一种轧制层状金属复合板坯料的制备方法与流程

本发明涉及一种轧制层状金属复合板坯料的低成本、高效率制备方法，属于金属复合板坯料制备方法技术领域。

背景技术：

金属层状复合材料是由两层或者两层以上不同性质的金属复合而成。通过对层板材质和厚度的合理选择以及适当的加工工艺，可以获得满足不同需求的金属层状复合材料。金属层状复合材料有节约贵金属、生产成本低、综合性能优良等特点，在航空航天、石油化工、冶金、汽车、造船、电力、医药卫生、环境保护、核能以及家用电器等领域具有广泛的应用前景。

目前国内外主要采用爆炸法生产层状金属复合板（金属复合材料），并且技术已经相当成熟，但是爆炸法存在着以下不可避免的缺点：爆炸大多在野外露天进行, 机械化程度低、劳动条件差, 并受气候限制, 爆炸时产生的噪音和振动对周围环境也有影响；爆炸面积不能过大，且不能连续生产，因此产量很小、生产率比较低。

轧制法也是目前工业上应用的层状金属复合板生产工艺之一，日本JFE公司开发了一种真空室内完成复合制坯然后在轧钢生产线上进行轧制的金属复合板生产工艺并且被国内外多家企业采用，其工艺过程为：坯料表面处理→坯料的电子束焊接（大型真空室内）→加热→轧制→热处理。但是这种方法必须在真空室内进行，存在设备投资大、生产效率低的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种轧制层状金属复合板坯料的制备方法，这种方法可以为轧制层状金属复合板提供坯料，不需要建设大型的真空施工场所，具有成本低、效率高的优点。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种轧制层状金属复合板坯料的制备方法，它采取以下步骤进行：

（1）根据要求准备金属板坯作为基材和覆材；

（2）清理基材和覆材的待复合面，然后在基材和覆材待复合面的四边分别加工焊接坡口；

（3）在基材上靠近一端的位置打1～2个不贯通的圆孔，圆孔口位于基材的待复合面表面；

（4）往基材上的圆孔中加入真空处理剂；

（5）将基材和覆材的待复合面对齐扣合叠放，在坯料钻孔的一端两个角垫上两块1～3mm厚的与基材同材质的垫片，然后沿焊接坡口对基材和覆材进行焊接。

上述轧制层状金属复合板坯料的制备方法，所述步骤（1）中所选取的基材和覆材的长度和宽度相匹配。

上述轧制层状金属复合板坯料的制备方法，所述步骤（2）中采用铣床对待复合面进行加工，要求表面平整，焊接坡口深30mm，角度为30°。

上述轧制层状金属复合板坯料的制备方法，所述步骤（3）中的不贯通圆孔位于基材待复合面离坡口边缘30mm处，孔径5～20mm,孔深10～30m,圆孔在坯料宽度方向均匀布置。

上述轧制层状金属复合板坯料的制备方法，所述步骤（4）中的真空处理剂由下述质量分数的成分组成：铝粉60%～80%，镁粉40～20%，粒度均为80～200目，根据坯料的大小，真空处理剂的加入量为20～100克。

上述轧制层状金属复合板坯料的制备方法，所述基材和覆材的待复合面对齐扣合叠放前还要进行坯料精加工，包括用磨床将基材和覆材的待复合面打磨到一定的粗糙度，经磨床打磨后的基材和覆材待复合面粗糙度要求为Ra≤12.5μｍ，打磨后用丙酮溶液进行擦洗，以除去残留的油类物质，再用稀盐酸清洗基材和覆材的待复合面，以除去氧化物，最后用酒精清洗基材和覆材的待复合面，凉风吹干。

本发明的有益效果是：

本发明通过在基材板坯上打不贯穿圆孔，在孔内存放还原性真空处理剂的方法，使得焊接后的坯料在进加热炉后，预先放置在圆形孔内的真空处理剂与复合腔内空气的主要成分（O₂和N₂,占空气体积的99%以上）在高温下发生反应:4Al+3O₂=2Al₂O₃（高温），2Mg+O₂=2MgO（高温），3Mg+N₂=Mg₃N₂(高温)，反应产物为固体颗粒，且Al、Mg与O₂优先于Fe与O₂的反应。其结果是：复合腔体达到近真空状态，钢板待复合面不被氧化，保证了后期轧制过程中待复面间实现完全冶金结合且没有氧化物夹杂，确保得到性能优良的金属复合板。

本发明是轧制层状金属复合板坯料制备方法的创新，大大优于现有的爆炸法和真空焊接方法，不用建造大型真空室及相关设备，不用对复合板坯料的复合腔抽真空，就能保证生产的轧制层状金属复合板坯料满足后续轧制工序要求，生产出合格的层状金属复合板。本发明工艺简单、成本低廉、生产效率高，具有显著的经济效益，极具在行业内推广使用的价值。

附图说明

图1是本发明焊接完成后的复合坯示意图；

图2是本发明基材的示意图；

图3是图2的B-B剖视图。

图中标记如下：基材1、覆材2、坡口3、圆孔4、垫片5、焊缝6、真空处理剂7。

具体实施方式

本发明的轧制层状金属复合板坯料的制备方法采用以下工艺步骤：

（1）基材1和覆材2的准备工序：根据成品金属复合板的要求准备同种或异种金属板坯作为基材1和覆材2，两块板坯厚度根据成品厚度计算而得，两块板坯的长度和宽度基本一致。

（2）基材和覆材的加工工序：使用铣床对金属板坯待复合面的表面进行加工，具体加工深度以表面光洁平整为准，一般约为2～5 mm；在基材1和覆材2的待复合面的四边分别采用坡口机加工出深30mm、成30°角的坡口3。

（3）基材的打孔工序：基材待复合面加工好坡口3后，在离待复合面坡口3边缘30mm处，打1～2个直径10～30mm的圆孔4,各孔在坯料宽度方向均匀布置。

（4）坯料精加工及加真空处理剂工序： 用磨床对基材1和覆材2的待复合面进行打磨，控制表面粗糙度Ra≤12.5μｍ；然后用丙酮溶液对基材1和覆材2的待复合面进行擦洗，以除去残留的油类物质；再用稀盐酸清洗基材1和覆材2的待复合面，以除去氧化物；最后用酒精清洗基材1和覆材2的待复合面，凉风风干；往圆孔4中加入20-100克真空处理剂7，真空处理剂7的成分组成为（wt%）：铝粉60%～80%，镁粉40～20%，粒度均为80～200目。

（5）复合坯料焊接工序：将基材1和覆材2的待复合面对齐扣合叠放，在坯料坯料钻孔的一端两个角垫上两块1～3mm厚的与基材同材质的垫片5，然后沿焊接坡口3对基材1和覆材2的四周进行多层多道焊接，根据基材1和覆材2的材质选择不同的焊接工艺，焊接质量要求符合二级探伤要求。

下面以304不锈钢和Q460C合金钢为例来说明焊接工艺：

（1） 选用330×1800×5000 mm 的Q460C合金钢和30×1800×5000 mm 的304不锈钢，304不锈钢和Q460C合金钢均经上述工序处理。

（2）两块金属板坯上下对齐，四周焊在一起，要求两块板间的腔体密封密封性能良好，焊接质量复合二级探伤要求。

（3）焊缝坡口为60°，坡口深30mm,焊前清理干净坡口根部及坡口表面的氧化皮和切割渣。

（4）焊接先用氩弧焊打底层，再采用CO₂气体保护焊填充层及盖面层；

氩弧焊：焊丝牌号：H1Cr25Ni13，焊丝直径：3.2～4.0mm，焊接电流：80～140A，电弧电压：22～24V，气体流量：8～10L/min，电源极性：直流反接；

CO₂气体保护焊：焊丝牌号：H1Cr24Ni13，焊丝直径：1.2～1.6mm，焊接电流：200～450A，电弧电压：23～43V，气体流量：15～25L/min；

焊接顺序：宽度－长度

注意事项：填满坡口需焊接5～6层，每一个填充层中，焊缝的不同道之间，下一道焊缝要覆盖上一道焊缝的1/3～1/2；焊完每一层焊缝，要清理干净才能继续进行一下层焊接；打底焊完一周后，在宽度一端焊第2、3两层，然后在宽度的另一端焊第2、3、4三层；长度一端焊第2、3两层，长度另一端焊2、3、4三层，最后按顺序焊接完所有的焊缝。