权利要求

1.一种TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、选择作为复层的钛合金板材和作为基层的2205双相不锈钢板材;

步骤二、对2205双相不锈钢板材的表面做降低硬度处理，硬度降低至200HBW以下;

步骤三、配置低爆速炸药，爆速为2000m·s-1，猛度在7.0-8.0mm;

步骤四、对钛合金板材边缘进行刻槽处理;

步骤五、采用梯度布药方式;

步骤六、爆炸焊接及焊接后的热处理与校平处理。

2.根据权利要求1所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤一中，采用焊接拼接的方式将多个钛合金板材形成3950mm的单张钛合金板材。

3.根据权利要求1所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤二中，降低硬度处理方式选用砂轮机反复打磨或车加工。

4.根据权利要求3所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤二中，砂轮机打磨过程中，不锈钢板材板面多次使用硬度计对表面硬度进行测量，每个测量点的间距不得50mm。

5.根据权利要求1所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述钛合金板材厚度为12mm，直径3950mm，所述不锈钢板材厚度为65mm，直径3850mm。

6.根据权利要求5所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤四中，根据不锈钢板材尺寸，将钛合金板材单边内缩60mm位置作刻槽处理。

7.根据权利要求1所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤五中，按照从起爆点到边缘逐渐递减的方式铺设炸药，从160毫米厚度逐步降低至140毫米。

8.根据权利要求1所述的TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤六中，热处理采用540℃，保温4小时。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及爆炸焊接方法技术领域，具体地说，涉及一种TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法。

背景技术

[0002]2205不锈钢具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗酸、碱、盐等介质的侵蚀;而钛合金TA10具有较高的强度和耐蚀性，两者结合形成的复合板可以满足在复杂工况下的使用要求，在石油、天然气、化工、污水处理、制盐以及海洋工程等多个领域都有着重要的用途。相比纯钛或纯不锈钢材料，复合板的成本相对较低。

[0003]爆炸焊接用TA10(钛钼镍合金)板材表面硬度可以达到100HBW左右。2205材料表面硬度方面，在293HBW左右，有些材料生产厂家为节省成本，甚至不对2205做固溶处理就发给订购方使用，如不做固溶处理，实测应付最高能达到330HBW以上。

[0004]TA10+2205复合板爆炸焊接存在的难题：

[0005]两种材料表面硬度的巨大差异和2205材料的硬度值较高，导致在爆炸焊接过程中，结合面很难有效的形成波状结合。即使形成，界面的结合强度也较低，在后期加工过中(打孔、切削等)，会出现脱层现象。做成设备，会出现泄漏等事故。

[0006]鉴于上述技术难题，在实际生产中，诸多复合板生产厂家损失惨重，很难通过常规爆炸焊接的方式得到质量优良的TA10+2205复合板。

[0007]鉴于TA10+2205的爆炸焊接瓶颈，目前复合板爆炸焊接生产厂家，是对两种材料表面做基本的抛光处理后，采用以下两种方法进行爆炸焊接：

[0008]1、在爆炸焊接前对板材做预热处理，保温后送达作业现场进行爆炸焊接;

[0009]2、在TA10和2205之间增加复合一层316L的不锈钢作为过渡，采用三层复合方式;

[0010]第1种方法在爆炸焊接前预热，在运输过程中即使保温效果再好，到现场操作过程中，温度也会急剧下降，且两种材料的导热性能的差异，降温速度也不相同，造成两种材料温差较大，直接影响焊接质量。事实证明，采用该方法爆炸焊接，成品率极低，经常发生爆炸焊接后产品报废的情况。

[0011]第2种方法，成品率较高，但需通过两次爆炸焊接，中间还需增加一次消应力热处理和多处316L材料过渡，增加了生产周期和近一半的生产成本。

发明内容

[0012]本发明的目的在于提供一种TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，针对材料硬度过高，采取降低2205双相不锈钢表面硬度的方法，使其能与钛合金(TA10)在爆炸焊接过程中能形成有效的波状结合现象，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0013]为实现上述目的，本发明提供一种钛合金-不锈钢(TA10-2205)复合板爆炸焊接方法，包括以下步骤：

[0014]步骤一、选择作为复层的TA10钛合金板材(厚度12mm，直径3950mm)和作为基层的2205不锈钢板材(厚度65mm，直径3850mm);

[0015]步骤二、爆炸焊接前，对不锈钢板材表面做降低硬度处理，通过对2205不锈钢板材进行反复打磨或车加工使其待结合面表面硬度降低到200HBW以下，能解决两种材料表面硬度的差异造成的焊接过程中结合界面难以形成稳定的波状结合问题;

[0016]步骤三、配置低爆速炸药;

[0017]步骤四、对钛合金板材边缘进行刻槽处理;

[0018]步骤五、采用梯度布药方式;

[0019]步骤六、爆炸焊接及焊接后的热处理、校平处理。

[0020]配置专用低爆速炸药，爆速控制在2000m·s-1，猛度在7.0-8.0mm，同时在布置炸药时采用从起爆位置开始往边缘采用布药厚度逐步递减的方式;较低的爆速和梯度布药有助于减少焊接过程中的冲击，降低金属间化合物的生成几率，从而解决因硬度问题造成焊接过程中边缘撕裂和因导热性、化学稳定性等差异造成对爆炸焊接质量的影响。

[0021]作为本技术方案的进一步改进，所述步骤一中，采用焊接拼接的方式将多个较小宽度的钛合金板材形成3950mm的单张钛合金板材;焊接完成后，使用修磨设备将焊缝修磨与母材齐平，使焊缝区域与原板材表面无缝过渡。为保证焊缝的质量，对钛合金板材焊缝进行渗透和射线检测，使其符合《NB/T47013.5-2015I级》和《NB/T47013.2-2015A级合格》;焊缝检验合格后，对钛合金板材进行整平处理。

[0022]作为本技术方案的进一步改进，所述步骤二中，在砂轮机打磨过程中，整张不锈钢板材板面需多次使用硬度计对表面硬度进行测量，每个测量点的间距不得50mm，测量数值不得大于220HBW。

[0023]作为本技术方案的进一步改进，所述步骤四中，根据作为基层的2205双相不锈钢板材(直径3850mm)尺寸，将钛合金板材(直径3950mm)单边内缩60mm位置作刻槽处理。

[0024]作为本技术方案的进一步改进，所述步骤五中，按照从起爆点到边缘逐渐递减的方式铺设炸药，即从160毫米厚度逐步降低至140毫米。

[0025]作为本技术方案的进一步改进，步骤六中，热处理采用540℃，保温4小时。

[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果：

[0027]该TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法中，方案简单，便于控制;能得到优良质量的TA10+2205爆炸焊接复合板;爆炸焊接前，不用进行预热处理，减少加热方面的费用;消除了因导热性能差异产生的焊接风险;解决了使用过渡层焊接的方法中增加的材料成本和生产周期问题;能一次性解决因材料的硬度、强度过大和材料性能的各种差异造成的焊接过程中难以冶金结合、撕裂等质量问题;将该方案应用到TA和其它双相钢组合的爆炸焊接中，能解决此类金属复合板爆炸焊接过程中的技术难题，得到优质的钛钢复合板。

附图说明

[0028]图1为本发明实施例的整体流程示意图;

[0029]图2为本发明实施例的测试结果表格示意图;

[0030]图3为本发明实施例的焊接后表面状态示意图之一;

[0031]图4为本发明实施例的焊接后表面状态示意图之二。

具体实施方式

[0032]下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033]TA10钛合金板材与2205不锈钢板材爆炸焊接组合中，以较厚的TA10+2205管板爆炸焊接难度最大。以本发明在实际生产TA10(厚度12mm，直径3950mm)+2205(65mm铸件，直径3850mm)复合板爆炸焊接为例，通过以下实施例说明通过本发明方法能解决当下技术难题，得到优质的钛钢复合板。

[0034]本发明实施例提供一种TA10钛合金-2205双相不锈钢复合板爆炸焊接方法，包括以下步骤：

[0035]一、准备工作

[0036](1)对于作为复层的TA10钛合金板材，由于市场上没有宽度达到3850mm的单张板材，因此需要拼接多个较小宽度的板材以形成所需尺寸;在拼接过程中，采用钨极惰性气体保护焊(TIG)或等离子弧焊(PAW)等高精度焊接技术，以确保焊接质量。焊接完成后，使用修磨设备将焊缝修磨与母材齐平，使焊缝区域与原板材表面无缝过渡。为保证焊缝的质量，对钛板焊缝进行渗透和射线检测，使其符合《NB/T47013.5-2015I级》和《NB/T47013.2-2015A级合格》;焊缝检验合格后，对钛板进行整平处理，使用压力机或滚压设备使其不平度≤3mm/m，以确保后续操作中的平整度。

[0037](2)对复层TA10钛合金板材和基层2205不锈钢板材的待结合面进行处理;首先，使用千叶轮抛光TA10钛合金板材表面，使其表面粗糙度≤3.5um，这是为了确保在爆炸焊接时，两个金属表面能够更好地接触并实现良好的冶金结合。接着，对2205不锈钢板材结合面使用砂轮机反复打磨，同时使用便捷式硬度计测量打磨完成后整板面表面硬度，确保硬度低于220HBW;在打磨过程中，整张板面需多次使用硬度计对表面硬度进行测量，每个测量点的间距不得50mm，测量数值不得大于220HBW。如大于这一数值，需继续进行打磨。测量合格后，再对表面进行抛光处理;如条件允许的情况下，可以使用车床对2205不锈钢板材表面进行车加工(车床加工可以确保整个表面的硬度均匀一致，减少局部硬化现象，这对于获得高质量的爆炸焊接界面至关重要)，效果更好;这一工序中，对2205不锈钢板材的表面处理极为重要，直接影响到后期爆炸焊接的成败。

[0038](3)考虑到爆炸焊接过程中可能出现的边缘撕裂问题，需要对TA10钛合金板材边缘进行特殊处理;根据作为基层的2205不锈钢板材(直径3850mm)尺寸，将TA10钛合金板材(直径3950mm)单边内缩60mm位置作刻槽处理。这种刻槽设计是为了引导爆炸力的作用方向，降低爆炸瞬间TA10钛合金板材边缘被撕裂的风险;刻槽深度应适中，既不能太浅也不能太深，通常建议为板材厚度的1/4到1/3之间，以便在不影响整体结构强度的同时，有效地缓解应力集中。

[0039](4)鉴于不同材料具有不同的声速和其他物理化学特性，选择适合TA10钛合金板材和2205不锈钢板材爆炸焊接的炸药至关重要。不同材料的声速都不相同，爆炸焊接所需的炸药性能也不相同，根据TA10钛合金板材和2205不锈钢板材的声速等物理和化学性能选择合适的炸药爆速和猛度，对现有的工业炸药(爆速炸药爆速在3300m﹒s-1以上，猛度在13mm以上)进行调配，使配置后炸药爆速在2000m﹒s-1、猛度在7mm左右。

[0040]二、安装与布置

[0041](1)将爆炸焊接现场地面进行平整，将2205不锈钢板材整平的地基上，在2205不锈钢板材基层(结合面)上布置16mm间隙(间隙高度根据复层厚度选择)，间隙采用常见铜皮制作。放置好间隙后，将复层TA10钛合金板材放置在间隙上，确保刻槽位置在基层2205不锈钢板材边缘以内。本实施例提到的“间隙”是指在复层和基层之间保持一定的空间支撑物，目的是让爆炸产生的能量使复板和基板能有效的碰撞，并在碰撞过程中金属流动呈现出周期性的变化，从而逐渐形成波状界面。铜皮的选择是因为它具有良好的可塑性和导热性，可以在爆炸瞬间起到缓冲作用，使碰撞压力在一个合适的范围内，使得金属在能够产生足够的塑性变形以形成射流和实现冶金结合的同时，不会因为压力过大而造成材料的破坏。

[0042](2)完成上述步骤后，检查所有间隙是否完好无损。然后，在复层TA10钛合金板材表面上均匀涂抹一层黄油以保护其免受爆炸时可能产生的灼伤。接着，按照从起爆点到边缘逐渐递减的方式铺设炸药，即从160毫米厚度逐步降低至140毫米。

[0043]以上参阅图1所示。

[0044]三、爆炸焊接

[0045](1)引爆炸药：在确保安全的前提下，利用雷管引爆炸药。炸药爆炸瞬间产生的高温高压和高速冲击波迅速作用在复板上，使复板以极高的速度向基板倾斜碰撞。

[0046](2)结合形成：在倾斜碰撞过程中，随着复层与基板间的剧烈塑性变形，两种材料的原子开始相互扩散和融合，形成坚固的结合界面。由于爆炸产生的压力和速度非常高，结合界面通常呈现出波浪状的特征，这种波浪状界面可以增加结合面积，提高结合强度。

[0047]四、焊接后处理

[0048](1)外观检查：对焊接后的复合板进行外观检查，检查有无撕裂和边缘脱层现象。

[0049](2)热处理：对TA10+2205复合板热处理以消除焊接应力，热处理采用540℃，保温4小时;热处理的目的在于通过加热和缓慢冷却的过程，使材料内部的残余应力得到释放，从而提高复合板的整体稳定性和耐久性。

[0050](3)校平处理：热处理完成后，使用矫平机进行校平处理，使其整板面不平度≤3mm;在校平过程中，应注意保持复合板具有一定余温，以免因温度骤降在校平过程中破坏材料。

[0051]五、质量检测

[0052](1)无损检测：对校平后的复合板进行无损检测，检测方法包括超声波检测、渗透检测等。确定整板面结合率100%(NB/T47013.3-2023I级合格)和焊缝(NB/T47013.5-2015I级合格);

[0053](2)力学性能测试：对焊接后的TA10+2205复合板进行力学性能测试(如锻件，需额外爆炸焊接同炉试板)，测试内容包括拉伸强度、弯曲强度、剪切等。测试结果应符合相关标准和要求(测试结果见图2，实物图见图3和图4)。

[0054]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

说明书附图(4)