專利名稱：一種大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板的制備方法
技術領域：
本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板 的制備方法。
背景技術：
鈦由于其密度小，強度高，且具有優良的耐腐蝕性，因而被廣泛地應用到工業領域 中。采用鈦材制備管材，可將其壁厚降至0. 5mm 0. 7mm,因其具有較高的經濟性、使用效果 和可靠性，因此逐漸被應用到化工設備，諸如列管式換熱器、壓力容器、鍋爐和反應釜電中。 與管材配套的管板主要用于支撐固定列管的作用，最初也采用25mm 35mm純鈦寬板制造， 金屬的材質使其不僅具有很強的剛性，而且具有很大的熱傳導性能。但是進入20世紀80年 代中后期，鈦制凝汽器要大量取代銅合金凝汽器，促使必須降低成本和采用高效先進的自 動焊接裝置來保證管與管板焊接接頭的均勻性和一致性，如果采用純鈦厚板做管板，則將 很難達到降低成本的目的。這迫使人們不停地探索新的替代材料。與此同時，爆炸焊接技 術日趨成熟，已能批量化向市場提供高質量的鈦/鋼復合管板，且成本比純鈦板低20% 30%，又可節省大量的稀有金屬，因此鈦/鋼復合管板隨之被大量地使用在該領域中。然而，近年來隨著生產技術的突飛猛進，工業領域中的設備規格越來越大，這就對 復合管板的尺寸提出了更高的要求。與常規鈦/鋼復合管板(復層厚度5mm 8mm，基層厚 度IOmm 100mm)相比，制備大面積和高性能超厚鈦/鋼復合管板還存在以下難點①復層 較厚，給拼焊工藝實施造成難度；②大面積復合管板要求大尺寸超厚鋼板，受目前鋼板制備 技術的限制，大尺寸超厚復合管板無法制備，因此鋼板須拼焊處理才能滿足尺寸要求；③復 層較厚，幅面較大，加大了爆炸復合工藝實施難度。因此開發新技術以制備大面積高性能超 厚鈦/鋼復合管板，是滿足制備大型設備的要求，迎合未來市場需求的必然途徑。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是在于針對上述現有技術中的不足，提供一種大面積 超厚高性能鈦/鋼復合管板的制備方法。制備的大面積高性能超厚鈦/鋼復合管板的結合 率和性能均滿足標準要求，可以安全地應用于生產，基本解決了復合管板尺寸對大型設備 規格的限制。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種大面積超厚高性能鈦/鋼 復合管板的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、采用TIG焊(氬弧焊)的方法對多張鈦板進行拼焊處理制備具有焊縫一 的復層鈦板；所述鈦板的厚度均為8mm 20mm ；步驟二、采用自動埋弧焊的方法對多張鋼板進行拼焊處理制備具有焊縫二 的 基層鋼板；所述鋼板的厚度均為IOOmm 200mm ；步驟三、對步驟二中所述基層鋼板進行校平處理，使基層鋼板的不平度< 6mm/m ；步驟四、將步驟一中所述復層鈦板和步驟三中經校平后的基層鋼板的結合面打磨至粗糙度Ra≤10 μ m ；步驟五、在步驟四中經打磨后的基層鋼板上均勻設置多個間隙材料，然后將步驟 四中經打磨后的復層鈦板置于間隙材料上，并保持復層鈦板上的焊縫一與基層鋼板上的 焊縫二平行；所述間隙材料的高度為2mm 15mm ；所述間隙材料的材質與復層鈦板材質相 同；步驟六、將炸藥置于復層鈦板上，并在炸藥上距離焊縫二中心50mm IOOmm處設 置起爆藥包，進行爆炸焊接制備復合管板；步驟七、對步驟六中所述復合管板進行退火熱處理以消除應力，然后機械加工得 到寬度為300mm 5000mm，長度為IOOOmm 6500mm，復層厚度為8mm 20mm，基層厚度為 IOOmm 200mm，剪切強度τ b≥200MPa的大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板。上述步驟一中所述復層鈦板的長寬尺寸較步驟二中所述基層鋼板的長寬尺寸大 20mm 100mm，以避免爆炸焊接過程產生的邊界效應影響復合管板的尺寸。上述步驟七中所述退火熱處理的溫度為540士 15°C，退火熱處理的時間為3h 8h。本發明與現有技術相比具有以下優點1、采用本發明制備的大面積超厚鈦/鋼復合管板，其界面在爆炸焊接過程中， 瞬間發生了強烈的塑性變形，形成波形界面，使基層鋼板和復層鈦板間形成牢固的冶金 結合。即使在復合板邊部，其結合強度仍然在200MPa以上，滿足了 GB8547-2006和ASTM B898-2005 的要求。2、本發明采用TIG焊對復層鈦板進行拼焊，可保證焊縫無錯邊、焊瘤和裂紋等焊 接缺陷，爆炸復合前復層鈦板不必進行退火熱處理，節約了成本；同時采用自動埋弧焊方式 對基層鋼板進行拼焊，以滿足制備大面積鈦鋼復合板的要求。3、本發明制備的大面積高性能超厚鈦/鋼復合管板，其尺寸范圍為復層厚度 8mm 20mm ；基層厚度:100mm 200mm ；長寬尺寸300mm 5000mmX 1000mm 6000mm，復合管板的結合率和性能均滿足標準要求，可以安全地應用于生產，基本解決了復合管板尺 寸對大型設備規格的限制。4、本發明制備的大面積高性能超厚鈦/鋼復合板，對基、復板的種類要求范圍較 廣，鈦板鈦及鈦合金；鋼板碳素鋼及低合金結構鋼。5、本發明制備的大面積高性能超厚鈦/鋼復合管板具有鋼板優異的強度、導熱性 能及焊接性能，同時兼具鈦的耐腐蝕性能，這些優點使其成為工業設備的首選材料，市場前 景非常廣闊，采用本發明制備的大面積高性能超厚迎合了國內市場制備大規格設備的需 求，具有很好的市場前景。下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明爆炸焊接前基層鋼板與復層鈦板的組配示意圖。圖2為本發明制備的大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板的結構示意圖。附圖標記說明1-復層鈦板；2-基層鋼板；3-焊縫一；
4-焊縫二 ； 5-起爆藥包；6-炸藥；7-間隙材料。
具體實施例方式實施例1步驟一、采用TIG焊的方法對多張厚度為8mm的鈦板進行拼焊處理制備寬度為 340mm，長度為1120mm的具有焊縫一 3的復層鈦板1 ；步驟二、采用自動埋弧焊的方法對多張厚度為200mm的鋼板進行拼焊處理制備寬 度為320mm，長度為IlOOmm的具有焊縫二 4的基層鋼板2 ；步驟三、對基層鋼板2進行校平處理，使其不平度< 6mm/m ；步驟四、將復層鈦板1和經校平后的基層鋼板2的結合面打磨至粗糙度 Ra ^ 10 μ m ；步驟五、在經打磨后的基層鋼板2上均勻設置多個高度為2mm的間隙材料7，然后 將經打磨后的復層鈦板1置于間隙材料7上，并保持焊縫一 3與焊縫二 4平行；復層鈦板1 的長寬尺寸較基層鋼板2的長寬尺寸大20mm，以避免爆炸焊接過程產生的邊界效應影響復 合管板的尺寸；間隙材料7的材質與復層鈦板1材質相同；步驟六、將炸藥6置于復層鈦板1上，并在炸藥6上距離焊縫二 4中心50mm處設 置起爆藥包5，進行爆炸焊接制備復合管板；步驟七、在溫度為540°C條件下，對復合管板退火熱處理5. 5h以消除應力，然后機 械加工得到寬度為300mm，長度為1000mm，復層厚度為8mm，基層厚度為200mm的鈦/鋼復合管板。對本實施例制備的鈦/鋼復合管板進行UT探傷和性能檢驗，復合管板雷管區 直徑Φ彡30mm,滿足使用要求，復合管板剪切強度為200MPa，符合GB8547-2006和ASTM B898-2005 的要求。實施例2步驟一、采用TIG焊的方法對多張厚度為20mm的鈦板進行拼焊處理制備寬度為 5200mm，長度為6700mm的具有焊縫一 3的復層鈦板1 ；步驟二、采用自動埋弧焊的方法對多張厚度為IOOmm的鋼板進行拼焊處理制備寬 度為5100mm，長度為6600mm的具有焊縫二 4的基層鋼板2 ；步驟三、對基層鋼板2進行校平處理，使其不平度< 6mm/m ；步驟四、將復層鈦板1和經校平后的基層鋼板2的結合面打磨至粗糙度 Ra ^ 10 μ m ；步驟五、在經打磨后的基層鋼板2上均勻設置多個高度為8mm的間隙材料7，然后 將經打磨后的復層鈦板1置于間隙材料7上，并保持焊縫一 3與焊縫二 4平行；復層鈦板1 的長寬尺寸較基層鋼板2的長寬尺寸大IOOmm以避免爆炸焊接過程產生的邊界效應影響復 合管板的尺寸；間隙材料7的材質與復層鈦板1材質相同；步驟六、將炸藥6置于復層鈦板1上，并在炸藥6上距離焊縫二 4中心IOOmm處設 置起爆藥包5，進行爆炸焊接制備復合管板；步驟七、在溫度為555°C條件下，對復合管板退火熱處理池以消除應力，然后機械加工得到寬度為5000mm，長度為6500mm，復層厚度為20mm，基層厚度為IOOmm的鈦/鋼復合管板。對本實施例制備的鈦/鋼復合管板進行UT探傷和性能檢驗，復合管板雷管區 直徑Φ彡30mm，滿足使用要求，復合管板剪切強度為210MPa，符合GB8547-2006和ASTM B898-2005 的要求。實施例3步驟一、采用TIG焊的方法對多張厚度為14mm的鈦板進行拼焊處理制備寬度為 ^OOmm，長度為3900mm的具有焊縫一 3的復層鈦板1 ；步驟二、采用自動埋弧焊的方法對多張厚度為150mm的鋼板進行拼焊處理制備寬 度為2740mm，長度為3840mm的具有焊縫二 4的基層鋼板2 ；步驟三、對基層鋼板2進行校平處理，使其不平度< 6mm/m ；步驟四、將復層鈦板1和經校平后的基層鋼板2的結合面打磨至粗糙度 Ra ^ 10 μ m ；步驟五、在經打磨后的基層鋼板2上均勻設置多個高度為15mm的間隙材料7，然后 將經打磨后的復層鈦板1置于間隙材料7上，并保持焊縫一 3與焊縫二 4平行；復層鈦板1 的長寬尺寸較基層鋼板2的長寬尺寸大20mm IOOmm以避免爆炸焊接過程產生的邊界效 應影響復合管板的尺寸；間隙材料7的材質與復層鈦板1材質相同；步驟六、將炸藥6置于復層鈦板1上，并在炸藥6上距離焊縫二 4中心75mm處設 置起爆藥包5，進行爆炸焊接制備復合管板；步驟七、在溫度為525°C條件下，對復合管板退火熱處理他以消除應力，然后機械 加工得到寬度為^50mm，長度為3750mm，復層厚度為14mm，基層厚度為150mm的鈦/鋼復合管板。對本實施例制備的鈦/鋼復合管板進行UT探傷和性能檢驗，復合管板雷管區 直徑Φ彡30mm,滿足使用要求，復合管板剪切強度為MOMPa，符合GB8547-2006和ASTM B898-2005 的要求。
權利要求
1.一種大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板的制備方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟步驟一、采用TIG焊的方法對多張鈦板進行拼焊處理制備具有焊縫一(3)的復層鈦板 ⑴；所述鈦板的厚度均為8mm 20mm ；步驟二、采用自動埋弧焊的方法對多張鋼板進行拼焊處理制備具有焊縫二(4)的基層 鋼板⑵；所述鋼板的厚度均為IOOmm 200mm ；步驟三、對步驟二中所述基層鋼板( 進行校平處理，使基層鋼板( 的不平度< 6mm/m ；步驟四、將步驟一中所述復層鈦板(1)和步驟三中經校平后的基層鋼板O)的結合面 打磨至粗糙度Ra彡10 μ m ；步驟五、在步驟四中經打磨后的基層鋼板( 上均勻設置多個間隙材料(7)，然后將步 驟四中經打磨后的復層鈦板(1)置于間隙材料(7)上，并保持復層鈦板(1)上的焊縫一(3) 與基層鋼板⑵上的焊縫二⑷平行；所述間隙材料(7)的高度為2mm 15mm;所述間隙 材料(7)的材質與復層鈦板(1)材質相同；步驟六、將炸藥(6)置于復層鈦板(1)上，并在炸藥(6)上距離焊縫二(4)中心50mm IOOmm處設置起爆藥包(5)，進行爆炸焊接制備復合管板；步驟七、對步驟六中所述復合管板進行退火熱處理以消除應力，然后機械加工得到 寬度為300mm 5000mm,長度為IOOOmm 6500mm,復層厚度為8mm 20mm，基層厚度為 IOOmm 200mm，剪切強度τ b彡200MPa的大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板。
2.根據權利要求1所述的一種大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板的制備方法，其特征 在于，步驟一中所述復層鈦板(1)的長寬尺寸較步驟二中所述基層鋼板O)的長寬尺寸大 20mm 100mm，以避免爆炸焊接過程產生的邊界效應影響復合管板的尺寸。
3.根據權利要求1所述的一種大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板的制備方法，其特征 在于，步驟七中所述退火熱處理的溫度為540士 15°C，退火熱處理的時間為池 他。
全文摘要
本發明提供了一種大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板的制備方法，該方法包括以下步驟一、采用TIG焊的方法拼焊制備復層鈦板；二、采用自動埋弧焊的方法拼焊制備基層鋼板；三、對基層鋼板進行校平處理；四、打磨結合面；五、組配基層鋼板與復層鈦板；六、爆炸焊接制備復合管板；七、對復合管板進行退火熱處理以消除應力，然后機械加工得到大面積超厚高性能鈦/鋼復合管板。本發明制備的大面積高性能超厚鈦/鋼復合管板具有鋼板優異的強度、導熱性能及焊接性能，同時兼具鈦的耐腐蝕性能。本發明制備的復合管板的結合率和性能均滿足標準要求，可以安全地應用于生產，基本解決了復合管板尺寸對大型設備規格的限制。
文檔編號B23K31/02GK102049626SQ201010561978
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者何小松, 徐鵬, 李山云, 李平倉, 李瑩, 王思遠, 王禮營, 薛治國, 趙勤孝, 趙惠, 鄧啟平, 高寶利 申請人:西安天力金屬復合材料有限公司