材料硬度对于水下爆炸焊接界面的影响

利用水下爆炸焊接方法,分别对初始态和硬化态工具合金钢与铜箔进行焊接试验.目的一,验证水下爆炸焊接法对于高硬度、超薄等难焊材料的焊接优势.目的二,对比两组试验,在相同材料成分,相同焊接参数下,可以研究材料初始硬度对爆炸焊接结果的影响.微观组织显示界面为连续的波纹形态.初始态工具钢和铜箔都显示硬度在界面处稍有增加,唯独在淬火硬化态工具钢焊接后出现硬度明显下降.金相组织观察,初始态合金工具钢在碰撞点处的细晶强化和高密度位错导致硬度增加,而淬火硬化态合金钢在界面处奥氏体化相变是导致硬度降低的主要原因.     

不锈钢-铝复层材料界面断裂性能分析

采用四点弯曲的试验研究方法,对爆炸焊接不锈钢-铝复层材料界面断裂性能进行了研究,采用扫描电子显微镜对界面裂纹与断口形貌进行观察分析.研究结果表明采用爆炸焊接工艺可以达到不锈钢-铝复层板的良好结合,以界面能量释放率作为界面断裂韧性的评价指标,其平均值为1.725 Mpa·m.界面断口可以观察到清晰的爆炸焊接波纹痕迹,并且有微观裂纹的存在,界面断裂整体倾向于脆性断裂.     

碳钢爆炸焊界面形貌预测及影响因素分析

为完善爆炸焊波状界面形成机理和特性,并探究界面形貌的量化预测分析方法,文中以流体弹塑性模型为基础,结合多组钢/钢、钛/钢爆炸焊试验结果,定性地分析了基板材料强度与飞板冲击强度对爆炸焊界面形貌的影响,并定量推导了界面形貌的量化计算方法。结果表明,在相同的爆炸焊条件下,界面的波纹形貌受基板材料强度及飞板冲击强度的影响十分明显,且界面比波长随比强度的变化趋势存在明显的流动限拐点;拐点前比波长随比强度的增大而迅速上升,拐点后比波长受比强度的影响较小并随比强度的增大而逐渐平稳。以比强度为主要变量,结合流体弹塑性模型及可焊窗口理论构建的界面形貌预测计算公式在钢/钢、钛/钢材料的爆炸焊试验中均呈现了较好的定性分析效果;以比强度作为分析爆炸焊界面形貌主要特征变量之一的方法在性能与碳钢接近的金属中具有一定的参考价值。     

铝合金搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能

对8mm厚6082/5083铝合金进行了搅拌摩擦焊焊接,焊后通过金相分析、拉伸试验和断口形貌观察等方法研究了搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能.研究结果表明:在旋转速度800 r/min、焊接速度120 mm/min工艺条件下,接头表面成形良好,内部无明显缺陷.焊核区是由细小的等轴晶组织构成;前进边和回转边的界面形态差异较为明显,前进边的组织形貌呈花纹状,由两种铝合金组织交互融合而成,但回转边组织形貌则呈曲线状,明显将两种组织分开.断口形貌分析显示,接头断裂模式为脆性断裂.     

时效处理对T92摩擦焊焊接接头微观组织和力学性能的影响

对T92摩擦焊焊接接头在625℃进行不同时间的时效处理,研究了接头组织与性能。结果表明,随着时效处理时间的延长,焊合区、热影响区和母材区基体组织仍为板条马氏体组织,马氏体板条束和板条尺寸没有变化,析出相数量逐渐增多。Cr23C6碳化物的聚集和长大导致焊接接头的屈服强度和抗拉强度逐渐下降,拉伸试样的断裂模式为脆性解理,断口形貌为较平坦的解理面。焊接试样的冲击韧性也随之下降,冲击试样断裂模式逐渐由韧窝断裂向解理断裂转变,断口形貌为沿晶脆性解理。     

爆炸-轧制TA1/Q345R复合板的组织与性能

采用爆炸-轧制法制备了TA1/Q345R复合板,并通过拉剪试验对其结合性能进行了测试。借助光学显微镜观察了结合界面附近的显微组织,并利用扫描电镜(配X射线能谱仪)分析了拉剪试样钢侧的断口形貌。结果表明,与爆炸复合板相比,爆炸-轧制复合板的界面结合强度大幅降低,主要原因是结合界面形成了大量脆性中间相,为复合板的断裂失效提供了裂纹源。爆炸-轧制复合板结合界面为平直型界面,界面附近钢侧的微观组织特征有轻微的带状组织、铁素体粗晶区以及多种脆性中间相。剪切应力作用下,爆炸-轧制复合板主要沿轧制形成的原始表面分离,同时含有解理断裂和硬脆相破碎等特征。     

电磁焊接过程板件碰撞仿真分析

利用所设计板件焊接试验台对两1 mm厚一系铝板进行了电磁焊接试验,利用扫描电子显微镜（SEM）对样件波状焊接界面的微观形貌进行观察.为解释其形成原因,对电磁焊接过程中两被焊板件的撞击过程进行3D数值模拟,获得该过程中飞板所受垂向应力变化规律及撞击速度变化曲线,仿真结果与试验所观察现象相符.通过分析焊接接头界面和撞击点应力与撞击速度关系,表明撞击应力并非由撞击速度单独决定,还与撞击位置有关,撞击速度、撞击应力及材料的流动性共同导致了波状焊接界面的形成,对其进行合理控制是改善焊接效果的关键.     

钢中解理裂缝形成条件的研究

在本研究工作中运用断口形貌及断口纵截面金相的SEM分析技术,对钢中解理初裂缝的不同形态进行了观察。进而对造成最终断裂的裂缝——解理裂缝源的形成条件进行了研究,最后结合组织的特征揭示出低碳钢中解理断裂微观机制。     

手工自蔓延立焊Q235钢接头冲击韧性与断口微观形貌

以Q235钢为母材进行手工自蔓延立焊,对其接头的冲击韧性进行了测试,采用SEM观察分析了其断口形貌。结果表明,手工自蔓延立焊所得焊接接头冲击韧度约为11.29 J/cm2。断口分析发现解理台阶、小韧窝及撕裂岭存在,试样的断裂是解理断裂和准解理断裂等多种断裂方式共存的混合断裂方式。分析断口发现,焊缝中存在一定缺陷,并成为断裂的裂纹源,使得接头冲击韧性低。     

爆炸焊接Al-Fe啮合界面的微观结构和力学性能（英文）

为了提高Al-Fe爆炸焊接界面的力学性能,通过在基板上预制燕尾槽的方法获得啮合型结合界面,并系统研究啮合界面的微观结构和力学性能。微观结构观察表明,啮合界面实现了没有孔洞的冶金结合,结合方式为直接结合和熔化区结合。拉伸样品断面表明,在界面附近钢侧为解理断裂而铝侧为延性断裂。拉剪测试结果表明,相比于普通的铝钢爆炸焊接界面,0°和90°啮合界面的剪切强度分别提高11%和14%。随着离界面距离的增加,界面两侧金属显微硬度值逐渐下降。由于存在脆性Fe-Al化合物,在三点弯曲试验中界面出现裂缝。     

爆炸焊接过程中复板运动位移的数值模拟

采用非线性动力有限元法建立了复合板在爆炸焊接过程中的有限元计算模型,对复合板运动状态进行了模拟和分析.利用有限元软件的网格划分功能建立了5/41mill×3850min×6650mm钛/钢复合板模型,实现了对复板运动过程的三维有限元模拟.实验研究了不同间隙条件下复板运动过程的位移云图,并通过对实验结果进行比较与分析后,确定当间隙高度为8min时,爆炸焊接后复板上各点的最终位移都达到了8mm,复合板结合率为100%.该研究为大面积钛钢复合板的爆炸焊接工艺参数的制定提供了依据.     

基于自约束结构炸药的T2/Q345爆炸焊接及数值模拟

为提高炸药能量利用效率、降低能量耗散,利用自约束结构炸药进行爆炸焊接研究.以T2铜和Q345钢分别作为复层与基层,自约束结构炸药作为焊接炸药,借助ANSYS/AUTODYN软件模拟爆炸焊接过程,并进行T2/Q345爆炸焊接试验,对复合板试件进行拉剪性能检测和微观形貌观察分析其焊接质量.结果表明,T2/Q345爆炸焊接的碰撞速度距起爆端100 mm后均大于临界碰撞速度345 m/s,距起爆端150 mm处碰撞速度达到最大值567 m/s.T2/Q345复合板起爆端呈直线结合,并随着传爆距离增加变为波形结合.T2/Q345复合板远离起爆端的平均剪切强度为237.0 MPa,断裂位置位于铜一侧.试件被拉剪破坏后的铜层出现加工硬化现象,远离结合界面的显微硬度和塑性变形程度呈增强趋势.自约束结构炸药可降低自身爆炸产物飞散,使炸药能量更多地转化为复层动能,提高能量利用率.     

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。     

304不锈钢/Q235钢的多层爆炸焊接

为解决传统爆炸焊接中能量利用率和工作效率较低的问题,提出了一种多层爆炸焊接新方法.以五层爆炸焊接为例,304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多层爆炸焊接和传统单层爆炸焊接的对比试验,并对爆炸焊接窗口和复板碰撞速度进行了理论计算. 结果表明,与传统爆炸焊接技术相比,五层爆炸焊接中可节省炸药量63%,并且五层爆炸焊接技术通过一次爆炸作业可获得五块焊接板,有利于提高爆炸焊接作业的工作效率. 此外,得到了304不锈钢和Q235钢的爆炸焊接窗口并对结合质量进行了预测,试验和预测结果吻合良好.     

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.     

爆炸焊接304/Q245复合钢界面结构及剪切行为各向异性研究

以304不锈钢 /Q245普碳钢焊接界面为研究对象,本文系统地探讨了界面结构不均匀性及其对服役行为的影响。研究过程中首先观察横截面、纵剖面结构的不均匀性,并基于非平衡运动方程,解释界面结构产生不均匀性的机理。进一步,针对界面波的方向特性,测试其剪切行为随定位角变化特征。最后利用SEM观察剪切断口形貌,认识界面结构对其断裂模式影响。研究表明,爆炸焊接装药爆轰压力脉动是导致界面结构不均匀性的根本原因,而界面波延展方向决定了断裂失效模式和损伤裂纹扩展行为;此外,本文获得了界面最优剪切强度承载方向,可指导爆炸复合材料应用于工程实践。     

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。     

线状爆炸焊焊接结合界面的显微分析

采用线爆法将铝板焊接到带有沟槽的基板上,通过金相显微镜和扫描电镜对焊接界面进行了微观分析,发现沟槽及其周围区域结合情况良好,在沟槽的结合区域内有明显的过渡层和熔化块出现,过渡层中存在金属原子的扩散现象。结合区中的熔化块是由爆炸焊接时塑性变形热形成的,过渡层实际上就是两金属间的塑性变形层,而塑性变形、高温熔化和扩散现象是实现爆炸焊接的基础和必要条件。结果表明,线爆法结合沟槽工艺可作为爆炸焊接维修方法中的重要补充,具有一定的应用前景。     

爆炸焊接最小作用量原理分析

最小作用量原理是自然界的一条基本法则,也是物理学的最后规律.通过爆炸焊接的理论分析、界面测试和生产实践发现,爆炸焊接过程也遵循物理学"最小作用量原理",即以最小的装药量获得最佳的焊接界面.在复板和基板发生非弹性碰撞直至结合这一力学过程中,其"作用量"可认为是"复板和基板的结合能量".为了使界面结合能量为最小,在选取爆炸焊接工艺参数时,需遵循"装药厚度下限法则"和"基复板间隙上限法则"等原则,并优选"最低临界爆炸速度炸药",即可实现爆炸焊接过程"最小作用量原理",从而使爆炸焊接界面状态达到最佳.