一种大规格异种钛合金复合板制备方法

技术领域

本发明涉及钛合金板材加工技术领域，具体而言一种大规格异种钛合金复合板制备方法。

背景技术

热轧复合板一般由两种或两种以上的金属材料采用特种工艺焊接而成，经过高温加热、压延、轧制而得到单层金属材料所不具有的物理化学性能和力学性能；已广泛应用于化工、电力、机械、船舶、桥梁、海洋、航空、建筑等行业领域。目前复合板的制备选用直接四周焊接组坯或者对称组坯包裹的方式进行复合轧制，但是两种材料变形量相差过大时，直接焊接组坯的方式就很容易造成板坯翘曲，变形不均匀等问题，影响轧后板坯的成型率；对称组坯的方式则会延长工作周期、增加成本。

国内早期引进复合板生产线，至21世纪初期以后出现消化国外技术、国产化的热轧复合板。但由于传统的变形抗力相差太大的材料组坯方式，密封性差，能耗高，产量低，不环保等生产缺陷，同时轧制过程中的复合板频繁开裂、发生翘曲，轧制废品率很高，所以，在热轧变形量相差太大的复合板时，防止轧后翘曲及变形不均匀就是重中之重。

目前的工业生产实践中对于热轧复合板翘曲及变形不均匀控制方法包括：1)采用对称组坯的方式加工复合板；2)在轧制前将轧制材料进行预处理，改变材料的变形抗力；3)采用轧制后的矫直处理。

利用对称组坯是一种有效控制翘曲的方法，但此方法只能减少复合板的翘曲，不能减少复合界面的变形问题。且采用对称组坯的方式工艺较为繁琐，对材料的加工精度要求高，生产成本也较为高。

发明内容

为了克服两种变形抗力相差过大的钛合金复合板轧制易出现翘曲、开裂、变形不均匀问题，本发明的目的就是对变形抗力相差过大的异种钛合金材料完成有效轧制，改善轧后翘曲程度，从而提高成材率以及改善复合板界面结合强度等问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种大规格异种钛合金复合板制备方法，所述大规格异种钛合金复合板由不对称复合组坯通过热轧制备形成；

所述复合组坯包括第一板坯、第二板坯和第三板坯，所述第一板坯和所述第三板坯为同种材质的钛合金，所述第二板坯为与所述第一板坯材质不同的钛合金；所述第一板坯上开设有用于容纳所述第二板坯的凹槽，所述凹槽的槽底具有涂有隔离剂，所述第二板坯设置于所述凹槽内，所述第三板坯将所述第二板坯封于所述凹槽内；所述凹槽的尺寸大于所述第二板坯的尺寸，预留出所述第二板坯的变形量；

所述复合板坯还包括圆管，所述圆管的材质与所述第一板坯的材质相同，且所述圆管与所述第一板坯和所述第三板坯的连接处焊接；

所述第一板坯和所述第三板坯的内侧边缘分别加工有坡口，且于坡口处焊接，焊接过程中所述圆管通入保护气体，焊接完成后，通过所述圆管将所述第一板坯、所述第二板坯和所述第三板坯之间抽真空，且将所述圆管远离所述第一板坯的一端密封。

优选地，所述第一板坯和所述第三板坯的厚度相同，均为H1，且60mm≤H1≤90mm，所述第二板坯的厚度为H2，且30mm≤H2≤50mm。

优选地，所述第一板坯和所述第二板坯的坡口的角度相同，均为50-60°。

优选地，当所述第一板坯的厚度75≤H1≤90mm时，所述坡口的坡度为60°，当所述第一板坯的厚度60mm≤H1＜75mm时，所述坡口的坡度为50°。

优选地，所述圆管的外径为D1，内径为D2，且10mm≦D1≤15mm，4mm≤D1-D2≤7mm。

本发明还公开了上述复合板坯的制备方法，包括如下步骤：

S1、将所述第二板坯和第三板坯进行打磨并抛光，且要保证第二板坯的上表面和第三板坯的下表面粗糙度Ra≥8.0μm，然后使用酒精-丙酮-酒精进行清洗，之后吹干后密封保存，防止二次氧化；

S2、将所述第一板坯和所述第三板坯的内边缘分别加工出所述坡口，用丙酮和酒精擦拭干净后吹干放置在不易被氧化的空间；

S3、将所述隔离剂均匀涂抹至所述第一板坯的凹槽底部，所述第二板坯放置在第一板坯内部涂抹好的隔离剂上，所述第三板坯放置在第二板坯上方并进行预压紧，确保所述第一板坯和所述第三板坯接触边缘之间的间隙<0.1mm；

S4、使用与所述第一板坯材质相同的焊条将组合好的复合板坯用电弧焊的方式在所述第一板坯和所述第三板坯的四周点焊好之后，将所述圆管焊接至所述第一板坯和所述第三板坯宽度方向的中间位置，再将所述第一板坯和所述第三板坯四周开好坡口的位置进行焊接密封；在此期间，所述圆管内一直通入保护气体氩气；

S5、将所述圆管与抽真空设备连接，开始抽真空，当真空度低于10Pa时，将所述圆管密封。

优选地，在所述圆管远离所述第一板坯一端焊接与所述圆管材质相同的法兰，并利用所述法兰与所述抽真空设备连接。

优选地，所述圆管密封的方式为：采用喷火枪将所述圆管加热至260-400℃后，然后用液压钳将烧红处压扁进行密封。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明能够实现两种变形抗力相差过大的钛合金之间冶金结合，有效解决异种钛合金在热轧过程中无法粘合、翘曲等问题；

2、节约成本，便于操作，能广泛应用于多种钛合金之间的复合；

3、通过三层叠层复合的方式，采用变形抗力小的钛合金板夹在变形抗力大的钛合金板之间进行轧制复合的工艺，开辟了一种新的钛合金复合方式，为后续钛合金复合板的应用奠定了基础。

基于上述理由本发明可在钛合金板材加工等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中复合组坯结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中大规格异种钛合金复合板的结合界面SEM图。

图3为本发明具体实施方式中大规格异种钛合金复合板的结合界面SEM图中各元素分布图。

图中：1、第一板坯；2、第二板坯；3、第三板坯；4、圆管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

一种大规格异种钛合金复合板制备方法，所述大规格异种钛合金复合板由不对称复合组坯通过热轧制备形成；

如图1所示，所述复合组坯包括第一板坯1、第二板坯2和第三板坯3，所述第一板坯1和所述第三板坯3为250×200×75mm的TC4钛合金，所述第二板坯为第二板坯2为140×150×50mm的TA2；所述第一板坯1上开设有220×170×51mm的凹槽，所述凹槽的槽底具有涂有隔离剂，所述第二板坯2设置于所述凹槽内，所述第三板坯3将所述第二板坯2封于所述凹槽内；第三板坯3和第一板坯1焊接在一起，且在第三板坯3和第一板坯1之间焊接有TC4钛合金的圆管4，所述圆管4的内外径分别为5mm、12mm。

所述复合组坯采用下述方法制备：

S1、将第二板坯2和第三板坯3进行打磨并抛光，且要保证第二板坯2的上表面和第三板坯3的下表面粗糙度Ra≥8.0μm，然后使用酒精-丙酮-酒精进行清洗，之后吹干后密封保存，防止二次氧化；

S2、将第一板坯1和第三板坯3的内边缘分别加工出坡口，角度为60°，用丙酮和酒精擦拭干净后吹干放置在不易被氧化的空间；

S3、为了防止轧后第一板坯1与第二板坯2复合，将隔离剂均匀涂抹至第一板坯1凹槽底部，第二板坯2放置在第一板坯1内部涂抹好的隔离剂上，第三板坯3放置在第二板坯2上方并进行预压紧，确保第一板坯1和第三板坯3接触边缘之间的间隙<0.1mm；

S4)使用TC4焊条将组合好的复合板坯用电弧焊的方式在板坯四周点焊好之后，将TC4钛合金材质的圆管4焊接至第一板坯1和第三板坯3宽度方向的中间位置，再将第一板坯1和第三板坯3四周开好坡口的位置进行焊接密封；在此期间，圆管4内一直通入保护气体氩气，防止板坯过热，造成表面氧化，等待至板坯冷却至300℃以下时，方可停止通气；

S5)将圆管4焊接至TC4材质的法兰件上后，将法兰件与抽真空设备连接，开始抽真空，当真空度低于10Pa时，使用喷火枪将圆管4的中部烧至300℃后，然后用液压钳将烧红处压扁进行密封。

所述大规格异种钛合金复合板的结合界面SEM如图2～3所示，可以看出界面结合处未出现明显的O的聚集，表明此方法制备的钛合金复合板冶金结合情况良好。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。