一种钛钢复合板中间过渡焊接方法与流程

本发明属于焊接材料及其配套焊接领域，尤其涉及一种钛钢复合板中间过渡焊接方法。

背景技术：

钛钢复合板既具有碳钢良好的可焊性、成形性、导热性及较好的力学性能，又具有钛覆层优良的耐蚀性。因此，被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、盐化工、电站辅机、海水淡化造船、电力等行业。在钛钢复合板的实际应用中，必然涉及到焊接连接问题，如何形成良好的焊接接头，提供有效的连接性能成为了限制钛-钢复合板广泛应用的条件。钛与钢直接焊接时，会形成大量的脆性相，从而使得焊缝变脆，而产生裂纹。与此同时，钛覆层焊缝金属和热影响区也易被氧、氢、碳等元素污染，形成间隙固溶体或金属间化合物，导致接头力学性能，即塑性和韧性急剧下降，造成裂纹的产生。因此，钛钢复合板目前传统的焊接是“打补丁”的间接焊接方法，即两种金属单独焊接，互不相熔。

但是，传统的钛钢复合板焊接制造技术繁琐，焊接工艺复杂，缺陷概率大，焊接可靠性低，阻碍进一步推广应用。而且，传统的钛钢复合板焊接钢与钢焊接，钛与钛焊接。钢与钛之间存在缝隙，相当于人为制造了裂纹源，降低了构件的承载能力，增加了潜在的失效风险，这是钛钢复合板不能用于重要结构的根本原因。

因此，开发出一种新型的钛钢复合板焊接方法是十分必要的，分析钛和钢的性能，加入中间过渡材料，阻隔两种金属间化合物的存在，并配合适当的焊接工艺，是目前最可行的方式。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，采用添加纯铜与纯钒作为中间过渡层材料的焊接方法，实现焊接接头的冶金结合，解决结构的不完整性问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，其特征在于，由厚度为1.0mm以上的ta1或ta2的钛覆层和厚度为5.0mm以上的低碳钢组成的钛钢复合板在进行对焊时，在钢-钛界面处采用纯铜、纯钒作为中间过渡层进行焊接。

一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，包括以下步骤：

1)焊接坡口加工：双面坡口的交接点在钛-钢界面下方，且距离钛-钢界面0.5-3mm；

2)去除0.5-3mm低碳钢，钛层侧坡口面角度为30°～60°，低碳钢侧坡口面角度为30°～60°；

3)在焊接之前，清理低碳钢侧待焊区，进行低碳钢侧焊接；

4)对双面坡口内清理；

5)使用纯铜作为中间层进行焊接，以高纯氩气作为保护气体，采用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10-20l/min，焊接电流为50～150a，焊接速度70～200mm/min；

6)在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10～20l/min，焊接电流为50～150a，焊接速度70～200mm/min；

7)对钒中间层表面进行机械平整处理，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧不少于100mm范围内抛光；

8)使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的ta1或ta2的钛丝，以高纯氩气作为保护气体，焊接电流为50-150a，焊接速度为50-200mm/min,气体流量为10-20l/min。

步骤1)中，所述的双面坡口为左右对称的x型结构，且上部为下窄上宽的等腰梯形，下部为∧形；等腰梯形的底部宽度为4-8mm，∧形顶部设置在钛-钢界面下方，且距离钛-钢界面0.5-3mm；

步骤1)中，所述的双面坡口为非对称x型坡口或k型坡口。

步骤3)中，低碳钢侧使用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊中的一种进行焊接。

步骤5)所述的纯铜是直径为0.8～3.2mm纯铜丝。

步骤6)所述的纯钒是直径为0.8～3.2mm纯钒丝。

步骤8)所述的钛层焊接选用0.8～3.2mm的ta1或ta2钛丝。

步骤7)钛层焊接完成后通过钛层表面颜色观察和渗透探伤方式进行检验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明坡口设计简单，易于加工。

2、本发明采用的焊接方法均为手工易操作的方法，使用灵活，工艺稳定，便携性好。

3、中间层材料选用市面上常见纯铜、纯钒金属，大幅降低中间层材料的成本，应用性高。

4、本发明采用纯铜与纯钒的双中间层材料，配合稳定焊接工艺，避免焊接接头裂纹等缺陷存在，且性能满足国标要求，保证了焊接接头的完整性，避免了传统方法裂纹源的存在。

5、采用本发明方法焊接的钛钢复合板焊接部位可承受动载荷，可用于复杂结构，扩大了钛钢复合板的应用领域，加之钛层的耐蚀性能好，使船舶海工、桥梁、沿河海建筑等结构领域应用成为可能。

附图说明

图1是本发明的焊接坡口结构示意图。

图2是实施例3的焊接坡口结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1，一种钛钢复合板中间过渡焊接方法，由厚度为1.0mm以上的ta1或ta2的钛覆层和厚度为5.0mm以上的低碳钢组成的钛钢复合板在进行对焊时，在钢-钛界面处采用纯铜、纯钒作为中间过渡层进行焊接，焊接方法包括以下步骤：

1)焊接坡口加工：坡口为左右对称的x型结构，且上部为下窄上宽的等腰梯形，下部为∧形；等腰梯形的底部宽度2b＝4～8mm，∧形顶部设置在钛-钢界面下方，且距离钛钢界面0.5～3mm；

2)去除0.5～3mm低碳钢，钛层侧坡口面角度b为30°～60°，低碳钢侧坡口面角度a为30°～60°；

3)在焊接之前，用角磨去除低碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，使用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊中的任一种进行碳钢侧的焊接；

4)用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧壁；

5)使用纯铜作为中间层进行焊接，纯铜是直径为0.8～3.2mm纯铜丝，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10～20l/min，焊接电流为50～150a，焊接速度70～200mm/min，使铜中间层均匀覆盖于低碳钢表面；

6)在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，纯钒采用直径为0.8～3.2mm纯钒丝，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为10～20l/min，焊接电流为50～150a，焊接速度70～200mm/min，使钒中间层均匀覆盖于铜层表面，阻断钢侧向钛侧的扩散；

7)对钒中间层表面进行机械处理，使其平整，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧不少于100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭；

8)使用钨极氩弧焊的方法进行钛层焊接，选用0.8～3.2mm的ta1或ta2钛丝进行焊接，焊接电流为50～150a，焊接速度为50～200mm/min,气体流量为10～20l/min，焊缝成形应均匀、致密、平滑地向母材过渡，不应有裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑缺陷。

9)钛层焊接完成后通过钛层表面颜色观察和渗透探伤方式进行检验。

实施例1：

本实施例是应用在2+8mmta2/q235钛钢复合板的焊接，具体过程如下：

1、见图1，在坡口加工的过程中，设计为类似x型坡口，且上下为非对称结构，中心点为钛钢界面靠下移2mm，即a＝4mm，用机械加工方法去除部分碳钢，且加工为平台结构，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，平台尺寸为2b＝6mm，钛层侧坡口面角度b为45°，碳钢侧坡口面角度a为30°。

2、在焊接之前，首先用角磨去除碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，准备使用手工电弧焊方式进行碳钢侧的焊接，使用直径为4mm的e5015焊材，焊接参数如下：焊接电流为180a，电压为23v，焊接速度150mm/min，焊接质量良好，满足下一步焊接要求。

3、将试样翻面，用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧壁。

4、进行纯铜中间层的焊接(铜丝直径为1.2mm)，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，具体焊接参数如下：气体流量为15l/min，焊接电流为100a，焊接速度80mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷。

5、在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为15l/min，焊接电流为100a，焊接速度90mm/min，使钒层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷。

6、对钒表面进行适当的机械处理，保证其平整性，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭。

7、使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的ta2的钛丝，(钛丝直径2.4mm)，焊接电流为90a，焊接速度为90mm/min，气体流量为10l/min，焊缝成形均匀、致密、平滑地向母材过渡，无裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺陷的存在。

8、焊接完成后通过钛层表面呈淡蓝色，符合颜色要求，且着色渗透探伤检验合格。

9、接头力学性能检验均满足国标要求，耐腐蚀性能与母材一致。

实施例2：

本实施例是应用在2+10mmta2/q345钛钢复合板的焊接，具体过程如下：

1、见图1，在坡口加工的过程中，设计为类似x型坡口，且上下为非对称结构，中心点为钛钢界面靠下移2mm，即a＝4mm，用机械加工方法去除部分碳钢，且加工为平台结构，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，平台尺寸为2b＝5mm，钛层侧坡口面角度b为45°，碳钢侧坡口面角度a为30°。

2、在焊接之前，首先用角磨去除碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，准备使用气保焊方式进行碳钢侧的焊接，使用直径为1.2mm的er70s～6焊丝，保护气体为80％氩气+20％二氧化碳气体，焊接参数如下：焊接电流为150a，电压为23v，焊接速度140mm/min，焊接质量良好，满足下一步焊接要求。

3、将试样翻面，用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧壁。

4、进行纯铜中间层的焊接，铜丝直径为1.6mm，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，具体焊接参数如下：气体流量为15l/min，焊接电流为90a，焊接速度80mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷。

5、在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，钒丝直径为1.2mm，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为15l/min，焊接电流为90a，焊接速度80mm/min，使钒层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷。

6、对钒表面进行机械处理，保证其平整性，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭。

7、使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的ta2的钛丝，钛丝直径为2.4mm，以高纯氩气作为保护气体，焊接电流为100a，焊接速度为90mm/min，气体流量为10l/min，焊缝成形均匀、致密、平滑地向母材过渡，无裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺陷的存在。

8、焊接完成后通过钛层表面呈淡蓝色，符合颜色要求，且着色渗透探伤检验合格。

9、接头力学性能检验均满足国标要求，耐腐蚀性能与母材一致。

实施例3：

本实施例是应用在2+8mmta2/q235钛钢复合板的焊接，具体过程如下：

1、见图2，在坡口加工的过程中，设计为类似k型坡口，中心点为钛钢界面靠下移2mm，即a＝4mm，用机械加工方法去除部分碳钢，且加工为平台结构，使得结合面更清晰，便于中间层材料焊接，避免元素扩散，平台尺寸为b＝4mm，钛层侧坡口面角度b为45°，碳钢侧坡口面角度a为30°。

2、在焊接之前，首先用角磨去除碳钢侧待焊区的氧化物，并清理干净，准备使用手工电弧焊方式进行碳钢侧的焊接，使用直径为4mm的e5015焊材，焊接参数如下：焊接电流为180a，电压为23v，焊接速度150mm/min，焊接质量良好，满足下一步焊接要求。

3、将试样翻面，用角磨的方式对背面进行清根，并使用工业酒精擦拭坡口内部和侧壁。

4、进行纯铜中间层的焊接(铜丝直径为1.2mm)，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，具体焊接参数如下：气体流量为16l/min，焊接电流为110a，焊接速度90mm/min，使铜层均匀覆盖于碳钢表面，保证无焊接缺陷。

5、在铜中间层的表面进行纯钒的焊接，以高纯氩气作为保护气体，使用钨极氩弧焊的方法进行焊接操作，气体流量为15l/min，焊接电流为100a，焊接速度90mm/min，使钒层均匀覆盖于铜层表面，保证无焊接缺陷。

6、对钒表面进行适当的机械处理，保证其平整性，同时对钛覆层待焊区、钛覆层表面焊缝两侧100mm范围内用氧化铝百叶轮抛光，并用工业酒精进行擦拭。

7、使用钨极氩弧焊的方式进行钛覆层焊接，焊材选用对应的ta2的钛丝，(钛丝直径2.4mm)，焊接电流为90a，焊接速度为90mm/min，气体流量为10l/min，焊缝成形均匀、致密、平滑地向母材过渡，无裂纹、未熔合以及超出规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺陷的存在。

8、焊接完成后通过钛层表面呈淡蓝色，符合颜色要求，且着色渗透探伤检验合格。

9、接头力学性能检验均满足国标要求，耐腐蚀性能与母材一致。