CN110539064A - 一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，1)在真空电子束焊接领域使用边条设计并将边条提前封焊的方案，解决了真空电子束无法焊接竖缝的技术难题，提高了加工组坯的精度与速度；2)首次提出对钛板提前进行封焊，解决了轧制时隔离剂散落污染复合层的隐患；采用本发明边条组坯工艺替代传统的扣槽工艺，大幅减低了钢铁料消耗和生产成本，轧制后的板坯探伤结果均合格，各项性能远高于用户要求，为扩大优质产品的生产提供了有力的技术支撑。

Description

一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法。

背景技术

科学技术的飞速发展对先进制造和加工技术提出了更高的要求，首要的指标是注重节能降耗，其次是安全和使用寿命的提升，在此基础上达到结构或设备功能性的整体升级。在实际应用中，单一材料的结构往往很难满足以上要求，采用异种材料的复合结构能够兼有两种材料的优点，最大限度的降低成本和提高性能。

目前，生产钛钢复合板的方法主要有4种：爆炸复合法、扩散复合法、爆炸复合-轧制法以及轧制复合法。前两种工艺生产的复合板，尺寸较小，有时难以满足用户要求，由于大能力轧机的投产运营，这两种方法只在某些特殊领域被采用，在国外出现了被淘汰的趋势。后两种方法能够生产大尺寸的钛钢复合板，但是爆炸焊接-轧制法的工序复杂，影响复合板结合强度的因素多，而且能量消耗大、污染环境、成材率相对低，有被直接轧制法取代的趋势。近年来，众多学者针对轧制法制备钛钢复合板技术进行了研究，而钛钢复合板的组坯方法作为复合板制备的基础环节，受到了密切的关注。常用的组坯方式一般为将碳钢和钛板依次叠放后，采用添加碳钢条的方法将钛板封焊至复合坯心部。

如李向民申请的名为“一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法”的专利，专利申请号为201210260231.7，公开号为CN 102773670A，提供一种生产双面钛钢复合板的组坯方法：将三块碳钢板和四块钛板依次叠放后，采用挡条将钛板封焊的组坯方法。

东北大学申请的名为“一种钛-钢复合板的制备方法”的专利，专利申请号为2010010539065.5，公开号为CN 101992344A，提供了一种钛钢复合板的制备方法：将钛板与钢板表面相对并完全重合形成组合坯料，再用四块钛板作为侧封板封住组合坯料的四周，然后封焊的方法。

攀钢集团研究院有限公司申请的名为“钛钢复合板的组料方法及轧制方法”的专利，专利申请号为201510247496.7，公开号为CN 104874634A，提供了一种钛钢复合板的组料方法，其主要步骤是：准备两块钢板、两块钛板、四块侧板，在侧板中的至少一块上开孔，采用四块侧板和两块钢板将两块钛板包覆在中心，然后封焊的组料方法。

但以上专利存在以下问题：采用碳钢条或钛条进行复合坯的封焊对夹条的机加工和焊接提出了较高的要求，尤其是采用真空电子束对4条短竖边的封焊极易造成焊接缺陷，在后续的加热和轧制过程中，边角部极易出现开裂、封焊失效的问题。

本发明提出了一种新型边条组坯的方法替代传统挡条工艺进行封焊，提高了生产效率，降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，提高加工组坯的精度与速度，解决真空电子束无法焊接竖缝的技术难题，解决隔离剂散落污染复合层的隐患。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，包括如下方法：

1)原料准备：准备两块钛板作为复板，两块钢板作为基板，同时准备两个长边条和两个短边条，所述长边条的长度＝铣后基板板坯长度，宽度＝{基板板坯宽度-复板宽度-(10～16)}/2，厚度＝复板厚度+(2～4)；所述短边条的长度＝基板板坯宽度-长边条宽度×2，宽度＝{基板板坯长度-复板长度-(10～16)}/2，厚度＝复板厚度+(2～4)；

2)边条焊接：将长边条与短边条拼接到一起形成一个边框；对长边条和短边条交界处外侧开出5-6°,深度15-30mm的坡口；采用氩弧焊对坡口部位进行满焊；

3)涂隔离剂：钛板的一面涂抹隔离剂，隔离剂厚度为0.5～2mm，边部留有5-8mm不涂抹；

4)封焊钛板：隔离剂晾干后，先将两个钛板涂抹隔离剂的一面整齐叠放在一起，用夹持器将四边夹紧，使得两板的缝隙不大于0.5mm；然后采用氩弧焊接方式，每隔200～300mm焊接一个5～8mm的点焊点；将点焊后的钛板放置在真空电子束焊接设备的旋转台车上，并进行焊接定位；然后将钛板运入真空室内抽真空后进行电子束封焊；

5)复合坯组坯与焊接：按照由上至下分别为基板、拼接后的边框+封焊完成的钛板、基板的顺序进行对称组料，将组合好的坯料送至真空室内进行电子束焊接，入真空室前在组好的坯料顶部压一块200-300mm厚板坯，防止焊接过程焊缝受热变形；先点焊再连续焊接，焊接原则对称焊接；先焊上层焊缝再焊下层焊缝。

所述复板的材质为TA1或TA2，厚度尺寸为10-40mm；不平度≤3mm/m，粗糙度Ra＜5.5μm。

所述基板的材质为Q235，厚度尺寸80-200mm。

上述步骤3)中轧制比小于8，隔离剂厚度为0.5-1mm，轧制比大于等于8，隔离剂厚度1-2mm。

上述步骤4)中焊接电流50～100mA，焊接速度10～15mm/s。

上述步骤5)中点焊焊接电流100～150mA，焊接速度8～10mm/s；连续焊接电流300～400mA，焊接速度6～8mm/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)在真空电子束焊接领域使用边条设计并将边条提前封焊的方案，解决了真空电子束无法立焊的技术难题，提高了加工组坯的精度与速度；

2)对钛板提前进行封焊，解决了轧制时隔离剂散落污染复合层的隐患；

3)采用边条组坯替代传统的扣槽工艺，大幅减低了钢铁料消耗和生产成本。

本发明生产的钛钢复合坯轧制过程平稳，轧制后的板坯探伤结果均合格，各项性能远高于用户要求，为扩大优质产品的生产提供了有力的技术支撑。

附图说明

图1是边框组焊示意图。

图中：1-坡口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，包括如下方法：

1)原料准备：准备两块钛板作为复板，两块钢板作为基板，同时准备两个长边条和两个短边条，所述长边条的长度＝铣后基板板坯长度，宽度＝{基板板坯宽度-复板宽度-(10～16)}/2，厚度＝复板厚度+(2～4)；所述短边条的长度＝基板板坯宽度-长边条宽度×2，宽度＝{基板板坯长度-复板长度-(10～16)}/2，厚度＝复板厚度+(2～4)；

2)边条焊接：将长边条与短边条拼接到一起形成一个边框；对长边条和短边条交界处外侧开出5-6°,深度15-30mm的坡口；采用氩弧焊对坡口部位进行满焊；焊接后对焊接部位进行手砂打磨，确保焊接部分平整度和其它部分相同；

3)涂隔离剂：钛板的一面油污灰尘等擦拭干净，涂抹隔离剂，隔离剂厚度为0.5～2mm，边部留有5-8mm不涂抹；隔离剂涂抹后放置在干燥空气中晾干，夏天不小于12小时，冬天不小于24小时；

4)封焊钛板：采用先封焊钛板的方式，避免轧制时隔离剂流出污染接合面，隔离剂晾干后，将钛板的另一面(结合面)使用砂带机轻轻打磨到表面没有酸洗液，用无纺布蘸酒精擦拭干净；先将两个钛板涂抹隔离剂的一面整齐叠放在一起，用夹持器将四边夹紧，使得两板的缝隙不大于0.5mm；将叠放后的钛板侧面氧化层完全打磨掉，然后采用氩弧焊接方式，每隔200～300mm焊接一个5～8mm的点焊点；将点焊后的钛板放置在真空电子束焊接设备的旋转台车上，并进行焊接定位；然后将钛板运入真空室内抽真空后进行电子束封焊；封焊原则是(熔深浅，密封严)；

5)复合坯组坯与焊接：按照由上至下分别为基板、拼接后的边框+封焊完成的钛板、基板的顺序进行对称组料，组坯过程要保持所有面清洁、干净；所有坯料在吊运、移动过程中需保护坯料表面，避免产生划伤和二次污染，否则要立即用高纯酒精擦干净；将组合好的坯料送至真空室内进行电子束焊接，入真空室前在组好的坯料顶部压一块200-300mm厚板坯，防止焊接过程焊缝受热变形；先点焊再连续焊接，焊接原则对称焊接；先焊上层焊缝再焊下层焊缝；焊后利用二次成像检查焊缝质量，如有焊接缺陷，用专用小程序进行补焊；

焊接前顶部压厚板坯放热变形，焊接方式采用先焊上层焊缝再焊下层焊缝的方式避免焊接变形；

6)焊接完成后依照钛钢复合坯的轧制原则进行加热、轧制。

所述复板的材质为TA1或TA2，厚度尺寸为10-40mm；加工要求：表面平整无缺陷，不允许出现楔形、镰刀弯，不平度≤3mm/m，粗糙度Ra＜5.5μm。并经过深度酸洗，酸洗后无任何氧化物点存在；

所述基板的材质为Q235，厚度尺寸80-200mm。先经过初轧，矫直，然后铣磨。铣磨要求：单面铣削深度≥5mm。

上述步骤3)中隔离剂厚度与钛钢复合坯的轧制比有关，轧制比小于8，隔离剂厚度为0.5-1mm，轧制比大于等于8，隔离剂厚度1-2mm。

上述步骤4)中焊接电流50～100mA，焊接速度10～15mm/s。

上述步骤5)中点焊焊接电流100～150mA，焊接速度8～10mm/s；连续焊接电流300～400mA，焊接速度6～8mm/s。

实施例1：

原料准备：

1)复板：材质TA1，中厚板成品，尺寸30×1900×3800mm。加工要求：表面平整无缺陷，不允许出现楔形、镰刀弯，不平度≤3mm/m，粗糙度Ra＜5.5μm，并经过深度酸洗，酸洗后无任何氧化物点存在；

2)基板：材质Q235，尺寸150×2010×3910mm。单面铣削深度≥5mm；

3)边条：设计长、短边条各两条：长边条(mm)：长度＝3910，宽度＝50，厚度＝63；短边条(mm)：长度＝1910，宽度＝50，厚度＝63。

4)其他：浓度99.95％的工业酒精；无纺布；隔离剂。

边条的拼接：

1)打坡口：对短边条两端外侧打5-6°,深度20mm左右的坡口。对长边条两端在短边坡口对应位置打5-6°,深度20mm左右的坡口。

2)拼接：将长边条与短边条拼接到一起形成一个边框；

3)焊接：采用氩弧焊对坡口部位进行满焊；

4)打磨：焊接后对焊接部位进行手砂打磨，确保焊接部分平整度和其它部分相同。

组料与焊接：

1)加工完成后的钛板，均先将一面的油污灰尘等擦拭干净，然后在该面涂抹隔离剂，隔离剂厚度为2mm。隔离剂涂抹后放置在干燥空气中晾干不小于12小时。

2)隔离剂晾干后，将钛板的另一面(结合面)使用砂带机轻轻打磨到表面没有酸洗液，用无纺布蘸酒精擦拭干净。

3)先将两个钛板涂抹隔离剂的一面整齐叠放在一起，用夹持器将四边夹紧，使得两板的缝隙不大于0.5mm。

4)将叠放后的钛板侧面氧化层完全打磨掉，然后每隔200mm焊接一个5mm左右的点焊点。

5)将点焊后的钛板放置在真空电子束焊接设备的旋转台车上，并进行焊接定位。然后将钛板运入真空室内抽真空后进行电子束封焊。焊接电流100mA，焊接速度10mm/s。封焊原则是(熔深浅，深度不大于5mm，密封严，不得出现有任何缝隙)

6)按照由上至下分别为Q235、拼接后的边框+封焊完成的钛板、Q235的顺序进行对称组料，组坯过程要保持所有面清洁、干净。

7)所有坯料在吊运、移动过程中需保护坯料表面，避免产生划伤和二次污染，否则要立即用高纯酒精擦干净。

8)将组合好的坯料送至真空室内进行电子束焊接，点焊焊接电流150mA，焊接速度10mm/s，连续焊接电流350mA，焊接速度6mm/s，先点焊再连续焊接，焊接原则对称焊接。焊后利用二次成像检查焊缝质量，如有焊接缺陷，用小程序进行补焊。

9)焊接后运往轧线进行复合坯的加热与轧制。

Claims (6)

1.一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，其特征在于，包括如下方法：

1)原料准备：准备两块钛板作为复板，两块钢板作为基板，同时准备两个长边条和两个短边条，所述长边条的长度＝铣后基板板坯长度，宽度＝{基板板坯宽度-复板宽度-(10～16)}/2，厚度＝复板厚度+(2～4)；所述短边条的长度＝基板板坯宽度-长边条宽度×2，宽度＝{基板板坯长度-复板长度-(10～16)}/2，厚度＝复板厚度+(2～4)；

2)边条焊接：将长边条与短边条拼接到一起形成一个边框；对长边条和短边条交界处外侧开出5-6°,深度15-30mm的坡口；采用氩弧焊对坡口部位进行满焊；

3)涂隔离剂：钛板的一面涂抹隔离剂，隔离剂厚度为0.5～2mm，边部留有5-8mm不涂抹；

4)封焊钛板：隔离剂晾干后，先将两个钛板涂抹隔离剂的一面整齐叠放在一起，用夹持器将四边夹紧，使得两板的缝隙不大于0.5mm；然后采用氩弧焊接方式，每隔200～300mm焊接一个5～8mm的点焊点；将点焊后的钛板放置在真空电子束焊接设备的旋转台车上，并进行焊接定位；然后将钛板运入真空室内抽真空后进行电子束封焊；

5)复合坯组坯与焊接：按照由上至下分别为基板、拼接后的边框+封焊完成的钛板、基板的顺序进行对称组料，将组合好的坯料送至真空室内进行电子束焊接，入真空室前在组好的坯料顶部压一块200-300mm厚板坯，防止焊接过程焊缝受热变形；先点焊再连续焊接，焊接原则对称焊接；先焊上层焊缝再焊下层焊缝。

2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，其特征在于，所述复板的材质为TA1或TA2，厚度尺寸为10-40mm；不平度≤3mm/m，粗糙度Ra＜5.5μm。

3.根据权利要求1所述的一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，其特征在于，所述基板的材质为Q235，厚度尺寸80-200mm。

4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，其特征在于，上述步骤3)中轧制比小于8，隔离剂厚度为0.5-1mm，轧制比大于等于8，隔离剂厚度1-2mm。

5.根据权利要求1所述的一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，其特征在于，上述步骤4)中真空电子束焊接电流50～100mA，焊接速度10～15mm/s。

6.根据权利要求1所述的一种钛钢复合坯采用边条组坯的真空电子束焊接方法，其特征在于，上述步骤5)中点焊焊接电流100～150mA，焊接速度8～10mm/s；连续焊接电流300～400mA，焊接速度6～8mm/s。