一種軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法與流程

本發明涉及一種軋制層狀金屬復合板坯料的低成本、高效率制備方法，屬于金屬復合板坯料制備方法技術領域。

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。通過對層板材質和厚度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層狀金屬復合板（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。

軋制法也是目前工業上應用的層狀金屬復合板生產工藝之一，日本JFE公司開發了一種真空室內完成復合制坯然后在軋鋼生產線上進行軋制的金屬復合板生產工藝并且被國內外多家企業采用，其工藝過程為：坯料表面處理→坯料的電子束焊接（大型真空室內）→加熱→軋制→熱處理。但是這種方法必須在真空室內進行，存在設備投資大、生產效率低的缺點。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，這種方法可以為軋制層狀金屬復合板提供坯料，不需要建設大型的真空施工場所，具有成本低、效率高的優點。

解決上述技術問題的技術方案是：

一種軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，它采取以下步驟進行：

（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，然后在基材和覆材待復合面的四邊分別加工焊接坡口；

（3）在基材上靠近一端的位置打1～2個不貫通的圓孔，圓孔口位于基材的待復合面表面；

（4）往基材上的圓孔中加入真空處理劑；

（5）將基材和覆材的待復合面對齊扣合疊放，在坯料鉆孔的一端兩個角墊上兩塊1～3mm厚的與基材同材質的墊片，然后沿焊接坡口對基材和覆材進行焊接。

上述軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，所述步驟（1）中所選取的基材和覆材的長度和寬度相匹配。

上述軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，所述步驟（2）中采用銑床對待復合面進行加工，要求表面平整，焊接坡口深30mm，角度為30°。

上述軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，所述步驟（3）中的不貫通圓孔位于基材待復合面離坡口邊緣30mm處，孔徑5～20mm,孔深10～30m,圓孔在坯料寬度方向均勻布置。

上述軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，所述步驟（4）中的真空處理劑由下述質量分數的成分組成：鋁粉60%～80%，鎂粉40～20%，粒度均為80～200目，根據坯料的大小，真空處理劑的加入量為20～100克。

上述軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法，所述基材和覆材的待復合面對齊扣合疊放前還要進行坯料精加工，包括用磨床將基材和覆材的待復合面打磨到一定的粗糙度，經磨床打磨后的基材和覆材待復合面粗糙度要求為Ra≤12.5μｍ，打磨后用丙酮溶液進行擦洗，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。

本發明的有益效果是：

本發明通過在基材板坯上打不貫穿圓孔，在孔內存放還原性真空處理劑的方法，使得焊接后的坯料在進加熱爐后，預先放置在圓形孔內的真空處理劑與復合腔內空氣的主要成分（O₂和N₂,占空氣體積的99%以上）在高溫下發生反應:4Al+3O₂=2Al₂O₃（高溫），2Mg+O₂=2MgO（高溫），3Mg+N₂=Mg₃N₂(高溫)，反應產物為固體顆粒，且Al、Mg與O₂優先于Fe與O₂的反應。其結果是：復合腔體達到近真空狀態，鋼板待復合面不被氧化，保證了后期軋制過程中待復面間實現完全冶金結合且沒有氧化物夾雜，確保得到性能優良的金屬復合板。

本發明是軋制層狀金屬復合板坯料制備方法的創新，大大優于現有的爆炸法和真空焊接方法，不用建造大型真空室及相關設備，不用對復合板坯料的復合腔抽真空，就能保證生產的軋制層狀金屬復合板坯料滿足后續軋制工序要求，生產出合格的層狀金屬復合板。本發明工藝簡單、成本低廉、生產效率高，具有顯著的經濟效益，極具在行業內推廣使用的價值。

附圖說明

圖1是本發明焊接完成后的復合坯示意圖；

圖2是本發明基材的示意圖；

圖3是圖2的B-B剖視圖。

圖中標記如下：基材1、覆材2、坡口3、圓孔4、墊片5、焊縫6、真空處理劑7。

具體實施方式

本發明的軋制層狀金屬復合板坯料的制備方法采用以下工藝步驟：

（1）基材1和覆材2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1和覆材2，兩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：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2～5 mm；在基材1和覆材2的待復合面的四邊分別采用坡口機加工出深30mm、成30°角的坡口3。

（3）基材的打孔工序：基材待復合面加工好坡口3后，在離待復合面坡口3邊緣30mm處，打1～2個直徑10～30mm的圓孔4,各孔在坯料寬度方向均勻布置。

（4）坯料精加工及加真空處理劑工序： 用磨床對基材1和覆材2的待復合面進行打磨，控制表面粗糙度Ra≤12.5μｍ；然后用丙酮溶液對基材1和覆材2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1和覆材2的待復合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材1和覆材2的待復合面，涼風風干；往圓孔4中加入20-100克真空處理劑7，真空處理劑7的成分組成為（wt%）：鋁粉60%～80%，鎂粉40～20%，粒度均為80～200目。

（5）復合坯料焊接工序：將基材1和覆材2的待復合面對齊扣合疊放，在坯料坯料鉆孔的一端兩個角墊上兩塊1～3mm厚的與基材同材質的墊片5，然后沿焊接坡口3對基材1和覆材2的四周進行多層多道焊接，根據基材1和覆材2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。

下面以304不銹鋼和Q460C合金鋼為例來說明焊接工藝：

（1） 選用330×1800×5000 mm 的Q460C合金鋼和30×1800×5000 mm 的304不銹鋼，304不銹鋼和Q460C合金鋼均經上述工序處理。

（2）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。

（3）焊縫坡口為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。

（4）焊接先用氬弧焊打底層，再采用CO₂氣體保護焊填充層及蓋面層；

氬弧焊：焊絲牌號：H1Cr25Ni13，焊絲直徑：3.2～4.0mm，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；

CO₂氣體保護焊：焊絲牌號：H1Cr24Ni13，焊絲直徑：1.2～1.6mm，焊接電流：200～450A，電弧電壓：23～43V，氣體流量：15～25L/min；

焊接順序：寬度－長度

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。