專利名稱：焊接異種金屬的方法
技術領域：
本發明涉及ー種焊接兩種異種金屬的方法。具體地，本發明涉及ー種使用鎢極氣體保護電弧焊焊接兩種異種金屬的方法。
背景技術：
鈦(Ti)是ー種具有優越的耐蝕性和理想的機械性能的金屬。然而，僅用純鈦制造任何設備的應用都是昂貴的。在很多情況下，將鈦與其它金屬，如不銹鋼結合，在技術上和經濟上均是有利的，從而降低鈦的成本。在不銹鋼基底上包覆鈦的結構不僅提供顯著的成本降低，還提供與純鈦設備相比更優越的耐久性。已研究如機械連接、摩擦焊接、爆炸包覆和釬焊等常規的非熔焊這樣的異種金屬。如今認為爆炸包覆，非熔焊的ー種方法，是能用于制造包鈦鋼的原材料的唯一方法。已經發現通過引入釩和銅的夾層金屬在鈦和鋼之間摩擦焊接是成功的。雖然摩擦焊接接頭的整體性和穩定性可接受，但是摩擦焊接方法本身受到被焊接金屬的特定構型的限制。因而，摩擦焊接方法可能不能應用于焊接廣泛的異種金屬。除了非熔焊，熔焊也可用于連接鈦和不銹鋼。然而，異種金屬的熔焊，例如電弧焊，經常伴有由金屬的性質造成的缺點。例如，當將鈦連接到不銹鋼時，鈦和不銹鋼中的鐵之間的冶金學上的不相容性導致鈦和鐵之間脆的金屬間相的形成。而且，已經發現鈦和不銹鋼之間的不同的熱膨脹特性導致焊接后冷卻作用產生的大的拉應カ形成的裂紋。因此，這些缺點影響鈦和不銹鋼之間的接頭整體性的品質。為了克服與上述缺點相關的問題，可在兩種異種金屬間的中間接頭導入中間金屬。美國專利公開第2010233501號公開了通過用熔焊法在兩種異種金屬間的中間位置導入連接器連接兩種異種金屬的方法。該連接器由第一金屬和第二金屬形成，其中第一金屬和第二金屬分別由與將被焊接的異種金屬相似的異種金屬制成。雖然許多連接異種金屬的方法是已知的，但是需要改善用于令人滿意地連接兩種異種金屬的方法。因此，公開了通過導入雙焊條作為中間物，其中雙焊條與被焊接金屬不相似，用鎢極氣體保護電弧焊焊接例如鈦和不銹鋼的兩種異種金屬的可行性。
發明內容
本發明涉及一種通過具有根部間隙的V形對接接頭用鎢極氣體保護電弧焊連接兩種異種基底金屬，即鈦和不銹鋼的方法。在本發明中，兩種中間物金屬，釩和鋁銅，作為雙焊條導入在兩種異種基底金屬間。為了將基底金屬焊接在一起，施加焊接電流，使得在鎢電極和基底金屬部分之間形成電弧焊。當電弧焊形成吋，向鈦和不銹鋼之間存在的間隙提供兩根焊條，由此密封鈦和不銹鋼之間的間隙。釩提供在鈦側，而鋁銅提供在不銹鋼側。這樣，將實現鈦和不銹鋼的牢固的焊接件。與鈦和不銹鋼之間具有單根釩焊條的接頭的抗拉強度相比，鈦和不銹鋼之間具有釩和鋁銅雙焊條的接頭的抗拉強度令人滿意。、
本發明也公開了用具根部間隙的V形對接接頭通過鎢極氣體保護電弧焊連接鈦和碳鋼的方法。相似地，兩種中間物金屬，釩和鋁銅作為雙焊條導入，從而實現鈦和碳鋼之間的牢固的焊接件。
參照附圖，通過本發明的非限制性實施方式描述本發明，其中圖I為表示本發明的焊接采用的V形對接接頭設計的示意圖；圖2為表示根據本發明的一個實施方式用于焊接Ti Gr. 2和不銹鋼316L的V形對接接頭設計的示意圖；
圖3示出了根據本發明的另ー個實施方式，Ti Gr. 2和不銹鋼316L的充分焊接；圖4為表不本發明的另ー個優選的實施方式中，用于Ti Gr. 2和不銹鋼316L焊接的V形對接接頭設計的示意圖；和圖5為顯示根據本發明的另ー個優選的實施方式中，用于Ti Gr. 2和碳鋼焊接的V形對接接頭設計的示意圖。
具體實施例方式提供下列許多具體和可選實施方式的描述，以理解本發明的創造性特征。然而，對本領域技術人員明顯的是本發明可不以這樣的具體細節實施。一些細節可不以長篇幅描述，以不使本發明不清楚。為方便引用，當指代附圖中共有的相同或相似特征時，所有附圖使用共同的附圖標記。本發明提供了ー種用V形對接接頭的鎢極氣體保護電弧焊方法，用于連接鈦基底金屬部分和不銹鋼基底金屬部分。在本發明的電弧焊方法中，在鈦基底金屬和不銹鋼基底金屬之間導入兩種中間物焊條，釩和鋁銅。該方法提供了這兩種異種基底金屬之間的牢固的焊接件。已知釩與鈦比與不銹鋼具有更好的相容性，所以釩與不銹鋼的接觸導致脆化中間物的形成，從而使釩與不銹鋼間的連接處斷裂。此外，釩與鋁銅比與不銹鋼具有更好的相容性。由于這些冶金學相容性原因，在本發明中，釩焊條將提供在鈦基底側，而鋁銅焊條將提供在不銹鋼基底側，同時釩和鋁銅將彼此重疊。具有這種構造，將實現牢固的焊接件。圖I顯示了根據本發明的一個實施方式，通過使用純釩絲103和鋁銅104的中間物焊條在兩種基底金屬鈦101和不銹鋼102之間的鎢極氣體保護電弧焊采用的V形對接接頭設計的示意圖。基底金屬101和102均在ー側有斜面。基底金屬101和102 二者之間存在根部間隙105，將釩絲103和鋁銅104的中間物雙焊條用于密封該根部間隙。由于冶金學相容性，釩絲103提供在鈦側101，同時鋁銅104提供在不銹鋼側102。現將通過焊接商業純的Ti Gr. 2 (99%的純度)和不銹鋼316L(62% 72%的鐵含量)的兩種異種金屬進ー步描述本發明。圖2顯示了通過鎢極氣體保護電弧焊焊接Ti Gr. 2 (99%的純度)201和不銹鋼316L (62% 72%的鐵含量)202所用的V形對接接頭設計的示意圖。在本發明的一個實施方式中，Ti Gr. 2201尺寸為150X300X10毫米，同時不銹鋼316L 202尺寸為150X300X 10毫米。直徑為2. 5毫米的商業純釩絲(99. 9%的純度)和直徑為2. 4毫米的鋁銅(與 9%的鋁形成合金)分別以雙焊條203和204 —起使用。焊接前，用丙酮仔細清洗基底金屬201、202和雙焊條203、204。然后，基底金屬201和202在其ー側呈32°至38°的角度范圍，最優選35°的斜面。接著，將釩以2. 5 3. 5毫米的厚度涂布于Ti Gr. 2201基底金屬的斜面，厚度為2. 5 3. 5毫米，形成釩涂布的TiGr. 2205。然后接著，布置釩涂布的Ti Gr. 2205與不銹鋼316L 202排列，以便使得在釩涂布的Ti Gr. 2205與不銹鋼316L 202之間提供3. 2± I. 6毫米的根部間隙206。使用夾鉗具固定基底金屬202和205，并維保持持基底金屬202和205之間的根部間隙206。然后在電弧的鎢電極和基底金屬202、205之間施用施加焊接電流，形成電弧焊接。接著，將雙焊條注入提供至基底金屬202和205之間的根部間隙206中，因此密封根部間隙206，并連接使基底金屬202和205連接到一起。在焊接過程中，將釩焊條203注入提供至釩涂布Ti Gr. 2205側，并且將鋁銅焊條204注入提供至不銹鋼202側。釩涂布的Ti Gr. 2 205的釩涂布區207阻止了 Ti Gr. 2 201與鋁銅焊條204的接觸。因為鈦與鋁的溶解度有限溶解度，所以高度不希望使鋁銅焊條204與釩涂布Ti Gr. 2 205接觸是非常不理想的。在本發明的一個實施例中，在30 120毫米/分鐘的移動速度和15 25升/分鐘的IS氣覆蓋氣體流量(cover gas flow)下,實施鶴極氣體保護電弧焊的最佳焊接條件在8 12伏特、86 125安培時獲得。圖3顯示了根據本發明的一個實施例，在Ti Gr. 2 201和不銹鋼316L 202之間形成的具有10毫米厚度的堅固的焊接體。有5個在焊接中形成的特征區不銹鋼316L區202、鋁銅焊條融合區302、釩焊條融合區303、釩涂布區207和Ti Gr. 2區201。為測試Ti Gr. 2201和不銹鋼316L 202之間焊接體301的強度和延展性，進行了拉カ試驗。取Ti Gr. 2 201和不銹鋼316L 202之間的焊接件301的兩個樣品Tl和T2進行拉力試驗。準備的樣品Tl和T2的詳細資料和測試結果在下表中描述。
權利要求
1.一種使用V形對接接頭焊接類型的鎢極氣體保護電弧焊連接鈦基底金屬部分和不銹鋼基底金屬部分的方法，所述方法包括步驟 (a)施加焊接電流，使得在電弧的鎢電極和所述基底金屬部分之間形成電弧焊；和 (b)將釩絲和鋁銅兩種中間物焊條提供至所述電弧焊，使得所述焊條被提供至所述基底金屬部分之間的焊接區域，并連接所述基底金屬部分，其中所述釩焊條鄰近所述鈦基底金屬部分放置，并且所述鋁銅焊條鄰近所述不銹鋼基底金屬部分放置，且所述兩種中間物焊條彼此鄰近放置。
2.根據權利要求I所述方法，其中在30 120毫米/分鐘的移動速度和15 25升/分鐘的氬氣覆蓋氣體流量下，所述焊接電流設置為8 12伏特、86 125安培。
3.根據權利要求I所述方法，其中所述鈦基底金屬部分包含至少99.34wt%的鈦，并且所述不銹鋼基底金屬部分包含62 72%的鐵含量。
4.根據權利要求I所述方法，其中所述釩焊條包含99.9%的純釩，并且所述鋁銅焊條包含 9%的鋁合金。
5.根據權利要求I所述方法，其中所述鈦基底金屬部分和所述不銹鋼基底金屬部分之間的V形對接接頭中形成根部間隙，所述根部間隙介于I. 6毫米至4. 8毫米的范圍之間。
6.根據權利要求5所述方法，其中所述根部間隙為3.2毫米。
7.根據權利要求I所述方法，其中兩種所述基底金屬都在其一側有32°至38°角度范圍的斜面。
8.根據權利要求I所述方法，其中兩種所述基底金屬都在其一側有35°角度的斜面。
9.根據權利要求I所述方法，其中在焊接前將釩涂布于鈦斜面。
10.根據權利要求9所述方法，其中在所述鈦斜面的釩涂布區的厚度是2.5 3. 5毫米。
11.根據權利要求I所述方法，其中所述鈦基底金屬部分和所述不銹鋼基底金屬部分之間的V形對接接頭沒有根部間隙。
12.一種連接異種金屬的焊條部件，所述焊條包含 (1)99.9%的純釩；和 (2)8.5% 11. 0%的鋁銅。
13.一種使用V形對接接頭焊接類型的鎢極氣體保護電弧焊連接鈦基底金屬部分和碳鋼基底金屬部分的方法，所述方法包括以下步驟 (a)施加焊接電流，使得在電弧的鎢電極和所述基底金屬部分之間形成電弧焊；和 (b)將釩絲和鋁銅兩種中間物焊條提供至所述電弧焊，使得所述焊條被提供至所述基底金屬部分之間的焊接區域，并連接所述基底金屬部分，其中所述釩焊條鄰近所述鈦基底金屬部分放置，并且所述鋁銅焊條鄰近所述碳鋼基底金屬部分放置，且所述兩種中間物焊條彼此鄰近放置。
14.根據權利要求13所述方法，其中在30 120毫米/分鐘的移動速度和15 25升/分鐘的氬氣覆蓋氣體流量下，所述焊接電流設置為8 12伏特、86 125安培。
15.根據權利要求13所述方法，其中所述釩焊條包含99.9%的純釩，并且所述鋁銅焊條包含 9%的鋁合金。
16.根據權利要求13所述方法，其中所述鈦基底金屬部分和所述不銹鋼基底金屬部分之間的V形對接接頭中形成根部間隙，所述根部間隙在I. 6毫米至4. 8毫米之間。
17.根據權利要求13所述方法，其中兩種所述基底金屬都在其一側有32°至38°角度范圍的斜面。
18.根據權利要求13所述方法，其中在焊接前將釩涂布于鈦斜面。
全文摘要
本發明公開了使用V形對接接頭焊接類型的鎢極氣體保護電弧焊連接鈦和不銹鋼的方法。當其中施加電弧焊電流時，將釩和鋁銅的中間物雙焊條提供至鈦和不銹鋼之間的熔池。釩焊條鄰近鈦放置，同時鋁銅焊條鄰近不銹鋼放置，并且兩種中間物焊條彼此鄰近放置。本發明也公開了使用V形對接接頭焊接類型的鎢極氣體保護電弧焊連接鈦和碳鋼的方法。
文檔編號B23K9/167GK102632324SQ20121001698
公開日2012年8月15日 申請日期2012年1月18日 優先權日2011年2月9日
發明者何炳汶, 劉歡, 周藝文, 李雪宇 申請人:殼牌化學西拉雅私人有限公司