专利名称：利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属板材复合处理的方法，特别是一种利用定位放射扩散方式对
异种金属板材复合处理的方法。
背景技术：
目前，在工业生产中经常需要将不同材质的金属板材复合成一体结构，如换热器中的管板，它是换热器中的主要部件，承受着管程和壳程高温高压介质的冲蚀和腐蚀。因此管板的选材十分关键。通常石化行业用换热器管程和壳程介质性质相差悬殊，管程为高温高压、高腐蚀的工艺介质，壳程通常是冷却水(多为海水)；也有时管程壳程都是特殊腐蚀性工艺介质。因此，管板必须选用特殊材料如海军铜、铁白铜、双相不锈钢、316L、钛、锆类有色金属等，以满足其单侧(管程或壳程)或双侧(管程和壳程)耐介质腐蚀的能力，确保设备安全和使用寿命。若采取整体有色金属锻件，需要消耗大量的有色金属，制造成本高，由于管板锻件本身有众多管孔，使材料的利用率大为降低；由于有色金属一般比钢质材料强度低，为保证强度还必须加大管板锻件的厚度。 为解决上述问题，选用碳钢与耐腐蚀金属材料进行复合形成既强度高又耐腐的管板材料。现有的复合板通常为爆炸方式复合成型或爆炸后进行轧制复合成型。爆炸复合板在爆炸复合时会产生巨大的噪声和热辐射、冲击力，不符合环保要求。同时爆炸复合过程造成大量温室气体的排放，对环境十分有害。爆炸复合的材料尤其有色金属复合板，爆炸产生的高温和冲击力往往造成结合面有色金属大面积熔化，复层表面被爆炸热氧化烧伤，金属晶粒粗大，热影响区过大，界面组织复杂，强度和塑性均受到损伤。爆炸还会使复合板产生变形，排气不均还会造成复层鼓包、边缘打裂、雷管区结合不良等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种无环境污染、复合成型后板材质量好的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，克服现有技术的不足。 本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，包括如下步骤 a、向异种金属材质的基层3和上复层1之间设置放射扩散连接层并作相互定位处理； b、加热，使各部均温烧透，所述加热温度的下限为低于放射扩散连接层材质熔点l(TC ; c、加压，压力控制在10MPa 30MPa之间，并保压1 10分钟；
d、保温缓冷； 所述的放射扩散连接层材质的熔点应同时低于所述的基层材质的熔点和复层材质的熔点，放射扩散连接层与基层3和上复层1之间具有相熔性。 本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其中所述的放射扩散连接层为上衬层7，所述的定位处理是在基层3和上复层1之间设置有若干个上定位钉2，上定位钉2穿过衬层7上的通孔。 本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其中所述的放射扩散连接层为堆焊在基层3上中间凹槽11内和堆焊在基层3上十字槽12内的堆焊层和与该堆焊层相接触的位于上复层1上的堆焊层，所述的定位处理是在上复层1的周边设有凸边13，在基层3的周边设有与凸边13相配的凹边14，凸边13与凹边14可相互配合。
本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其中所述的放射扩散连接层为堆焊在上复层1周边的堆焊边15和堆焊在上复层1上的十字通槽16及中间通孔17内的堆焊层，所述的定位处理是基层3周边有凹边14，凹边14与堆焊边15相配。
本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其中所述的放射扩散连接层为与上复层1和基层3固定连接的镶条18，所述的定位处理是在上复层1的周边设有凸边13，在基层3的周边设有与凸边13相配的凹边14，凸边13与凹边14可相互配合。 本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其中所述的上定位钉2的一端与上复层1之间为螺纹连接，上定位钉2的另一端插入基层3上的定位孔8内，且上定位钉2与上衬层7的材质相同。 本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其中所述的镶条18与上复层1和基层3之间为螺钉固定连接，且该螺钉与镶条18的材质相同。
本发明的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法与现有技术相比，工艺简单，好操作，易控制；复合过程中不产生噪声、热辐射及冲击力，无温室气体的排放，符合环保要求，复合后的界面与母材组织相同，结合质量好，材料表面不损伤，结合面机械性能好。且设备简单、通用性强、操作简便、节省能源。
图1是本发明的实施例1中基层与复层压制前的结构示意图；图2是图1所示的上复层1、上衬层7及上复层螺丝孔9的结构示意图；图3是图1所示的基层3的结构示意图；图4是图3所示的俯视示意图；图5是图1所示的下复层5、、下衬层6及下复层螺丝孔10的结构示意6是本发明的实施例2中基层与复层压制前的结构示意图；图7是图6所示的基层3的结构示意图；图8是图7所示的基层3堆焊后俯视示意图；图9是图6所示的上复层1的结构示意图；图10是本发明的实施例3中基层与复层压制前的结构示意图；图11是图10所示的上复层1的结构示意图；图12是图ll所示的俯视示意图；图13是图10所示的基层3的结构示意图；图14是本发明的实施例4中基层与复层压制前的结构示意图。
具体实施例方式
如图1、6、10、14所示其中3为基层，1为上复层，5为下复层。基层3的材质为钢，包括碳钢、不锈钢或合金钢等，上复层1和下复层5的材质为具有耐腐性能的有色金属或不锈钢，包括双相不锈钢、各种铜、镍或镍基合金、钛或钛合金、锆或锆合金等。
实施例1 :如图1、2、3、4、5所示: a、向异种金属材质的基层3(选用碳钢)和上复层l(选用纯钛材料)及下复层5 (选用纯钛材料)之间设置放射扩散连接层并作相互定位处理，具体作法是在基层3和上复层1之间放置上衬层7，在基层3与下复层5之间放置下衬层6，上衬层7和下衬层6为薄铜板材料，作为放射扩散连接层。在上复层1上加工上复层螺丝孔9，在下复层5上加工下复层螺丝孔10，2为铜质材料的上定位钉，在基层3上加工定位孔8。上定位钉2的一端有螺纹并旋入上复层螺丝孔9内，上定位钉2的另一端穿过上衬层7上的孔插入基层3上的定位孔8内。基层3与下复层5之间的定位与上述的基层3与上复层1之间定位方式相同。铜质材料的上衬层7和下衬层6的熔点低于钢质材料的基层3和纯钛材质的上复层1和下复层5，并衬层与基层和复层之间均具有相熔性。若碳钢与不锈钢类金属复合时，可不加衬层6、7，直接打钉复合即可。 b、加热，使各部均温烧透，加热速度控制在50°C /h.mm 200°C /h.mm之间均可；所述加热温度的下限为低于放射扩散连接层材质熔点10°C ;本实施例中由于放射扩散连接层材质为铜，故选择加热温度为IIO(TC，加热温度的上限应控制在上复层1和基层3中较低熔点的80%。 c、加压，压力控制在10MPa 30MPa之间，并保压1 10分钟。
d、保温缓冷。 基层和复层的结合面可为平面形状或柱面形状或球面形状。 其中加热设备可以是电阻炉或真空加热炉或保护气氛炉，也可以是一般高频加热
炉。对钛、锆、铜、不锈钢等金属的复合只要炉温能达到120(TC即可满足工艺要求。 加压时，可利用压力机提供压力，对工件施加金属原子高温下进行定位辐射扩散
所需压力。选用普通油压机、水压机均可，具体视工件规格确定压力机的吨位。 加压时，根据工件所需的加热温度、变形量、所需施加的压力、工件的直径形状等
确定定型模具。 实施例2 :如图6、7、8、9所示与实施例1所不同的是放射扩散连接层为堆焊在基层3上中间凹槽11内和堆焊在基层3上的十字堆焊层和与该堆焊层相接触的位于上复层1上的堆焊层，其中堆焊层的材质为铜。定位处理是在上复层1的周边加工有凸边13，在基层3的周边加工有与凸边13相配的凹边14，凸边13与凹边14可相互配合，用于相互定位，以防止相互错位。其他与实施例l相同。 实施例3 :如图10、 11、 12、 13所示与实施例2所示不同的是在上复层l上加工有通透的中间通孔17和与该孔相连通的十字通槽16，在上复层1的周边堆焊有堆焊边15，堆焊边15与基层3周边的凹边相吻合。放射扩散连接层为堆焊在中间通孔17和十字通槽16内的堆焊料及堆焊边15压制而成，其他与实施例2相同。 实施例4 :如图14所示与实施例2所不同的是放射扩散连接层由螺钉固定连接在上复层1、下复层5、基层3上的镶条18压制而成，该螺钉的材质与镶条18的材质相同，均为铜。基层3上的镶条18和复层上的镶条18相互错位设置，以保证压制时的变形〗
权利要求
一种利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其特征在于包括如下步骤a、向异种金属材质的基层(3)和上复层(1)之间设置放射扩散连接层并作相互定位处理；b、加热，使各部均温烧透，所述加热温度的下限为低于放射扩散连接层材质熔点10℃；c、加压，压力控制在10MPa～30MPa之间，并保压1～10分钟；d、保温缓冷；所述的放射扩散连接层材质的熔点应同时低于所述的基层材质的熔点和复层材质的熔点，放射扩散连接层与基层(3)和上复层(1)之间具有相熔性。
2. 根据权利要求1所述的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其 特征在于所述的放射扩散连接层为上衬层(7)，所述的定位处理是在基层(3)和上复层 (1)之间设置有若干个上定位钉(2)，上定位钉(2)穿过衬层(7)上的通孔。
3. 根据权利要求1所述的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其 特征在于所述的放射扩散连接层为堆焊在基层(3)上中间凹槽(11)内和堆焊在基层(3) 上十字槽(12)内的堆焊层和与该堆焊层相接触的位于上复层(1)上的堆焊层，所述的定位 处理是在上复层(1)的周边设有凸边(13)，在基层(3)的周边设有与凸边(13)相配的凹边 (14)，凸边(13)与凹边(14)可相互配合。
4. 根据权利要求1所述的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其 特征在于所述的放射扩散连接层为堆焊在上复层(1)周边的堆焊边(15)和堆焊在上复层 (1)上的十字通槽(16)及中间通孔(17)内的堆焊层，所述的定位处理是基层(3)周边有凹 边(14)，凹边(14)与堆焊边(15)相配。
5. 根据权利要求1所述的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其 特征在于所述的放射扩散连接层为与上复层(1)和基层(3)固定连接的镶条(1S)，所述 的定位处理是在上复层(1)的周边设有凸边(13)，在基层(3)的周边设有与凸边(13)相配 的凹边(14)，凸边(13)与凹边(14)可相互配合。
6. 根据权利要求2所述的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其 特征在于所述的上定位钉(2)的一端与上复层(1)之间为螺纹连接，上定位钉(2)的另一 端插入基层(3)上的定位孔(8)内，且上定位钉(2)与上衬层(7)的材质相同。
7. 根据权利要求5所述的利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，其 特征在于所述的镶条(18)与上复层(1)和基层(3)之间为螺钉固定连接，且该螺钉与镶 条(18)的材质相同。
全文摘要
一种利用定位放射扩散方式对异种金属板材复合处理的方法，步骤为向异种金属材质的基层和上复层之间设置放射扩散连接层并作相互定位处理；加热，使各部均温烧透，所述加热温度的下限为低于放射扩散连接层材质熔点10度；加压，压力为10MPa～30MPa，并保压1～10分钟；保温缓冷；放射扩散连接层材质的熔点应同时低于所述的基层材质的熔点和复层材质的熔点，放射扩散连接层与基层和上复层之间具有相熔性。与现有技术相比工艺简单，好操作；复合过程中不产生噪声、热辐射及冲击力，无温室气体的排放，复合后的界面与母材组织相同，结合质量好，材料表面不损伤，结合面机械性能好。且设备简单、通用性强、操作简便、节省能源。
文档编号B23K20/22GK101716700SQ20091018817
公开日2010年6月2日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者张忠林 申请人:张忠林