物相(TixFey，CuxTiy和易碎的TiC)，導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)較低的力學(xué)性能(包括抗拉強(qiáng)度、延展性和塑韌性等)和不穩(wěn)定的組織特征。眾所周知，由于鈦和鋼的冶金不相容性，直接熔焊對(duì)于鈦/鋼的焊接是不可行的。因此，采用中間過(guò)渡材料來(lái)避免易碎和脆硬金屬間化合物的產(chǎn)生是一種有效方法。從冶金作用產(chǎn)物考慮，V是唯一能與Ti和Fe都能形成固溶體，而非金屬間化合物的金屬元素，但其易與鋼中的C等元素形成硬脆的VC，因此，將其作為過(guò)渡層靠近Ti，阻隔Ti與鋼中的Fe作用，生成脆硬金屬間化合物相。而Cu是非碳化物形成元素，能與V及鋼中各元素形成固溶體，而非金屬間化合物。Cu作為過(guò)渡層材料可以阻隔V與鋼中的C相遇，靠近基層鋼。下表1給出了Ti、V、Cu和Fe的物理、化學(xué)特性。由于4種元素物理、化學(xué)特性差異顯著，故而對(duì)焊接過(guò)程各層熔覆量控制和焊接參數(shù)匹配提出了挑戰(zhàn)。因此，本發(fā)明對(duì)上述問(wèn)題的解決將更有優(yōu)勢(shì)，且效能俱佳。表1Fe,Cu,V和Ti的物理、化學(xué)性質(zhì)注:Mp—熔點(diǎn),Sh—比熱容,Tc—熱導(dǎo)率,Lec—線膨脹系數(shù),An—原子序數(shù),Aw—原子量,Ar—原子半徑

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　：為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材焊接工藝，本發(fā)明的焊接工藝能夠避免層間脆硬金屬間化合物TixFey、CuxTiy、TiC和VC等的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材的有效對(duì)焊連接，保證焊縫的焊接質(zhì)量和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材焊接方法，具體步驟為：步驟1：層狀復(fù)合板材的制備由工業(yè)純鈦或鈦合金和碳鋼經(jīng)過(guò)爆炸+熱軋工藝制備層狀復(fù)合板材，純鈦或鈦合金層與碳鋼層為冶金連接，工業(yè)純鈦或鈦合金層厚度為1～4mm；步驟2：坡口設(shè)計(jì)純鈦或鈦合金層一側(cè)為倒置小梯形形狀坡口，其深度為4～5mm，純鈦或鈦合金層一側(cè)倒置小梯形形狀坡口深度大于純鈦或鈦合金層厚度，破口角度為60～70°，寬度為6～8mm；碳鋼層一側(cè)為正置大梯形形狀坡口，其深度為11～20mm，坡口角度為60～80°，寬度為16～22mm；倒置小梯形形狀坡口和正置大梯形形狀坡口交匯于碳鋼層側(cè)且為平面狀或圓弧狀過(guò)渡；步驟3：定位點(diǎn)焊層狀復(fù)合板材完成坡口加工后，組對(duì)的一副層狀復(fù)合板材從碳鋼側(cè)進(jìn)行每隔500mm進(jìn)行定位點(diǎn)焊，保證組對(duì)層狀復(fù)合板坡口間有0.8～1.5mm寬的間隙；步驟4：碳鋼層坡口焊接完成定位點(diǎn)焊的純鈦或鈦合金/碳鋼復(fù)合板材從碳鋼一側(cè)采用MAG焊接方法進(jìn)行多層、多道次小線能量焊接，在碳鋼層一側(cè)的破口處形成碳鋼層熔敷金屬區(qū)，焊接過(guò)程背面純鈦或鈦合金層一側(cè)坡口內(nèi)及周圍10～20mm寬范圍進(jìn)行惰性氣體保護(hù)；步驟5：純鈦或鈦合金層坡口焊接碳鋼層一側(cè)完成全部焊接后空冷至室溫，對(duì)純鈦或鈦合金層一側(cè)坡口進(jìn)行清根處理，并保證坡口底部為平面狀或圓弧狀，拋光并用丙酮和乙醇進(jìn)行清洗且迅速吹干；清洗吹干后，純鈦或鈦合金層坡口采用冷噴涂技術(shù)進(jìn)行高純Cu粉末噴涂焊接，Cu粉末顆粒尺寸分布范圍為10～50μm，噴涂焊接形成的Cu冷噴涂層厚度與復(fù)合板爆炸接合面平齊或超出0～0.5mm，且完全覆蓋下層碳鋼；完成Cu粉末噴涂焊接后，對(duì)純鈦或鈦合金層坡口內(nèi)鈦母材表面進(jìn)行去Cu處理，然后采用冷噴涂技術(shù)進(jìn)行高純V粉末的噴涂焊接，V粉末顆粒尺寸分布范圍為5～45μm，噴涂焊接形成的V冷噴涂層厚度為0～0.5mm，且完全覆蓋于Cu冷噴涂層之上；完成V冷噴涂層噴涂焊接后，對(duì)坡口進(jìn)行清理，然后采用熔焊技術(shù)進(jìn)行純鈦或鈦合金層的填充蓋面焊接，在坡口處形成純鈦或鈦合金層熔敷金屬區(qū)，整個(gè)焊接過(guò)程對(duì)焊縫區(qū)及附近區(qū)域進(jìn)行惰性氣體保護(hù)。上述鈦合金為TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA11、A15、TA17、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4或TC4ELI。上述碳鋼為Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器鋼和管線鋼。上述步驟5中的熔焊技術(shù)采用自動(dòng)或手動(dòng)TIG。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用“倒置小梯形形狀和正置大梯形形狀”復(fù)合特型焊接坡口形式，通過(guò)對(duì)坡口角度、深度、寬度等尺寸的設(shè)計(jì)，結(jié)合新型冷噴涂技術(shù)，采用高純度Cu、V粉末進(jìn)行噴涂焊接，并對(duì)噴涂層厚度、覆蓋情況、結(jié)合質(zhì)量進(jìn)行有效控制，使兩種噴涂過(guò)渡層材料能起到很好的阻隔作用，避免層間脆硬金屬間化合物TixFey、CuxTiy、TiC和VC等的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材的有效對(duì)焊連接并保證焊縫具有可靠的焊接質(zhì)量和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。附圖說(shuō)明：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。圖1為本發(fā)明純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合板材焊縫局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明：1為純鈦或鈦合金層；2為碳鋼層；3為純鈦或鈦合金層熔敷金屬區(qū)；4為V冷噴涂層；5為Cu冷噴涂層；6為碳鋼層熔敷金屬區(qū)。具體實(shí)施方式：參見(jiàn)圖1，以爆炸+熱軋TA1/X65鈦/管線鋼復(fù)合板為焊接試板，本例中TA1/X65鈦/管線鋼復(fù)合板總厚度為16mm，其中X65碳鋼層2一側(cè)厚度為14mm，TA1純鈦層1一側(cè)厚度為2mm。采用特型復(fù)合坡口設(shè)計(jì)，TA1純鈦層1一側(cè)坡口深度為4～5mm，角度為60～70°，寬度為6～8mm；X65管線碳鋼層2一側(cè)坡口角度為60～80°，寬度為16～22mm，其深度為11～20mm。基層X(jué)65鋼采用MAG焊，用H08Mn2SiA焊絲，形成碳鋼層熔敷金屬區(qū)6；純Cu冷噴涂層5(純度≧99.995％)，采用冷噴涂技術(shù)；純V冷噴涂層4(純度≧99.995％)，亦采用冷噴涂技術(shù)；TA1純鈦層1采用TIG焊，用工業(yè)純鈦(純度≧99.999％)TA1焊絲形成純鈦層熔敷金屬區(qū)3，主要焊接工藝參數(shù)如下表1至表3所示，表4為TA1/X65鈦/管線鋼復(fù)合板焊縫性能測(cè)試結(jié)果。表1X65管線鋼層一側(cè)焊接試驗(yàn)參數(shù)表2純鈦TA1焊接試驗(yàn)參數(shù)表3純Cu、V的噴涂參數(shù)表4TA1/X65鈦/管線鋼復(fù)合板焊縫性能測(cè)試結(jié)果以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出的若干簡(jiǎn)單推演、替換或變換等都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。

　　文檔序號(hào)：13220281