[發明專利]基于過渡層控制的雙側激光鈦鋼復合板全焊透焊接方法

有效

• 申請號: 201611103420.8
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106425100B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 陳勇;陳輝;楊濤;茍國慶;李仁東
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K26/211
• 分類號: B23K26/211;B23K26/60;B23K26/12;B23K103/24
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙)51239
• 代理人: 劉華平

技術領域

本發明涉及一種基于過渡層控制的雙側激光鈦鋼復合板全焊透焊接方法，屬于焊接技術領域。

背景技術

金屬鈦因其對氧有非常大的親合力，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護鈦不受介質腐蝕。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性和耐腐蝕性，鈦合金被廣泛應用于石油、化工、冶金、海水淡化造船、電力及海洋工程等行業。但是，鈦合金成本比價高，將鈦與其他金屬復合，制成金屬復合材料，既可以發揮鈦的優異性能，又可降低成本，鈦-鋼復合材料就是這樣一種材料。鈦鋼復合板是用爆炸或軋制方法使鈦和鋼達到冶金結合的金屬復合板，包括鈦覆層、鋼基層和鈦覆層與鋼基層的結合面(復合界面)。其中，鈦覆層厚度較薄，為金屬復合板中的耐蝕層，鋼基層厚度較厚，為金屬復合板中的受力層。

鈦鋼復合板雖然具有非常優良的性能，但是鈦與鋼的焊接屬于異種金屬的焊接，鈦和鋼的熱導率、線膨脹系數等物理和化學性能存在較大差異，導致焊接存在一定困難。目前，鈦鋼復合板的焊接方法主要為氬弧焊，由于鈦的熔點高、熱容量大、導熱性差，采用熔化極氬弧焊進行焊接時，對金屬的熱輸入比較大，焊接過程中鈦合金高溫停留時間長，焊縫及熱影響區晶粒長大顯著，從而造成焊接接頭的塑性和斷裂韌性的下降。使接頭的塑性下降。當采用非熔化極氬弧焊進行填絲焊接時，熱輸入量減小，但焊接層道數比較多，焊接效率低。而且，時Fe在Ti中的溶解度極低，當Fe的含量超過0.1％時，則會形成TiFe及TiFe₂等硬脆金屬間化合物，致使鈦鋼中心焊縫區容易形成大量硬脆的金屬間化合物，使焊縫的塑性降低、脆性增加。因此鈦鋼復合板直接熔焊時，鈦與鋼的焊縫在焊接過程中極易形成裂紋，鈦和鋼之間直接采用普通熔焊的方法形成連續的焊接接頭幾乎不可能。

目前，鈦鋼復合板的焊接方法(主要是鎢極氬弧焊)，需要使用不同的焊絲對鈦層、過渡層及鋼層進行多層多道焊接，存在焊接過程復雜，累積熱輸入大，焊接速度低，焊接應力大等問題。激光焊接與傳統焊接方法相比，具有能量密度高，熱輸入低，熱影響區窄，工件產生收縮與變形較小等諸多優點。采用激光器雙側同步焊接，可以使焊縫兩側的金屬同時加熱和冷卻，可以有效降低接頭的變形及應力。

發明內容

本發明的發明目的是為了解決現有鈦鋼復合板焊接存在的焊接過程操作復雜，累積熱輸入大，焊接應力變形大，焊接效率低的問題，進而提供一種基于過渡層控制的雙側激光鈦鋼復合板全焊透焊接方法。本方法實現了鈦鋼復合板的全透焊接，提高了鈦鋼復合板的焊接接頭的力學性能，簡化了現有焊接技術，提高鈦鋼復合板的生產效率，可促進鈦鋼復合板的應用。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種基于過渡層控制的雙側激光鈦鋼復合板全焊透焊接方法，包括以下步驟：

1)、加工焊接坡口：在待焊鈦鋼復合板的焊接截面的復合過渡線處，沿復合過渡線長度方向加工截面為半橢圓形的坡口；復合過渡線為鈦鋼復合板從焊接截面的角度看，鈦覆層與鋼基層中間的過渡線；

2)、清理焊接區域：清理待焊鈦鋼復合板的坡口、待焊區以及周圍區域；

3)、制備過渡層：使用丙酮作為粘接劑將混合均勻的過渡層金屬粉末制成糊狀，均勻填充于待焊鈦鋼復合板的坡口處，壓緊并進行烘干處理；所述過渡層金屬粉末由如下重量份的物質組成：鈮10-20％，釩30-40％，鈹30-40％，銅10-20％，上述組分重量百分比之和為100％；

4)、激光雙側焊接：將待焊鈦鋼復合板組對裝配夾緊，焊前將待焊鈦鋼復合板預熱到100-120℃；使用激光對待焊鈦鋼復合板進行雙側(鈦覆層側和鋼基層側)同步焊接，焊接時控制激光功率與焊接速度之間的匹配，使兩側(鈦覆層側和鋼基層側)金屬的熔池底部恰好位于鈦鋼復合板的復合界面位置；焊接過程中采用純度不小于99.999％的高純氬氣對焊縫及高溫焊縫區及熱影響區進行保護。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1.本發明能夠實現鈦鋼復合板的全焊透，可以簡化現有焊接技術，顯著提高焊接效率和質量；

2.本發明通過過渡層的控制，可以提高接頭的強韌性能；

3.與現有焊接技術相比，本發明可以減小熱輸入、焊接變形及殘余應力；

4.本技術可以適用的范圍廣，可在工業生產領域廣泛適用。

進一步，本發明所述步驟1)在待焊鈦鋼復合板的焊接截面上加工截面為半橢圓形的坡口，坡口的深度即為半橢圓形短軸a的1/2，半橢圓形的長軸b與待焊鈦鋼復合板的鈦覆層與鋼基層的結合面垂直，所述半橢圓形的短軸a＝1-1.6mm、長軸b＝1-2mm。