采用自约束结构炸药的铜/钢爆炸焊接

为了提高爆炸能量的利用率,减少焊接药量,提出采用自约束结构炸药进行爆炸焊接。采用T2铜板和Q345钢板分别作为复板和基板,通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口。采用双层蜂窝结构炸药作为自约束结构焊接炸药,对T2铜与Q345钢的爆炸焊接进行了试验研究。通过力学性能测试和显微组织观察,研究了T2/Q345复合板的结合性能。结果表明：与爆速为2505和3512 m·s^-1的单层炸药相比,T2/Q345复合板爆炸焊接采用的双层蜂窝结构炸药量分别减少了54.4%和31.4%;随着传播距离的增加,复合板的结合界面由直线结合向波状结合转变。复合板的抗拉剪切强度为237.0 MPa,满足T2/Q345复合板的结合强度要求。爆炸产生的硬化发生在结合界面附近,采用双层蜂窝结构炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板具有良好的结合性能。     

热处理工艺对爆炸焊接TA1/Q345 R复合板 残余应力分布影响

为研究热处理工艺对爆炸焊接TA1/Q345R复合板残余应力的分布状态的影响,采用爆炸焊接的方法试验制备了钛复层为4 mm的TA1/Q345R复合板试板,并使用钻孔法测量了不同热处理温度试板(热处理制度为:分别随炉升温至480℃/540℃/620℃/700℃,保温2. 5 h,随炉冷却)复层残余应力的分布。试验表明:热处理后TA1/Q345R复合板钛复层残余应力由爆炸态的拉应力状态转变为压应力状态,随着热处理温度提高TA1/Q345R复合板钛复层内残余压应力增大,但是620℃以上热处理,复合板钛复层0～2 mm内残余应力向压应力转变继续增大趋势不明显。     

3 mm厚钛/钢复合板低爆速炸药稳定爆轰的研究

研究3 mm厚的钛/钢复合板在爆炸焊接工艺技术条件下,采用不同药量的低爆速炸药,通过从起爆端开始沿爆轰长度方向对结合界面进行波纹检测及氧化和熔化研究,研究低爆速炸药不同用药量时在钛/钢复合板的稳定爆轰长度,为长度≥4 m钛/钢复合板爆炸焊接工艺参数的制定建立基础.     

热处理工艺对爆炸焊接C276/Q345R金属复合板性能的影响

爆炸焊接C276/Q345R金属复合板兼具哈氏合金C276的高耐蚀性和碳钢Q345R的强度而被广泛应用于航空航天、核电工程和军事装备等重点工程领域。爆炸焊接后的C276/Q345R复合板热处理一直是行业研究热点。本文采用对比分析的方法,对爆炸复合后的C276/Q345R金属复合板进行了一系列热处理实验研究,分析了热处理工艺对复合板力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,采用1120 ℃、30 min水冷的热处理工艺,可以在保证复层具有优异耐蚀性的条件下界面显微硬度得到大幅改善,为后续的机加工艺创造有利条件,对实际生产具有指导作用。     

装药量对爆炸焊接T2/Q235复合板微观形貌和力学性能的影响

采用爆炸焊接工艺制备了T2/Q235复合板,通过粘结试验、弯曲试验以及硬度测试研究了不同装药量对复合板微观形貌以及力学性能的影响。试验表明,使用爆炸焊接工艺可以实现T2紫铜和Q235钢板良好的结合,结合面呈波浪状并有漩涡区。随着装药量的增加,波浪状的深度增加,波浪峰与峰之间的距离减小;复合板的剪切强度、粘接强度和T2铜侧的显微硬度增大。随着距结合面距离的增大,T2铜侧的显微硬度减小。     

双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口

针对双立式爆炸焊接新方法的爆轰驱动特点,通过研究双立式爆炸焊接条件下的焊接下限、焊接上限、临界起爆厚度、临界碰撞角和临界复板厚度等可焊性边界条件,构建了一种静态参数下的双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口;该窗口综合反映了爆炸焊接中的复板特性和炸药特性两大焊接参数,所建立的铜、不锈钢、铝合金等材料的双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口可直接运用于工程实践中;根据双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口设置的15 mm超低药量试验下的304L/Q235b复合板实现了高质量的微小波状结合,说明该窗口可以作为确定双立式爆炸焊接工艺参数的依据.     

基于SPH法的爆炸焊接边界效应二维数值模拟

为了揭示造成爆炸焊接边界效应的机理,文中借助LS-DYNA软件,采用无网格的SPH法分别对复板厚度为2 mm、基板厚度为16 mm的Q235/Q235、TA2/Q235、304不锈钢/Q235复合板进行爆炸焊接边界效应的二维数值模拟. 观察不同组模拟过程中的复板飞行姿态,复板撕裂均发生在与基板碰撞之前. 当基板保持一致,炸药分别为乳化炸药与膨化铵油混合炸药,复板为TA2时均比复板为Q235钢以及304不锈钢的撕裂尺寸更大;当基板、复板均为Q235钢,乳化炸药条件下比膨化铵油混合炸药条件下复板的撕裂尺寸更大. 结果表明,在复板、炸药变化的情况下,爆炸焊接的边界效应依旧存在,只是产生的边界效应的严重程度有所不同;复板极限抗拉强度越低或炸药爆轰速度越高,边界效应现象越严重.     

不锈钢/普碳钢双面爆炸复合的数值模拟

为了提高能量的利用率,使用双面爆炸焊接装置可以一次性得到两块复合板. 借助LS-DYNA软件与光滑粒子流体动力学,采用SPH-FEM耦合算法,选取厚度为3 mm的304不锈钢、16 mm的Q235钢和乳化炸药,对不锈钢/普碳钢的双面爆炸焊接试验做了三维数值模拟,计算并建立了爆炸焊接窗口. 对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析,并将模拟得到的结果与试验结果进行了比较. 模拟结果表明,7 mm药厚下复合质量较好,而10 mm药厚下可能会由于碰撞能量过大导致焊接失效,模拟与试验结果一致性较好. 引入了Gurney公式对试验结果进行预测,计算结果显示:Gurney公式的预测结果与试验结果吻合较好,表明了SPH-FEM耦合算法与Gurney公式用于不锈钢/普碳钢双面爆炸焊接的有效性.     

工具钢/Q235复合板爆炸焊接试验及性能研究

分析了工具钢／Q235碳钢复合板在爆炸焊接中易产生裂纹以及四个周边不焊接的原因。通过对复合板结合界面波大小及其抗剪强度分布规律的测试和研究,发现炸药爆速、界面波以及抗剪强度三者之间存在着一定关联,并指出近似于直接结合（也可称细波结合）的界面不仅结合强度满足要求,而且焊炸加载也较小,是最为理想的结合。在试验及分析的基础上对36块0．5－1．5m^2的T10／Q235成品复合板进行爆炸焊接,其焊合率大于98％且无裂纹,抗剪强度及抗弯曲性能均满足使用要求。     

炸药爆炸速度对铝/钛爆炸焊接复合管结合界面及性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例密度调节剂,配制了自然堆积状态下爆炸速度范围为1450~2550m/s的低爆炸速度炸药;采用该爆炸速度炸药进行了铝/钛复合管爆炸焊接试验,结合最小碰撞速度理论,对试验结果及其界面微观结构和结合强度测试进行了分析.结果表明,该复合管爆炸焊接的合适爆炸速度约为1950~2150m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;爆炸速度对复合管的界面结合波形影响很大,且复合管前端波幅较小,沿着爆轰传播方向逐渐增大,至末端时又变小,波形且呈现不太规则的扁平波状结合现象,分析认为主要是因为在复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件与复合板不同所致.     

钛箔/钢爆炸焊接的界面结合性能

为减小钛/钢爆炸焊接钛层的使用量,以低爆速乳化炸药作为焊接炸药,食盐作为传压层,成功实现厚度200 μm TA1钛箔与Q235钢的爆炸焊接.通过金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对界面微观形貌进行分析,利用万能试验机对复合板试件进行拉伸、弯曲试验检测其结合性能. 结果表明,钛箔/钢界面呈规则的波形,主要以熔化层结合,具有良好的结合质量.靠近界面金属产生强烈的塑性变形,钢侧晶粒呈流线状.波后的旋涡内包含熔化块,未观测到孔洞、裂隙等缺陷.根据Ti和Fe元素原子比例,熔化块成分主要为FeTi,Fe₂Ti等金属间化合物.三点弯曲和拉伸试件的界面均未出现分离,复合板材界面具有良好的塑性变形能力和结合性能.拉伸试件断口两侧的钛层与钢层存在大小不一的韧窝,主要呈塑性断裂.     

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。     

爆炸焊接研制核聚变用大厚度铜−不锈钢复合板

大厚度铜–不锈钢复合板是核聚变反应堆的重要部件,除了要满足复合率技术指标外,复合界面抗拉强度、抗剪强度和界面波形态也远远高于常规复合板材的要求,单纯依靠常规的技术工艺需要多次试验才能满足技术要求. 为了解决这个技术难题,基于爆炸焊接理论计算确定大厚度铜–不锈钢爆炸焊接窗口和合理的爆炸焊接工艺参数以确保复合板的质量. 结果表明,将理论分析、数值计算和爆炸焊接试验相结合可以作为爆炸复合材料的生产加工一种标准化的技术方法.     

AL - 6XN超级不锈钢与Q345R钢复合钢板工艺试验

采用爆炸焊接法对AL-6XN超级不锈钢与Q345R钢进行焊接,对复合钢板进行消除爆炸应力热处理。为保证焊接接头力学性能和耐蚀性能,复合钢板过渡层和覆层选用不同焊接材料和焊接方法进行试验,并对不同热处理温度下的复合钢板力学性能和耐蚀性能进行测试分析。结果表明,AL-6XN+Q345R复合钢板宜选择中温消除爆炸应力。复合钢板焊接工艺制定时,其过渡层和覆层应优先采用ERNi Cr Mo-3的氩弧焊工艺,以满足设备制造技术要求。     

爆炸焊接制备大厚度Cu-Fe-Cu复合板

铜-铁复合板既有良好的延展性、导电和导热性,又有铁的铁磁性和铜的抗磁性,因此可广泛应用于电力、电子等行业。但铜和铁较差的相容性又使得两种金属难以用常规方法进行焊接。本文采用爆炸焊接方法进行了大厚度Cu-Fe-Cu复合板的制备。首先,采用爆炸焊接理论获得了可焊性窗口,确定了炸药爆速、装药厚度和间隙高度;随后,在数值模拟中同时使用SPH、Lagrange和Euler方法完整模拟了整个爆炸焊接过程,获得了复板的碰撞速度、结合界面温度和压力,验证了理论设计参数的有效性;最后,开展了爆炸焊接试验,成功制备了大厚度Cu-Fe-Cu复合板,分析了结合界面近区的硬度分布和界面结合强度,借助于试验和数值模拟结果讨论了界面波的形成过程。结果表明：数值模拟和试验得到的Fe-Cu结合界面的波形参数基本一致;铁和铜在结合面附近的硬度较母材分别增加了约34.2%和49.8%;第一和第二结合界面的剪切强度分别为212.7 MPa和225.3 MPa。     

轧制工艺对工业化试制的真空组坯Q345R/304复合板组织性能的影响

山西太钢不锈钢股份有限公司利用真空组坯复合轧制（真空电子束焊接+轧制复合）技术工业化试制了Q345R/304复合板。本文研究了常规轧制和控轧控冷工艺下轧制复合板的界面结合率、常规力学性能、界面结合强度和界面附近的显微硬度和显微组织变化。结果表明：界面结合不良来自于复合界面处形成的硅铝氧化物和铬锰氧化物,这可能是由于组坯时真空度不足、加热过程中形成的氧化产物。两种工艺下界面附近显微组织差异明显,沿远离界面方向,常规轧制的Q345R钢板组织沿厚度方向为均匀的块状铁素体和珠光体组织,304钢板组织已完全再结晶;控轧控冷工艺轧制的Q345R钢板组织沿厚度方向由多边形铁素体和珠光体组织向针状铁素体和贝氏体组织过渡,304钢板组织仍有变形特征。力学性能检测表明：常规热轧复合板的屈服强度和抗拉强度比控轧控冷复合板分别低115、71 MPa,强度裕量较小;纵向冲击功不小于130 J,外弯、内弯、侧弯后无裂纹,复合板剪切强度在350 MPa以上,高于标准要求(不小于210 MPa),线扫描结果表明界面附近已存在由元素扩散形成的浓度梯度。     

不同夹层爆炸复合铝-不锈钢板的显微组织、强度和焊接窗口

以1100铝、纯铜和304不锈钢为夹层,用爆炸复合法制备5052铝-316不锈钢(Al 5052-SS 316)复合板。采用不同工艺参数,包括相隔距离、炸药质量比(炸药质量与飞片质量比)和倾斜角得到实验结果。夹层的使用使焊接窗口的下边界发生位移,焊接区域增大40%。在此基础上,设计考虑第三个操作参数影响的三轴焊接窗口。使用夹层后,传统Al 5052-SS 316炸药复合界面形成的连续熔融层转变为光滑的界面,其中没有或存在少量的金属间化合物。含夹层复合层的显微硬度、抗拉强度和剪切强度均高于传统爆炸复合层,且使用不锈钢夹层的Al5052-SS 316爆炸复合层具有最高的显微硬度、抗拉强度和剪切强度。     

铜/钢复合管爆炸焊接数值模拟及边界效应

以铜/钢复合管为研究对象,利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟,分析了焊接动态过程和边界效应问题,并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明,在爆轰波作用下,复管与基管发生倾斜碰撞,碰撞区域压力稳定在10⁷ kPa的数量级,在碰撞区附近出现1条塑性变形带,且复管和基管上的剪切应力相反,界面形态随着爆炸波的传播从直线变为波状,这与试验中获得的T2/316L双金属复合管的实际界面形态一致,说明有限元模型能够有效模拟双金属复合管爆炸焊接过程。数值模拟过程中边缘动态参数值均小于正常值,存在边界效应,增加复管和炸药的长度可以消除边界效应。