本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以T2紫銅作為過渡層的鈦-鋼復(fù)合板激光填絲對接焊方法。

背景技術(shù)：

鈦因其比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐磨性好以及高低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域，然而，由于鈦屬于稀有金屬，價格高昂，很大程度上限制了其應(yīng)用推廣。鋼具有良好的綜合力學(xué)性能、焊接性好、熱穩(wěn)定性好，且其價格低廉，是應(yīng)用最多的金屬結(jié)構(gòu)材料。但是，鋼的耐腐蝕性很差，且密度也較大。鈦-鋼復(fù)合板是將鈦板和鋼板通過爆炸焊等手段分層組合形成的雙金屬板狀復(fù)合材料。鈦-鋼復(fù)合板既能發(fā)揮兩種單一金屬各自的優(yōu)點(diǎn)，又可以大大節(jié)省稀貴金屬鈦的使用量，使成本大大降低。

盡管鈦-鋼復(fù)合板兼有性能和經(jīng)濟(jì)性的雙重優(yōu)勢，但兩種材料屬性的差異也給其焊接成型帶來了問題。根據(jù)Ti-Fe二元相圖，室溫下鐵在鈦中的溶解度極低，僅為0.05％～0.1％左右，超出溶解度后，會產(chǎn)生脆硬的金屬間化合物TiFe和Ti₂Fe，易導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生脆性斷裂。同時，在焊接時(尤其是采用傳統(tǒng)電弧焊等高熱輸入量方法焊接時)，兩種材料之間的熱應(yīng)力失配也是導(dǎo)致開裂的另一個重要因素。

針對上述問題，很多學(xué)者展開了大量研究。

褚巧玲等人使用TIG填絲對接焊CP-Ti/Q345復(fù)合板，焊絲為Cu/V焊絲。焊后發(fā)現(xiàn)接頭存在大量裂紋和缺陷：V/Ti界面有未焊透缺陷；Cu/V和CP-Ti/Q345/V存在大量裂紋；CP-Ti/Q345/V結(jié)合界面可觀察到TiFe脆性相。

楊軍等人采用TIG+MIG+MAG的焊接工藝對TA1/X65復(fù)合板進(jìn)行了以V/Cu作為中間過渡填充金屬的對接焊試驗(yàn)。結(jié)果表明,該方法焊接工藝較復(fù)雜,且V過渡層未能阻隔Ti的擴(kuò)散而產(chǎn)生了脆硬金屬間化合物。

吳偉剛等人以TiNi和NiCrMo為雙過渡層焊接材料，對TA1/X80復(fù)合板進(jìn)行了熔焊對接試驗(yàn)。結(jié)果表明，TiNi焊縫和NiCrMo焊縫均生成了一定數(shù)量的脆性相，并導(dǎo)致接頭強(qiáng)度和塑韌性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種以T2紫銅作為過渡層的鈦-鋼復(fù)合板激光填絲對接焊方法，該方法能夠有效的解決鈦-鋼復(fù)合板對接焊的過程中形成脆性金屬間化合物，焊接熱應(yīng)力大、金屬層間熱應(yīng)力嚴(yán)重失配的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的以T2紫銅作為過渡層的鈦-鋼復(fù)合板激光填絲對接焊方法包括以下步驟：

1)將預(yù)對接焊的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鋼基板的端面加工為斜面，并使鈦-鋼復(fù)合板中的鋼基板與鈦板形成臺階型結(jié)構(gòu)，再打磨預(yù)對接焊的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鋼基板的斜面及所述臺階型結(jié)構(gòu)的表面；

2)將預(yù)對接焊的兩個鈦-鋼復(fù)合板進(jìn)行對接裝配，其中，預(yù)對接的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鋼基板上的斜面形成V型坡口；

3)對預(yù)對接焊的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鈦板之間的間隙進(jìn)行激光打底焊接形成激光打底焊縫，其中，激光打底焊縫位于V型坡口的下方；

4)采用激光填絲焊在激光打底焊縫的下表面用鈦焊絲封底形成鈦絲焊縫，采用激光填絲的方法在V型坡口的底部堆焊一層T2紫銅作為過渡層焊縫；

5)采用激光填絲的方法在過渡層焊縫的上表面堆焊第一層鋼焊道；

6)采用激光填絲的方法在第一層鋼焊道的上表面堆焊第二層鋼焊道，并使第二層鋼焊道填滿V型坡口，完成預(yù)對接焊的兩個鈦-鋼復(fù)合板的對接焊。

臺階型結(jié)構(gòu)中鈦板伸出鋼基板的長度為0.75-1mm。

V型坡口的角度為10°-30°。

預(yù)對接焊的兩個鈦-鋼復(fù)合板中鈦板之間的間隙寬度小于0.1mm。

激光打底焊縫上表面的寬度小于1.5mm。

鈦絲焊縫的熔寬為2-5mm。

采用激光填絲的方法在V型坡口的底部堆焊一層紫銅的過程中激光束的入射角為60°-70°。

過渡層焊縫的熔深小于0.2mm；

過渡層焊縫的厚度為1-1.5mm。

步驟5)中采用激光填絲的方法在過渡層焊縫的上表面堆焊第一層鋼焊道8的過程中激光束的入射角為60°-70°；

步驟6)中采用激光填絲的方法在第一層鋼焊道的上表面堆焊第二層鋼焊道的過程中激光束的入射角為0°-10°。

堆焊第一層鋼焊道時，過渡層焊縫重熔的熔深小于0.5mm。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的以T2紫銅作為過渡層的鈦-鋼復(fù)合板激光填絲對接焊方法在具體操作時，鈦-鋼復(fù)合板中的鋼基板與鈦板形成臺階型結(jié)構(gòu)，在焊接過渡層焊縫時，鈦板與鋼基板分別與過渡層焊縫相結(jié)合而非直接接觸，從而有效的避免鈦與鐵結(jié)合而產(chǎn)生脆性金屬間化合物。另外，本發(fā)明在焊接過程中采用激光打底焊接及激光填絲焊的方法，相比于傳統(tǒng)的電弧焊，焊接熱輸入小，焊縫窄，焊接熱影響區(qū)域小，對接接頭焊后殘余應(yīng)力小，從而有效地減輕鋼基板與鈦板之間的熱應(yīng)力失配現(xiàn)象，同時操作簡單，焊接精度較高，重復(fù)性好，易于實(shí)現(xiàn)自動化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中過渡層焊縫7焊接過程的示意圖；

圖2為本發(fā)明中第一層鋼焊道8焊接過程的示意圖；

圖3為本發(fā)明中第二層鋼焊道9焊接過程的示意圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例一中鈦-鋼復(fù)合板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中焊接接頭橫截面形貌圖；

圖6為圖5中A處的放大圖；

圖7為圖5中B處的成分分布圖。

其中，1為鋼基板、2為鈦板、3為V型坡口、4為臺階型結(jié)構(gòu)、5為激光打底焊縫、6為鈦絲焊縫、7為過渡層焊縫、8為第一層鋼焊道、9為第二層鋼焊道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的以T2紫銅作為過渡層的鈦-鋼復(fù)合板激光填絲對接焊方法包括以下步驟：

1)將預(yù)對接焊的兩個鈦-鋼復(fù)合板中鋼基板1的端面加工為斜面，并使鈦-鋼復(fù)合板中的鋼基板1與鈦板2形成臺階型結(jié)構(gòu)4，再打磨預(yù)對接焊的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鋼基板1的斜面及所述臺階型結(jié)構(gòu)4的表面；

2)將預(yù)對接焊的兩塊鈦-鋼復(fù)合板進(jìn)行對接裝配，其中，預(yù)對接的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鋼基板1上的斜面形成V型坡口3；

3)對預(yù)對接焊的兩塊鈦-鋼復(fù)合板中鈦板2之間的間隙進(jìn)行激光打底焊接形成激光打底焊縫5，其中，激光打底焊縫5位于V型坡口3的下方；

4)采用激光填絲焊在激光打底焊縫5的下表面用鈦焊絲封底形成鈦絲焊縫6，采用激光填絲的方法在V型坡口3的底部堆焊一層T2紫銅作為過渡層焊縫7；

5)采用激光填絲的方法在過渡層焊縫7的上表面堆焊第一層鋼焊道8；

6)采用激光填絲的方法在第一層鋼焊道8的上表面堆焊第二層鋼焊道9，并使第二層鋼焊道9填滿V型坡口3，完成預(yù)對接焊的兩個鈦-鋼復(fù)合板的對接焊。

臺階型結(jié)構(gòu)4中鈦板2伸出鋼基板1的長度為0.75-1mm。

V型坡口3的角度為10°-30°。

預(yù)對接焊的兩個鈦-鋼復(fù)合板中鈦板2之間的間隙寬度小于0.1mm。

激光打底焊縫5上表面的寬度小于1.5mm。

鈦絲焊縫6的熔寬為2-5mm。

采用激光填絲的方法在V型坡口3的底部堆焊一層紫銅的過程中激光束的入射角為60°-70°。

過渡層焊縫7的熔深小于0.2mm；

過渡層焊縫7的厚度為1-1.5mm。

步驟5)中采用激光填絲的方法在過渡層焊縫7的上表面堆焊第一層鋼焊道8的過程中激光束的入射角為60°-70°；

步驟6)中采用激光填絲的方法在第一層鋼焊道8的上表面堆焊第二層鋼焊道9的過程中激光束的入射角為0°-10°。

堆焊第一層鋼焊道8時，過渡層焊縫7重熔的熔深小于0.5mm。

實(shí)施例一

將兩塊鈦-鋼復(fù)合板(材質(zhì)組合為TA1/Q235B，尺寸為70×30×(1+8)mm)加工出V型坡口3和臺階型結(jié)構(gòu)4，V型坡口3的角度為30°，臺階型結(jié)構(gòu)4中鈦板2伸出到鋼基板1外1mm，該臺階型結(jié)構(gòu)4的上表面全為裸露的鈦，具體尺寸如圖4所示，用砂紙打磨并用丙酮清洗待焊接面，以除去金屬表面氧化膜和油污，露出新鮮金屬。將兩塊鈦-鋼復(fù)合板對接裝配，控制兩側(cè)臺階型結(jié)構(gòu)4間的對接縫隙小于0.1mm，錯邊量亦小于0.1mm，使用IPG-4000型光纖激光器，先以激光功率P＝4kW、焊接速度v＝5m/min、離焦量f＝0、光束傾角α＝5°的焊接參數(shù)對TA1鈦板2進(jìn)行激光打底焊；再在此焊縫下表面以P＝3kW、v＝3m/min、送絲速度s＝4m/min、f＝7mm、α＝60°、送絲角度β＝20°的參數(shù)激光填鈦焊絲封底；然后，在激光打底焊縫5上表面以P＝3.5kW、v＝4m/min、s＝4.5m/min、f＝10mm、α＝60°、β＝20°的參數(shù)激光填紫銅焊絲堆焊一層過渡層焊縫7；接著在過渡層焊縫7上以P＝3.5kW、v＝4m/min、s＝4.5m/min、f＝10mm、α＝60°、β＝20°的參數(shù)激光填絲堆焊第一層鋼焊道8；最后以P＝4kW、v＝2m/min、s＝3m/min、f＝10mm、α＝5°、β＝60°的參數(shù)激光填鋼焊絲堆焊直至填滿坡口，完成鈦-鋼復(fù)合板的對接焊接。

焊接接頭橫截面和過渡層焊縫7附近面掃描成分分析結(jié)果如圖5、圖6及圖7所示，焊縫中無裂紋和氣孔等焊接缺陷，Cu/Ti界面和Cu/Fe界面有輕微攪拌混合現(xiàn)象，所形成的冶金結(jié)合區(qū)窄，鈦和鋼被銅過渡層有效阻隔。復(fù)合板焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到363.5MPa，達(dá)到TA1/Q235B爆炸焊復(fù)合板母材抗拉強(qiáng)度(443.8MPa)的81.9％；沖擊吸收功能為35.2J，達(dá)到復(fù)合板母材沖擊吸收功(40.3J)的87.3％；面彎(鈦側(cè)受拉)和背彎(鋼側(cè)受拉)的彎曲角度分別可以達(dá)到15°和22°而無裂紋。