專利名稱：層壓金屬復合坯料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬復合材料的制備方法，尤其是一種層壓金屬復合坯料的制備方法。
背景技術：
金屬層狀復合材料是由兩層或者兩層以上不同性質的金屬復合而成。通過對層板組分的合理選擇以及適當的加工工藝，可以獲得滿足不同需求的金屬層狀復合材料。金屬層狀復合材料有節約貴金屬、生產成本低、綜合性能優良等特點，在航空航天、石油化工、冶金、汽車、造船、電力、醫藥衛生、環境保護、核能以及家用電器等領域具有廣泛的應用前景。 目前國內外主要采用爆炸法生產金屬復合板(金屬復合材料)，并且技術已經相當成熟，但是爆炸法存在著以下不可避免的缺點爆炸大多在野外露天進行，機械化程度低、勞動條件差，并受氣候限制，爆炸時產生的噪音和振動對周圍環境也有影響；爆炸面積不能過大，且不能連續生產，因此產量很小、生產率比較低。日本JFE公司現在已經成熟應用軋制復合的方法生產金屬復合材料，其工藝思路為 料表面處理一還料的電子束焊接(大型真空室內)一加熱一軋制一熱處理。但是這種工藝存在設備投資大、生產效率低的缺點。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種成本低、效率高的層壓金屬復合坯料的制備方法。為解決上述技術問題，本發明所采取步驟為
(1)根據要求準備金屬板坯作為基材和覆材；
(2)清理基材和覆材的待復合面，然后在基材和覆材的待復合面的四邊分別加工焊接坡口 ；
(3)在基材或覆材的側面打兩個深孔，兩深孔均配置有可將其密封的塞棒；然后在打有深孔的基材或覆材上打上下貫通該基材或覆材的通孔；所述的通孔穿過兩深孔，且通孔的孔徑小于兩深孔的孔徑；
(4)將基材和覆材的待復合面扣合疊放，然后沿焊接坡口對基材和覆材進行焊接；
(5)將兩塞棒的前端分別塞入兩深孔內，使深孔處于密封狀態且通孔處于開通狀態；通過通孔抽真空，然后將兩塞棒完全塞入兩深孔，使深孔和通孔均實現密封，最后停止抽真空即可得到所需的金屬復合坯料。本發明所述步驟(3)中的兩個深孔均位于水平方向，且兩個深孔的中心線處于同一垂直面；所述的通孔位于垂直方向。本發明所述步驟(3)中的兩個深孔均為內部孔徑較小的階梯形孔；所述塞棒為與深孔過盈配合的階梯形。本發明所述步驟(4)之前還包括下述步驟A、用銑床打磨基材和覆材的焊接坡口，再用磨床將基材和覆材的待復合面打磨；
B、用銑床在基材的待復合面上銑出“米”字型溝槽；
C、用丙酮溶液對基材和覆材的待復合面進行擦洗，以除去殘留的油類物質；再用稀鹽酸清洗基材和覆材的待復合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材和覆材的待復合面，涼風吹干。本發明上述步驟A中，經磨床打磨后的基材和覆材待復合面粗糙度要求為Ra ^ 12. 5 μ m ;所述步驟B中溝槽深度為2 3mm。本發明所述步驟(5)中，抽真空至絕對真空度達到2X10_2Pa。本發明所述步驟(2)中待復合面的清理步驟為先用噴丸機打掉待復合面的氧化鐵皮，再用銑床將待復合面加工至表面光潔平整。 本發明所述步驟(2)中的坡口深30mm，角度為30°。本發明所述步驟(5)中深孔和通孔均實現密封后，利用與通孔過盈配合的密封棒將通孔上部密封。采用上述技術方案所產生的有益效果在于本發明通過金屬板坯上打孔，將金屬板坯焊接在一起形成復合坯料，再對復合坯料中間的復合腔體抽真空，達到所要求的真空度后密封，即可得到金屬復合坯料；得到的金屬復合坯料再經過加熱、軋制，即可得到金屬復合板。本發明不用建造大型真空室及相關設備就能得到生產層壓金屬材料所需的復合坯料，具有投資成本少的特點。本發明工藝簡單，生產效率高，產品完全達到軋制復合板所需復合坯料的要求。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖I是本發明中基材和覆材焊接后的結構示意 圖2是本發明中基材和覆材抽真空密封后的結構示意 圖3是本發明中深孔和塞棒的結構示意 圖4是本發明中深孔和塞棒的配合示意圖。圖中，I覆材；2深孔；3通孔；4塞棒；5焊縫；6基材；7、密封棒。
具體實施例方式本層壓金屬復合坯料的制備方法采用下述工藝步驟
(I)基材和覆材的準備工序根據成品金屬復合板的要求準備同種或異種金屬板坯作為基材和覆材，兩塊板坯厚度根據成品厚度計算而得，兩塊板坯的長度和寬度基本一致。(2)基材和覆材的加工工序先用噴丸機打掉金屬板坯(基材和覆材)待復合面的氧化鐵皮；使用銑床對金屬板坯待復合面的表面進行加工，具體加工深度以表面光潔平整為準，一般約為3 6 mm ;在基材和覆材的待復合面的四邊分別采用火焰切割方法(或坡口機)加工出深30mm、成30°角的坡口。(3)基材或覆材的打孔圖I所示，在覆材I的側面打兩個位于水平方向深孔2，兩個深孔2的中心線處于同一垂直面；兩深孔2均配置有可將其密封的塞棒4 ;然后在覆材I上打上下貫通該覆材的通孔3，所述的通孔3位于垂直方向并穿過兩深孔；為使塞棒4完全塞入深孔2的同時能將通孔3密封，通孔3的孔徑小于兩深孔2的孔徑。上述的深孔和通孔還可位于基材6之上，只要能滿足上述配合要求。深孔可采用圓柱形孔、方柱形孔等，塞棒與之相配合；最好采用下述結構的深孔和塞棒圖3、圖4所示，所述的兩個深孔2均為內部孔徑大于外部孔徑階梯形，所述塞棒4為與深孔2過盈配合的階梯形。采用這樣的深孔2和塞棒4結構，能使塞棒4更容易塞進深孔2的同時，保證塞棒對深孔2和通孔3的密封，以防止抽真空時漏氣。(4)待復合面加工及清洗工序用銑床打磨基材和覆材的坡口 ；為使得到的金屬復合坯料在后續的加熱、軋制金屬復合材料時基材和覆材更好地結合在一起，用磨床對基材和覆材的待復合面進行打磨，控制表面粗糙度RaS 12. 5 μ m。為了達到更佳的抽真空效果，用銑床在基材的待復合面上銑出“米”字型溝槽，溝槽深度為2 3mm。然后用丙酮溶液對基材和覆材的待復合面進行擦洗，以除去殘留的油類物質；再用稀鹽酸清洗基材和覆材的待復合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材和覆材的待復合面，涼風風干即可進入下一步的焊接工序。 (5)將基材和覆材的待復合面扣合疊放，然后沿焊接坡口對基材和覆材的四周進行多層多道焊接，根據基材和覆材的材質選擇不同的焊接工藝，焊接質量要求符合二級探傷要求。焊接后如圖I所示，在基材6和覆材I復合面的四周均為焊縫5。下面以304不銹鋼和Q235A為例來說明焊接工藝
A、材質Q235A :250X 2000X4000 mm ;304不銹鋼=250X2000X4000 mm ;304不銹鋼和Q235A均經上述工序處理。B、要求兩塊金屬板坯上下對齊，四周焊在一起，要求兩塊板間的腔體密封密封性能良好，焊接質量復合二級探傷要求；
C、焊接坡口焊縫坡口60°，坡口深30mm，焊前清理干凈坡口根部及坡口表面的氧化皮和切割渣；
D、焊接方式先用氬弧焊打底層，填充層及蓋面層采用CO2氣體保護焊；
E、氬弧焊
焊絲牌號HlCr25Nil3，焊絲直徑3. 2 4. Omm,焊接電流80 140A，電弧電壓22 24V，氣體流量8 10L/min，電源極性直流反接；
F、CO2氣體保護焊
焊絲牌號HlCr24Nil3，焊絲直徑1. 2 I. 6mm,焊接電流200 450A，電弧電壓23 43V，氣體流量15 25L/min ；
G、焊接順序寬度一長度
H、注意事項填滿坡口需焊接5 6層，每一個填充層中，焊縫的不同道之間，下一道焊縫要覆蓋上一道焊縫的1/3 1/2 ;焊完每一層焊縫，要清理干凈才能繼續進行一下層焊接；打底焊完一周后，在寬度一端焊第2、3兩層，然后在寬度的另一端焊第2、3、4三層；長度一端焊第2、3兩層，長度另一端焊2、3、4三層，最后按順序焊接完所有的焊縫。(6)抽真空及密封工序圖I、圖2所示，將兩塞棒4的前端分別塞入兩深孔2內，使深孔2處于密封狀態且通孔3處于開通狀態；在通孔3上焊接鋼管，鋼管連通真空泵，抽真空至絕對真空度達到2X 10_2Pa，真空泵繼續工作，用強力錘擊側端兩個塞棒4使之在平行前進的過程中堵住通孔3，從而使深孔2和通孔3均實現密封，最后停止抽真空。將通孔上焊接的鋼管去除，用密封棒7將通孔3上部密封，即可得到如圖2所示的本金屬復合坯料。得到的金屬復合坯料即可利用常規的加熱、軋制方法得到性能優良的金 屬復合材料。
權利要求
1.一種層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于，其步驟為(1)根據要求準備金屬板坯作為基材和覆材； (2)清理基材和覆材的待復合面，然后在基材和覆材的待復合面的四邊分別加工焊接坡口 ； (3)在基材或覆材的側面打兩個深孔，兩深孔均配置有可將其密封的塞棒；然后在打有深孔的基材或覆材上打上下貫通該基材或覆材的通孔；所述的通孔穿過兩深孔，且通孔的孔徑小于兩深孔的孔徑； (4)將基材和覆材的待復合面扣合疊放，然后沿焊接坡口對基材和覆材進行焊接； (5)將兩塞棒的前端分別塞入兩深孔內，使深孔處于密封狀態且通孔處于開通狀態；通過通孔抽真空，然后將兩塞棒完全塞入兩深孔，使深孔和通孔均實現密封，最后停止抽真空即可得到所述的金屬復合坯料。
2.根據權利要求I所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的兩個深孔均位于水平方向，且兩個深孔的中心線處于同一垂直面；所述的通孔位于垂直方向。
3.根據權利要求2所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的兩個深孔均為內部孔徑較小的階梯形；所述塞棒為與深孔過盈配合的階梯形。
4.根據權利要求I、2或3所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)之前還包括下述步驟 A、用銑床打磨基材和覆材的焊接坡口，再用磨床將基材和覆材的待復合面打磨； B、用銑床在基材的待復合面上銑出“米”字型溝槽； C、用丙酮溶液對基材和覆材的待復合面進行擦洗，以除去殘留的油類物質；再用稀鹽酸清洗基材和覆材的待復合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材和覆材的待復合面，涼風吹干。
5.根據權利要求4所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于所述步驟A中，經磨床打磨后的基材和覆材待復合面粗糙度要求為Ra < 12. 5 μ m ;所述步驟B中溝槽深度為2 3mm。
6.根據權利要求1、2或3所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于所述步驟(5)中，抽真空至絕對真空度達到2X10_2Pa。
7.根據權利要求I、2或3所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中待復合面的清理步驟為先用噴丸機打掉待復合面的氧化鐵皮，再用銑床將待復合面加工至表面光潔平整。
8.根據權利要求1、2或3所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中的坡口深30mm，角度為30°。
9.根據權利要求1、2或3所述的層壓金屬復合坯料的制備方法，其特征在于所述步驟(5 )中深孔和通孔均實現密封后，利用與通孔過盈配合的密封棒將通孔上部密封。
全文摘要
本發明公開了一種層壓金屬復合坯料的制備方法，其步驟為(1)根據要求準備金屬板坯作為基材和覆材；(2)清理基材和覆材的待復合面，然后在基材和覆材的待復合面的四邊分別加工焊接坡口；(3)在基材或覆材上打深孔和通孔，深孔配置有可將其密封的塞棒；(4)將基材和覆材的待復合面扣合疊放，然后沿焊接坡口對基材和覆材進行焊接；(5)通過通孔抽真空，然后將塞棒完全塞入深孔，使深孔和通孔均實現密封，最后停止抽真空即可得到所述的金屬復合坯料。本方法不用建造大型真空室及相關設備就能得到生產層壓金屬材料所需的復合坯料，具有投資成本少的特點。本發明工藝簡單，生產效率高，產品完全達到軋制復合板所需復合坯料的要求。
文檔編號B23K9/235GK102896404SQ201210368300
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者張曉力, 陳振業, 胡志剛, 劉宏強, 張雲飛, 李俊慧, 楊躍輝, 熊自柳 申請人:河北鋼鐵集團有限公司