復層強度對鈦鋼復合板焊接性能的影響

摘 要：鈦/鋼爆炸焊接時對鈦材有著極為嚴格的技術質量要求，對鈦材的要求為低強度、高塑性、高延伸率。通過對5/20×100×200板幅鈦鋼復合板進行試驗數據對比，發現鈦板σb值小于300MPa時，鈦鋼復合板結合性能較好。采用此類鈦板材能較好地實現爆炸焊接且復合板綜合性能優異。進而通過控制O元素和Fe元素的含量來調整鈦板材的強度，使鈦板強度滿足爆炸復合焊接要求。

關鍵詞：爆炸焊接；鈦鋼復合板；復層

鈦/鋼復合板作為最具代表性的層狀金屬復合材料，廣泛應用于能源、冶金、石化、環保、氯堿工業、航空航天、核工業等大型工程項目中，具有節約稀貴金屬資源、降低設備制造成本、滿足多種特殊應用功能等優點。由于鈦和鋼兩種金屬有著較差的相容性，通常采用爆炸焊接方法制備高結合強度的鈦鋼復合板。在合適的爆炸焊接工藝窗口范圍內，復層鈦板材性能對鈦鋼復合板的結合強度有較大影響。文章以TA2/Q235B復合板為研究對象，對比不同強度鈦板對鈦鋼復合板結合強度的影響規律，通過控制O元素和Fe元素的含量來調整鈦板材的合適強度，從而在原材料環節使鈦鋼復合板結合強度達到要求。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗所用鈦板為TA2，成分和性能如表1所示。復合板的基層為碳鋼板Q235B，成分滿足GB/T3274-2007 要求。

1.2 試驗工藝方法

（1）材質：TA1/Q235B

（2）規格（mm）：5/20×200×300，配對6組試板；

（3）工藝方案：邊部起爆；

（4）工藝參數：間隙h=8mm 質量比R=1.0

（5）取樣位置：起爆點外100mm處；

（6）試樣狀態：退火態

（7）熱處理工藝：電阻爐540±10℃，4小時，空冷。

2 實驗結果與討論

選用不同強度的鈦板材進行爆炸焊接后，對6組試樣取樣對比測試，結果如表2所示。

從表2中可以看出，當鈦板σb小于300Mpa時，加工出的復合板剪切強度、彎曲性能性能均滿足ASME898-2005標準。

相關資料表明，可以通過控制O元素和Fe元素的含量來調整鈦板材的強度。通過對不同O、Fe元素含量的鈦板的σb值進行了測試，結果如表3所示。

從以上兩表中的相關數據可以得出以下結論：

（1）鈦鋼復合板結合強度與鈦板強度成反向關系，鈦板需保持合適的強度、塑性方可滿足爆炸焊接要求，從而制備出性能達標的鈦/鋼復合板。

（2）滿足鈦鋼復合板爆炸焊接要求的鈦板，可以通過控制其化學成分中的強化元素O和Fe的成分含量（Wt%），滿足符合O%≤0.08 Fe%≤0.07的范圍。

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