一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构的制作方法

本技术涉及金属材料焊接，具体涉及一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构。

背景技术：

1、压力容器是化工行业重要的运输、存储设备，其内部介质常为强腐蚀性的气体或液体，外部常面临高温、高压、真空等恶劣环境。因此，化工行业对设备的耐蚀性和使用寿命的要求不断提升。钛复合板因其覆层采用耐腐蚀的钛板，基层采用高强度的钢板，既提升了设备的耐蚀性，又保留了钢材的结构强度优势，同时显著降低了全钛材设备的制造成本，得到了广泛应用。

2、然而，钛复合板的焊接性非常差，其核心难题在于：钛与钢是物理化学性能差异很大的异种材料，在熔焊过程中，钛、铁元素相互混合会生成tife、tife2等脆性金属间化合物。这些化合物集中在钛-钢熔合区，不仅影响焊缝外观，更会急剧降低焊接接头的结合强度和韧性，成为设备安全运行的潜在隐患。

3、为解决上述问题，现有技术通常采用如下方案：在焊接前，预先在基层钢板上加工坡口，并在覆层钛板上预留凹槽。然后采用多层多道电弧焊焊接基层钢板。待基层焊缝完成后，在预留的凹槽内装配一块钛盖板，最后焊接钛盖板与两侧的覆层钛板。该方案通过引入钛盖板，避免了覆层钛板与基层钢板的直接熔合，在一定程度上抑制了脆性化合物的生成。

4、然而，现有方案仍存在以下明显不足：

5、1、结合强度不足：钛盖板与下方已完成的基层钢板焊缝直接接触，在界面处依然无法完全避免钛、铁元素的相互扩散，仍然会生成脆性金属间化合物，导致钛盖板与基层之间的结合强度不高，成为结构的薄弱环节。

6、2、施焊步骤繁琐，焊缝数量多：该结构需要先焊基层，再装配钛盖板，最后焊接钛盖板与覆层，增加了装配和焊接工序。同时，钛盖板的引入额外增加了两条焊缝（钛盖板与两侧覆层钛板的焊缝），不仅增加了工作量，也引入了更多的潜在缺陷点。

7、因此，本实用新型设计了一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构来解决上述问题。

8、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构。

2、为达到以上目的及其他相关目的，本实用新型提供的技术方案是：一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，包括焊接基板，所述焊接基板包括左右对称设置的第一基层钢板和第二基层钢板，所述第一基层钢板和所述第二基层钢板通过焊接方式固定相连且两者之间形成第一焊缝；

3、所述焊接基板的上方中部设置有钛填板，所述钛填板的左右两侧分别通过焊接方式固定第一覆层钛板和第二覆层钛板，所述钛填板与所述第一覆层钛板、第二覆层钛板之间分别形成第二焊缝和第三焊缝；

4、所述焊接基板的上方开设有沟槽，所述沟槽位于所述第一焊缝的两侧。

5、本方案通过沟槽与增材制造的结合，从根本上改变了钛-钢结合界面的形态，利用机械咬合和优化的冶金结合大幅提升结合强度，同时简化了结构，减少了焊缝数量。

6、进一步的，所述第一基层钢板和所述第二基层钢板彼此相对的一侧均设有一下坡口，所述第一焊缝布满所述下坡口设置。本方案确保基层钢板焊接的熔深和连接强度，为整体结构提供稳固的基层支撑。

7、进一步的，所述钛填板的左右两侧均设有一上坡口，所述第二焊缝与所述第三焊缝分别布满对应的所述上坡口。本方案保证了钛填板与覆层钛板之间的焊接质量，实现覆层材料的可靠连接，确保耐腐蚀层的连续性。

8、进一步的，所述第一焊缝两侧的沟槽数量相等且均大于或等于三个，单侧的各个所述沟槽之间的间距相等。本方案通过多沟槽等间距设计，使结合界面应力分布更均匀，进一步优化和稳定钛填板与基板的结合强度。

9、进一步的，所述钛填板通过采用增材制造方式与所述焊接基板固定连接。本方案采用增材制造工艺，具体可以采用激光或电子束熔化成形的方式，非常适合钛合金的精密成形，能实现与钢基板的高质量结合。

10、进一步的，所述沟槽为u形沟槽或梯形沟槽。本方案提供的两种沟槽形状，均能有效增强机械咬合效应并利于增材制造过程的进行。

11、进一步的，所述u形沟槽的底部为大圆弧，侧壁带有5°到15°的斜度。斜度利于脱模和减少应力，圆弧过渡避免尖角应力集中，保证成形件质量和结合界面稳定性。

12、进一步的，所述梯形沟槽的底部为小平底加上大圆角，侧壁带有5°到15°的斜度。斜度利于脱模和减少应力，圆角过渡避免尖角应力集中，保证成形件质量和结合界面稳定性。

13、进一步的，所述第一覆层钛板的左侧端与所述焊接基板的左侧端上下齐平设置，所述第二覆层钛板的右侧端与所述焊接基板的右侧端上下齐平设置。本方案使整体结构边缘整齐，便于与其他部件的装配连接，外观规整。

14、进一步的，所述下坡口的高度为h1,所述焊接基板的高度为h2，所述h1、h2的关系满足条件：0.5*h2＜h1＜0.7*h2。本方案限定了下坡口的深度范围，确保在保证基板强度的前提下，有足够的熔敷金属量以实现牢固的基层焊接。

15、进一步的，所述上坡口的高度为h1,所述钛填板的高度为h2，所述h1、h2的关系满足条件：0.3*h2＜h1＜0.6*h2。本方案限定了上坡口的深度范围，以确保覆层焊缝既能充分熔透，又不会过度削弱钛填板的结构完整性。

16、进一步的，所述沟槽的深度为d，且d满足3mm≤d≤10mm。本方案限定了沟槽的合理深度范围，过浅则结合强度提升效果不明显，过深则可能影响基板强度并增加制造成本，本方案限定的范围能有效平衡结合强度与结构可靠性。

17、由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

18、1、本实用新型摒弃了传统的预制钛盖板，创新性地在基层钢板预设的沟槽表面，采用增材制造方式一体化成形钛填板。该工艺利用沟槽获得的“熔深加深效应”，使得在增材制造过程中，钛合金熔体能够深入沟槽内部并与基层钢板形成牢固的机械咬合和冶金结合。同时，这种结构改变了脆性金属间化合物的分布形态，使其不再连续聚集于平整界面，而是被分割、打散在沟槽内的复杂三维界面中，从而极大提升了钛填板与焊接基板之间的接头结合强度和韧性。

19、2、本实用新型减少了焊缝数量，简化工艺流程：由于钛填板通过增材制造直接与基板结合，省去了传统结构中钛盖板与基层之间的焊缝。整个结构仅包含第一焊缝（连接两基层钢板）、第二焊缝和第三焊缝（连接钛填板与两覆层钛板），焊缝数量减少，结构更加紧凑。相应的，装配和焊接工序得以简化，提高了生产效率，降低了制造成本和潜在缺陷率。

1.一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：包括焊接基板（1），所述焊接基板（1）包括左右对称设置的第一基层钢板（101）和第二基层钢板（102），所述第一基层钢板（101）和所述第二基层钢板（102）通过焊接方式固定相连且两者之间形成第一焊缝（5）；

2.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述第一基层钢板（101）和所述第二基层钢板（102）彼此相对的一侧均设有一下坡口（9），所述第一焊缝（5）布满所述下坡口（9）设置。

3.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述钛填板（2）的左右两侧均设有一上坡口（10），所述第二焊缝（6）与所述第三焊缝（7）分别布满对应的所述上坡口（10）。

4.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述第一焊缝（5）两侧的沟槽（8）数量相等且均大于或等于三个，单侧的各个所述沟槽（8）之间的间距相等。

5.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述钛填板（2）通过采用增材制造方式与所述焊接基板（1）固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述沟槽（8）为u形沟槽（8）或梯形沟槽（8）。

7.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述第一覆层钛板（3）的左侧端与所述焊接基板（1）的左侧端上下齐平设置，所述第二覆层钛板（4）的右侧端与所述焊接基板（1）的右侧端上下齐平设置。

8.根据权利要求2所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述下坡口（9）的高度为h1,所述焊接基板（1）的高度为h2，所述h1、h2的关系满足条件：0.5*h2＜h1＜0.7*h2。

9.根据权利要求3所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述上坡口（10）的高度为h1,所述钛填板（2）的高度为h2，所述h1、h2的关系满足条件：0.3*h2＜h1＜0.6*h2。

10.根据权利要求1所述的一种槽型增材钛填板的钛复合板焊接结构，其特征在于：所述沟槽（8）的深度为d，且d满足3mm≤d≤10mm。