[发明专利]一种大面积超厚高性能钛/钢复合管板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种大面积超厚高性能钛/钢复合管板的制备方法。

背景技术

钛由于其密度小，强度高，且具有优良的耐腐蚀性，因而被广泛地应用到工业领域中。采用钛材制备管材，可将其壁厚降至0.5mm～0.7mm，因其具有较高的经济性、使用效果和可靠性，因此逐渐被应用到化工设备，诸如列管式换热器、压力容器、锅炉和反应釜电中。与管材配套的管板主要用于支撑固定列管的作用，最初也采用25mm～35mm纯钛宽板制造，金属的材质使其不仅具有很强的刚性，而且具有很大的热传导性能。但是进入20世纪80年代中后期，钛制凝汽器要大量取代铜合金凝汽器，促使必须降低成本和采用高效先进的自动焊接装置来保证管与管板焊接接头的均匀性和一致性，如果采用纯钛厚板做管板，则将很难达到降低成本的目的。这迫使人们不停地探索新的替代材料。与此同时，爆炸焊接技术日趋成熟，已能批量化向市场提供高质量的钛/钢复合管板，且成本比纯钛板低20％～30％，又可节省大量的稀有金属，因此钛/钢复合管板随之被大量地使用在该领域中。

然而，近年来随着生产技术的突飞猛进，工业领域中的设备规格越来越大，这就对复合管板的尺寸提出了更高的要求。与常规钛/钢复合管板(复层厚度5mm～8mm，基层厚度10mm～100mm)相比，制备大面积和高性能超厚钛/钢复合管板还存在以下难点：①复层较厚，给拼焊工艺实施造成难度；②大面积复合管板要求大尺寸超厚钢板，受目前钢板制备技术的限制，大尺寸超厚复合管板无法制备，因此钢板须拼焊处理才能满足尺寸要求；③复层较厚，幅面较大，加大了爆炸复合工艺实施难度。因此开发新技术以制备大面积高性能超厚钛/钢复合管板，是满足制备大型设备的要求，迎合未来市场需求的必然途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大面积超厚高性能钛/钢复合管板的制备方法。制备的大面积高性能超厚钛/钢复合管板的结合率和性能均满足标准要求，可以安全地应用于生产，基本解决了复合管板尺寸对大型设备规格的限制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大面积超厚高性能钛/钢复合管板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用TIG焊(氩弧焊)的方法对多张钛板进行拼焊处理制备具有焊缝一的复层钛板；所述钛板的厚度均为8mm～20mm；

步骤二、采用自动埋弧焊的方法对多张钢板进行拼焊处理制备具有焊缝二(4)的基层钢板；所述钢板的厚度均为100mm～200mm；

步骤三、对步骤二中所述基层钢板进行校平处理，使基层钢板的不平度≤6mm/m；

步骤四、将步骤一中所述复层钛板和步骤三中经校平后的基层钢板的结合面打磨至粗糙度Ra≤10μm；

步骤五、在步骤四中经打磨后的基层钢板上均匀设置多个间隙材料，然后将步骤四中经打磨后的复层钛板置于间隙材料上，并保持复层钛板上的焊缝一与基层钢板上的焊缝二平行；所述间隙材料的高度为2mm～15mm；所述间隙材料的材质与复层钛板材质相同；

步骤六、将炸药置于复层钛板上，并在炸药上距离焊缝二中心50mm～100mm处设置起爆药包，进行爆炸焊接制备复合管板；

步骤七、对步骤六中所述复合管板进行退火热处理以消除应力，然后机械加工得到宽度为300mm～5000mm，长度为1000mm～6500mm，复层厚度为8mm～20mm，基层厚度为100mm～200mm，剪切强度τ_b≥200MPa的大面积超厚高性能钛/钢复合管板。

上述步骤一中所述复层钛板的长宽尺寸较步骤二中所述基层钢板的长宽尺寸大20mm～100mm，以避免爆炸焊接过程产生的边界效应影响复合管板的尺寸。

上述步骤七中所述退火热处理的温度为540±15℃，退火热处理的时间为3h～8h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、采用本发明制备的大面积超厚钛/钢复合管板，其界面在爆炸焊接过程中，瞬间发生了强烈的塑性变形，形成波形界面，使基层钢板和复层钛板间形成牢固的冶金结合。即使在复合板边部，其结合强度仍然在200MPa以上，满足了GB8547-2006和ASTM B898-2005的要求。

2、本发明采用TIG焊对复层钛板进行拼焊，可保证焊缝无错边、焊瘤和裂纹等焊接缺陷，爆炸复合前复层钛板不必进行退火热处理，节约了成本；同时采用自动埋弧焊方式对基层钢板进行拼焊，以满足制备大面积钛钢复合板的要求。