钛钢复合板结合层缺陷修复方法.pdf

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。

权利要求书
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Nb1。

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。

说明书钛-钢复合板结合层缺陷修复方法
技术领域：
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：
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。
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。
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：
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。
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。
所述铌材填料为纯铌Nb1。
所述铜材填料为纯铜T3。
所述铌材填料以堆焊方式焊接在钛板层上。
所述铜材填料以堆焊方式焊接在钢板层上。
本发明的有益效果是：
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；
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；
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：
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。
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Nb1，铜金属为纯铜T3。
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)一侧，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375 MPa)一侧，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。
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：Nb1，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： Nb1，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。
表1          六块试板焊接接头拉伸试验数据

所有试板按JB/T4730作PT检验1级合格，作RT检验1级合格。拉升试 验数据见表1所示。所有试样的抗拉强度值均大于母材最低抗拉强度值，都 呈明显的韧性断裂。由此可见，铜钢试板、铜铌试板、铌钛试板的焊缝接头 中未形成脆性的金属间化合物，这也是保证材料具备可焊性的有利条件。
在确认以上材料具备可焊性的前提条件下，还进行了钢-铜-铌-钛的堆焊 试验。以Q235-B钢板为基材，在其上面依次堆焊铜、铌、钛。该堆焊试板经 PT检验完全合格。
由于铌的耐腐蚀性能好(见表2)，且铌与钛具备良好的可焊性，为降低 工艺难度，在钛-钢复合板结合层的脱层缺陷修复过程中可考虑省略最后一层 钛的堆焊。
表2          铌的耐腐蚀性能

注：极微腐蚀：0.0127mm/年以下；微腐蚀：0.0127～0.127mm/年；急剧 腐蚀：0.254mm/年以上。
上述具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述具 体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术 方案的精神和范围。