钛-钢复合板结合层缺陷修复方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及金属复合材料的制造，具体是一种钛-钢复合板结合层缺陷修复方 法。
【背景技术】：
[0002] 钛-钢复合板既具有钛板的优良耐蚀性、又具有钢板的高强度结构、且相较纯钛 板成本也大幅度下降，因而在各种化学反应容器、热交换器（例如凝汽器、冷油器）等设备 中得到了广泛应用。钛-钢复合板是由钛与钢复合而成的板材，即这种复合成型板材内具 有钛板层和钢板层的结合层，该结合层随着复合板材本身成型、物料运输等一系列不可预 知因素的影响，容易造成局部脱裂、加工内凹等缺陷，这些缺陷会影响钛-钢复合板的使用 性能，因而需要对其进行修复。
[0003] 然而，构成钛-钢复合板的钛金属与钢金属的线膨胀系数和热导率均有较大的 差异，这直接导致上述结合层缺陷修复的难度无法有效克服。人们尝试着以直接补焊的 方式进行修复，然，钛金属与钢金属的线膨胀系数和热导率直接决定了焊接接头内晶粒粗 大、形成较大的内应力，即铁与钛直接熔焊时在焊缝中形成大量的脆性金属间化合物TiFe、 TiFe2，钛与钢中的碳极易形成脆性的TiC，进而使得焊缝变脆，塑性、韧性及屈服、抗拉强度 降低，钛-钢复合板的机械性能急剧下降，故而，直接补焊方式无法有效修复钛-钢复合板 结合层的缺陷。
[0004] 目前，对于钛-钢复合板结合层缺陷的处理方式主要是遴选方式，即较小缺陷的 以堵孔方式解决、投入应用，较大缺陷的则只能作报废处理。
【发明内容】
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[0005] 本发明的发明目的在于：针对上述钛-钢复合板自身结构特性以及现有技术手段 的空白，提供一种简单易行、能够有效修复缺陷、可靠实用的钛-钢复合板结合层缺陷修复 方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：一种钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，所述结合 层的缺陷区域内具有裸露的钛板层和钢板层，在所述缺陷区域的钛板层一侧填有物理性能 接近的铌材填料，在所述缺陷区域的钢板层一侧填有物理性能接近的铜材填料，所述铌材 填料和铜材填料与对应的板层母材焊接在一起、且银材填料和铜材填料二者亦焊接在一 起，以此在缺陷区域内形成与钛、钢板层母材良好结合的铌-铜过渡连接层。
[0007] 所述铌材填料为纯铌Nb 1。
[0008] 所述铜材填料为纯铜T3。
[0009] 所述铌材填料以堆焊方式焊接在钛板层上。
[0010] 所述铜材填料以堆焊方式焊接在钢板层上。
[0011] 本发明的有益效果是：
[0012] 1.本发明以物理性能接近钛板层的铌材填料和物理性能接近钢板层的铜材填料 作为过渡介质，从而以简单易行的焊接方式可靠、有效地修复钛板层和钢板层结合层间的 结构缺陷，提高钛-钢复合板的利用率，降低企业运行成本；同时，本发明也填补了目前对 于钛-钢复合板结合层缺陷修复技术的空白，技术效果显著；
[0013] 2.本发明所选用的过渡填料（即铌材填料和铜材填料）既具有一定的耐腐蚀性， 又具有良好的焊接性，进而极大的保障了修复成型钛-钢复合板的使用性能，可靠性高，实 用性强；
[0014] 3.本发明所选用的过渡填料（即铌材填料和铜材填料）在母材（即钛板层和钢板 层）上的焊接方式使得过渡填料在对应母材上的结合力更为可靠、牢固，有利于进一步保 障钛-钢复合板结合层缺陷修复的可靠性。
【具体实施方式】：
[0015] 本发明为钛-钢复合板结合层缺陷的修复方法，其中，前述结合层的缺陷可以为 裂缝或凹槽，确保缺陷区域内应具有裸露的钛板层和钢板层。本发明的工艺措施是，在前述 缺陷区域内引入物理性能接近的中间隔离层作为填充材料，进而利用中间过渡的填充材料 将缺陷区域内的钛板层和钢钢板层可靠的焊接在一起。
[0016] 具体的，首先考虑填充材料。填充材料通常需满足以下要求：1.与钛金属和钢金 属分别具有较好的焊接性；2.要有一定的强度；3.对于接触腐蚀性介质的部件，需具备一 定的耐腐蚀性。基此条件选择，目前还没有找到一种金属材料能够分别与钛金属和钢金属 均有较好的可焊性，故而，考虑采用两种过渡金属作为填充材料。经综合选择，铌金属与钛 金属的物理化学性能比较接近，铜金属与钢金属的物理化学性能比较接近，因而，选择铌金 属作为靠近钛-钢复合板钛板层一侧的填充材料，选择铜金属作为靠近钛-钢复合板钢板 层（碳钢）一侧的填充材料，同时为了避免杂质元素对以上材料焊接性的影响，选取的铌金 属为纯铌Nb 1，铜金属为纯铜T3。
[0017] 然后进行焊接修复。先对钛-钢复合板结合层的缺陷区域进行抛磨至平滑，再作 相应的检测。再将上述选择的铌材填料（抗拉强度为200MPa)以堆焊方式焊接填充在缺 陷区域的钛板层（TA1，抗拉强度为240MPa) -侧，即使铌材填料与钛板层母材焊接在一起； 将上述选择的铜材填料（抗拉强度为205MPa)以堆焊方式焊接填充在缺陷区域的钢板层 (Q235-B，抗拉强度为375MPa) -侧，即使铜材填料与钢板层母材焊接在一起；最后将铌材 填料和铜材填料二者亦焊接在一起，以此在缺陷区域内形成与钛板层母材和钢板层母材良 好结合的铌-铜过渡连接层，即此时缺陷区域内的结合层处形成钛-铌-铜-钢接头。
[0018] 基于此修复机理，以同上材质制作了铜钢试板（纯铜板：T3,抗拉强度为205MPa ; 钢板：Q235-B，抗拉强度为375MPa ;试板厚度为3mm)、铜铌试板（纯铜板：T3,抗拉强度为 205MPa ;纯铌板：Nbl，抗拉强度为200MPa ;试板厚度为3mm)、铌钛试板（纯钛板：TA1，抗拉 强度为240MPa ;纯铌板：Nbl，抗拉强度为200MPa ;试板厚度为3mm)各两块，对它们的焊接 接头进行了可焊性拉伸试验，试验结果见表1。
[0019] 表1六块试板焊接接头拉伸试验数据
[0020]
【主权项】
1. 一种钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，所述结合层的缺陷区域内具有裸露的钛板 层和钢板层，其特征在于：在所述缺陷区域的钛板层一侧填有物理性能接近的铌材填料，在 所述缺陷区域的钢板层一侧填有物理性能接近的铜材填料，所述铌材填料和铜材填料与对 应的板层母材焊接在一起、且铌材填料和铜材填料二者亦焊接在一起，以此在缺陷区域内 形成与钛、钢板层母材良好结合的铌-铜过渡连接层。
2. 根据权利要求1所述钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，其特征在于：所述铌材填 料为纯铌Nbl。
3. 根据权利要求1所述钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，其特征在于：所述铜材填 料为纯铜T3。
4. 根据权利要求1或2所述钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，其特征在于：所述铌 材填料以堆焊方式焊接在钛板层上。
5. 根据权利要求1或3所述钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，其特征在于：所述铜 材填料以堆焊方式焊接在钢板层上。
【专利摘要】本发明公开了一种钛-钢复合板结合层缺陷修复方法，所述结合层的缺陷区域内具有裸露的钛板层和钢板层，在缺陷区域的钛板层一侧填有物理性能接近的铌材填料，在缺陷区域的钢板层一侧填有物理性能接近的铜材填料，铌材填料和铜材填料与对应的板层母材焊接在一起、且铌材填料和铜材填料二者亦焊接在一起，以此在缺陷区域内形成与钛、钢板层母材良好结合的铌-铜过渡连接层。本发明以物理性能接近钛板层的铌材填料和物理性能接近钢板层的铜材填料作为过渡介质，从而以简单易行的焊接方式可靠、有效地修复钛板层和钢板层结合层间的结构缺陷，提高钛-钢复合板的利用率，降低企业运行成本。
【IPC分类】B23K37-00, B23K31-02
【公开号】CN104588897
【申请号】CN201410674223
【发明人】余勇, 米沛, 宋渊, 朱显刚, 张红涛
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年11月21日