一种双金属复合板的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，具体涉及一种双金属复合板的制备方法。

背景技术

双金属复合板是指具有两种性能不同的金属复合在一起制备的新型复合材料，综合了复层材料的功能性和基层材料的结构性能。

目前的双金属复合板工艺主要分机械复合法和冶金复合法，机械复合法结合强度差，加工性能低；冶金复合工艺主要有热轧固固法、离心浇铸法、爆炸复合，但该类方法存在成本、质量、成材率、规模化和环境污染等各种问题。

伴随着增材制造的兴起，焊接复合法在冶金复合法中受到关注。常用焊接复合法包括电弧焊、激光焊和电渣复合法；而电弧焊、激光焊效率极低；电渣复合法效率较高，但普通电渣复合法在制备双金属复合板时所用设备大，对电源要求高(常需单独购买变压器)，边侧模具常为水冷结晶器，因其结晶器内壁和熔池之间间隔固态金属，冷却能力难以通过固态金属到达复合过渡层，往往因过渡层熔深过大造成复层金属的浪费，并造成凝固缺陷。

水平电渣堆焊复合工艺在基层焊件表面水平堆焊复合层，其效率偏低且铸态复合层稀释率高，不易获得薄而均匀的堆焊层，且焊缝附近容易过热，产生过热组织，即焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织，造成焊缝冲击韧性低。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种双金属复合板的制备方法，本发明首次采用电渣立焊及轧制工艺制备双金属复合板，采用本发明所述方法可有效控制复合层熔深，增强焊缝冲击韧性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种双金属复合板的制备方法，其包括以下步骤：对基层金属、复层金属进行预处理；将复层金属和基层金属置于可拆卸水冷结晶器内，准备引弧块或引弧剂进行引弧，起弧后进行电渣立焊焊接，基层金属作为自熔电极，焊接过程中保持垂直于焊件；基层金属利用电流通过熔渣时产生的电阻热熔融之后在与复层金属之间形成的熔腔内自下而上熔合成型并与复层金属产生焊缝，对焊缝实时进行冷却，以控制复合层熔深；待熔融金属形成凝固坯壳后，对凝固坯壳进行冷却，得到铸态复合板坯；对铸态复合板坯进行轧制处理；轧制处理后进行热处理、表面处理，即得。通过对渣池进行实时冷却控制，可有效控制复合层熔深；对凝固坯壳进行冷却控制可提高焊缝冲击韧性。

进一步地，在焊缝四周采用冷却滑块对焊缝进行冷却；所述冷却滑块内部中空，装有冷却水；冷却滑块顶部设有进水口和出水口，通过控制冷却水的流速和冷却水的温度，调整冷却滑块的温度；冷却滑块出水温度≤80℃；冷却滑块随着焊缝的形成，自下而上逐渐提升。

进一步地，所述冷却滑块材质为金属。

进一步地，结晶器进水温度≤35℃，出水温度≤55℃。

进一步地，引弧时电压比焊接电压高3-8V。

进一步地，进行电渣焊接时，焊接速度控制在0.6-2m/h，焊接过程中形成的渣池深度为35-70mm；焊接过程中基层金属始终保持在熔腔中央位置。

进一步地，焊接过程中，渣池出现大幅翻动滚动时添加助焊剂；焊接过程中，复层金属界面及其附近温度保持在800℃以上。

进一步地，采用冷水对凝固坯壳进行冷却，冷却水用量为1.0～1.2L/kg钢。

进一步地，所述扎制处理包括热轧、冷轧处理；更进一步地，对铸态复合板坯采用二辊热轧进行轧制处理，首道次压下量为10-15％，终轧温度控制在800-900℃。

进一步地，所述基层金属包括但不仅限于碳钢，所述复层金属包括但不仅限于不锈钢/镍基复合金属。

本发明还提供以上所述方法制备得到的双金属复合板。

本发明所述方法是以复层金属作为被焊焊件，基层金属作为自熔电极，并通过实时控制焊缝冷却温度进行焊接，焊接完成后进行轧制和热处理工序，以制得双金属复合板。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明所述方法可根据需要调节复合层熔深，进而可以控制在达到复合强度的同时，减少对复层贵重金属的浪费，本发明所述方法制得的复合板坯，熔合层(复合层熔深)厚度小于固态金属的厚度的十分之一。采用本发明方法还可改善凝固组织，提高焊缝冲击韧性。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

以下实施例所述冷却滑块材质为铜。

实施例1

一种双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：

S1：对基层金属Q235碳钢；复层金属：1块304不锈钢钢板(330×490×40mm—厚度40mm)进行预处理，预处理包括焊接面的除锈去油污和其它污物。

S2：采用多丝电渣焊，以Q235

S3：复层金属和基层金属置于可拆卸水冷结晶器两侧，准备引弧块或引弧剂进行引弧，起弧后用多丝进行电渣立焊焊接，基层金属利用电流通过熔渣时产生的电阻热熔融之后在与复层金属之间形成的熔腔内自下而上成型，并与复层金属产生熔合焊缝，焊缝四周采用冷却滑块对焊缝进行冷却；所述冷却滑块内部中空，装有冷却水；冷却滑块顶部设有进水口和出水口，通过控制冷却水的流速和冷却水的温度，调整冷却滑块的温度；冷却滑块出水温度≤80℃；冷却滑块随着焊缝的形成，自下而上逐渐提升。复层金属与焊缝的厚度比为1:3；结晶器进水温度≤35℃，出水温度≤55℃。

引弧时，电压设置为38V，渣池形成后焊接电压设置为35V。在焊接过程中，会形成渣池，要及时细调各熔焊参数，使之符合要求。焊接速度控制在l.5m/h；送丝极速度为55m/h；渣池深度为35mm；焊接过程中，应随时检查电极是否在待成型区的中心位置上，严禁电极过偏。

焊接过程中注意随时检查焊件的炽热状态，复层金属界面及其附近温度在800℃以上时熔合良好，当不足800℃时，应适当调整焊接工艺参数，适当增加渣池内总热量。

当渣池出现大幅翻动滚动较大甚至明弧时，即可添加助焊剂，添加助焊剂以少而慢的原则进行，当渣池恢复平静稳定状态后则暂停添加。助焊剂在使用前，在250℃下烘烤4小时。

当渣池上升到与熄弧块上口接近平齐时，按焊机上“停止”按钮停止工作，焊接完成，得铸态复合板坯。

S4：获得铸态复合板坯之后，送至

S5：热轧复合板经热处理及表面酸洗处理后成为成品复合板材。

所述实施例1中复合板坯熔合层厚度为2.9mm，经轧制后熔合过渡层为0.27mm，所得复合板抗剪强度为383MPa，融合率为99.3％。

实施例2

一种双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：

S1：对基层金属Q235碳钢，复层金属：2块304不锈钢钢板(330×490×40mm—厚度40mm)进行预处理，预处理包括焊接面的除锈去油污和其它污物。

S2：采用多丝电渣焊，以Q235

S3：将复层金属置于可拆卸水冷结晶器两侧，准备引弧块或引弧剂进行引弧，起弧后以多丝基层金属自熔电极与复层金属进行电渣焊接，基层金属利用电流通过熔渣时产生的电阻热熔融之后在与复层金属之间形成的熔腔内自下而上熔合成型，并与复层金属产生熔合焊缝，在焊缝四周采用冷却滑块对焊缝进行冷却；所述冷却滑块内部中空，装有冷却水；冷却滑块顶部设有进水口和出水口，通过控制冷却水的流速和冷却水的温度，调整冷却滑块的温度；冷却滑块出水温度≤80℃；冷却滑块随着焊缝的形成，自下而上逐渐提升。复层金属与焊缝的厚度比为1:5；结晶器进水温度≤35℃，出水温度≤55℃。

引弧时，电压设置为63V，渣池形成后焊接电压设置为55V。在焊接过程中，会形成渣池，要及时细调各熔焊参数，使之符合要求。焊接速度控制在2m/h；送丝速度为100mm/h；渣池深度为35mm；焊接过程中，应随时检查电极是否在待成型区的中心位置上，严禁电极过偏。

焊接过程中注意随时检查焊件的炽热状态，复层金属界面及其附近温度在800℃以上时熔合良好，当不足800℃时，应适当调整焊接工艺参数，适当增加渣池内总热量。

当渣池出现大幅翻动滚动较大甚至明弧时，即可添加助焊剂，添加助焊剂以少而慢的原则进行，当渣池恢复平静稳定状态后则暂停添加。助焊剂在使用前，在250℃下烘烤4小时。

当渣池上升到与熄弧块上口接近平齐时，按焊机上“停止”按钮停止工作，焊接完成，得铸态复合板坯。

S4：获得铸态复合坯之后，送至

S5：热轧复合板经热处理及表面酸洗处理后成为成品复合板材。

所述实施例2中复合板坯熔合层厚度为3.1mm，经轧制后熔合过渡层层为0.28mm，所得复合板抗剪强度380MPa，融合率99.1％。

实施例3

一种双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：

S1：对基层金属Q235碳钢；复层金属：1块304不锈钢钢板(330×490×40mm—厚度40mm)进行预处理，预处理包括焊接面的除锈去油污和其它污物。

S2：采用多丝电渣焊，以Q235

S3：复层金属和基层金属置于可拆卸水冷结晶器两侧，准备引弧块或引弧剂进行引弧，起弧后用多丝进行电渣立焊焊接，基层金属利用电流通过熔渣时产生的电阻热熔融之后在与复层金属之间形成的熔腔内自下而上成型，并与复层金属产生熔合焊缝，焊缝四周采用冷却滑块对焊缝进行冷却；所述冷却滑块内部中空，装有冷却水；冷却滑块顶部设有进水口和出水口，通过控制冷却水的流速和冷却水的温度，调整冷却滑块的温度；冷却滑块出水温度≤80℃；冷却滑块随着焊缝的形成，自下而上逐渐提升。复层金属与焊缝的厚度比为1:3；结晶器进水温度≤35℃，出水温度≤55℃。

引弧时，电压设置为38V，渣池形成后焊接电压设置为35V。在焊接过程中，会形成渣池，要及时细调各熔焊参数，使之符合要求。焊接速度控制在l.5m/h；送丝极速度为55m/h；渣池深度为35mm；焊接过程中，应随时检查电极是否在待成型区的中心位置上，严禁电极过偏。

焊接过程中注意随时检查焊件的炽热状态，复层金属界面及其附近温度在800℃以上时熔合良好，当不足800℃时，应适当调整焊接工艺参数，适当增加渣池内总热量。

当渣池出现大幅翻动滚动较大甚至明弧时，即可添加助焊剂，添加助焊剂以少而慢的原则进行，当渣池恢复平静稳定状态后则暂停添加。助焊剂在使用前，在250℃下烘烤4小时。

当渣池上升到与熄弧块上口接近平齐时，按焊机上“停止”按钮停止工作，焊接完成，得铸态复合板坯。

S4：获得铸态复合板坯之后，送至

S5：热轧复合板经热处理及表面酸洗处理后成为成品复合板材。

实施例4

一种双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：

S1：对基层金属Q235碳钢；复层金属：1块304不锈钢钢板(330×490×40mm—厚度40mm)进行预处理，预处理包括焊接面的除锈去油污和其它污物。

S2：采用多丝电渣焊，以Q235

S3：复层金属和基层金属置于可拆卸水冷结晶器两侧，准备引弧块或引弧剂进行引弧，起弧后用多丝进行电渣立焊焊接，基层金属利用电流通过熔渣时产生的电阻热熔融之后在与复层金属之间形成的熔腔内自下而上成型，并与复层金属产生熔合焊缝，焊缝四周采用冷却滑块对焊缝进行冷却；所述冷却滑块内部中空，装有冷却水；冷却滑块顶部设有进水口和出水口，通过控制冷却水的流速和冷却水的温度，调整冷却滑块的温度；冷却滑块出水温度≤80℃；冷却滑块随着焊缝的形成，自下而上逐渐提升。复层金属与焊缝的厚度比为1:3；结晶器进水温度≤35℃，出水温度≤55℃。

引弧时，电压设置为38V，渣池形成后焊接电压设置为35V。在焊接过程中，会形成渣池，要及时细调各熔焊参数，使之符合要求。焊接速度控制在l.5m/h；送丝极速度为55m/h；渣池深度为35mm；焊接过程中，应随时检查电极是否在待成型区的中心位置上，严禁电极过偏。

焊接过程中注意随时检查焊件的炽热状态，复层金属界面及其附近温度在800℃以上时熔合良好，当不足800℃时，应适当调整焊接工艺参数，适当增加渣池内总热量。

当渣池出现大幅翻动滚动较大甚至明弧时，即可添加助焊剂，添加助焊剂以少而慢的原则进行，当渣池恢复平静稳定状态后则暂停添加。助焊剂在使用前，在250℃下烘烤4小时。

当渣池上升到与熄弧块上口接近平齐时，按焊机上“停止”按钮停止工作，焊接完成，得铸态复合板坯。

S4：获得铸态复合板坯之后，送至

S5：热轧复合板经热处理及表面酸洗处理后成为成品复合板材。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。