321/Qd370qD爆炸焊接界面附近非晶相

利用透射电子显微镜研究了321/Qd370qD爆炸焊接界面附近基板内的组织。结果表明,基板珠光体内部存在大量的弥散分布的非晶相。探讨了非晶相的形成原因,认为非晶相可能是由爆炸产生的高压应力形成的。     

爆炸焊接的桥梁钢-奥氏体钢界面的组织特征

将5 mm厚的321奥氏体不锈钢板与23 mm厚的Qd370q D桥梁钢板进行了爆炸焊接。采用透射电镜研究了焊接界面的显微组织。结果表明,爆炸焊接的321钢板-Qd370q D钢板界面存在大量的非晶相和纳米晶,纳米晶具有液态调幅分解的特征。此外,界面附近有较多的M23C6和渗碳体。探讨了纳米晶及渗碳体的形成机制。     

渗铝稀土钢扩散层的非晶态相及其形成机理

通过SEM、TEM、EDS研究了扩散型热浸镀铝钢扩散层的微观结构和成分。结果发现，在距扩散层表面30肿内存在大量Fe-Al合金非晶相和纳米晶粒。表面非晶含量很高，往基体方向，非晶逐渐减少。通过对热浸镀铝后表面层组织的微观分析表明，扩散层的Fe-Al合金非晶相是在热浸镀铝后的冷却过程中形成的，非晶相的形成是共晶反应和界面扩散导致的。     

321/Qd370qD爆炸焊接复合板焊缝界面TEM特征

利用透射电子显微镜研究了爆炸焊接的321/Qd370qD复合钢板焊缝界面附近321板的组织及其形成机制。结果表明,从界面向基体方向依次出现非晶、纳米晶、M23C6相、渗碳体、孪晶及层错,在部分区域奥氏体内存在非常细小的颗粒。     

非晶涂层薄带爆炸焊接上限分析

将薄带爆炸焊接温度场简化为一维物体非稳态热传导情形,给出温度随时间变化的分布解,并引入温升热软化模型,根据拉伸波到达界面时的温度值确定焊接界面上的结合强度,再综合考虑非晶材料的晶化限及涂层与基体界面的结合强度,给出控制非晶薄带涂层爆炸焊接上限的三个重要因素.最后分析了铁基非晶涂铜薄带的爆炸焊接上限.将损伤力学的理念引入试验装置的设计中,通过LS-DYNA模拟得到拉伸波强度与层间碰撞速度的关系,再由以上三个因素分别计算得到焊接上限,并取最小值以确保共同满足.     

一种Zr基非晶合金/纯铜焊接组织研究

以玻璃形成能力较强的Zr基非晶合金作为研究对象,对Zr_(41.2)Ti_(13.8)Ni_(12.5)Cu_(10)Be_(22.5)非晶合金初始显微结构进行分析,采用热压法对Zr基非晶合金/纯铜的进行了焊接。研究结果表明:通过氩气保护热压法可成功实现Zr基非晶合金/纯铜的焊接,并达到原子级别的冶金结合。当扩散温度为653 K时,在界面附近非晶基体处基本保持非晶态,但是当温度为663 K时,在靠近非晶侧有大量纳米晶形成。因此,扩散温度是影响Zr基非晶合金/纯铜界面微结构的关键因素。     

TiZrNiCuBe块体非晶合金激光焊接行为及温度场数值模拟研究

采用数值模拟研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20块体非晶合金激光焊接过程中的温度场变化和冷却速度变化规律,分析了Ti基非晶合金在激光焊接过程中保持非晶态结构的机理。以高斯表面热源和圆柱体热源相结合的复合热源模型作为焊接热源,考察了不同焊接参数下Ti Zr Ni Cu Be非晶合金在激光焊接过程中的热历史,结合实验结果分别对接头焊缝区和热影响区显微组织变化进行了分析,分别从加热和冷却两阶段给出非晶合金激光焊接接头非晶相得以保持的理论解释。完全非晶态接头的显微硬度测试表明:热影响区体现出较母材以及焊缝区更高的显微硬度,从玻璃转变温度、冷却速度以及屈服强度三者之间关系的角度对该现象进行理论分析,并通过实验验证分析的准确性。     

铜基体超音速火焰喷涂碳化物涂层界面研究

使用扫描电子显微镜及透射电子显微镜，对铜基体超音速火焰喷涂（HVOF）碳化物涂层的形成过程，组织结构和界面形态进行了研究。结果表明，HVOF涂层界面显微组织非常复杂，存在纳米晶，非晶和大量位错孢，非晶是粘结相在喷涂中受热，骤冷形成的，而涂层中的纳米晶来自半熔碳化物的破碎。     

基于δ函数的爆炸焊接界面应力场数值分析

以紫铜-低碳钢爆炸焊接复合板材为研究对象，采用等截面均匀梁模型，建立狄拉克δ函数的自由振型数学方程。模拟计算复合材料界面的应力场分布情况，得到了不同爆炸焊接参数下的界面应力场的数值大小及分布形式，发现了碰撞点应力场分布规律。结果表明：爆炸焊接在碰撞点处形成较为强大的冲击压力，相应地在碰撞点两侧出现了负压，为复板材料侵入基板提供了有利条件，该计算模型可以很好地解释波状界面的成形机理。同时实验结果与采用所建立数值模型的计算结果十分吻合，焊接试件界面波纹的质量受碰撞角β和炸药爆速υd的影响较大。通过选择合理的爆炸焊接参数，以适当的数值计算方法作为指导，就可以获得良好的爆炸焊接试件。     

扩散焊连接Zr-Ti-Ni-Cu-Be块体非晶合金

采用超塑性扩散焊方法,对2 mm厚的锆基大块非晶合金Zr44Ti11Ni10Cu10Be25（vit1b）进行了焊接试验,获得了无界面缺陷的焊接接头,并且试样没有晶化。研究了非晶合金的扩散焊接工艺,根据试验结果提出了该合金优化的焊接工艺参数,探讨了非晶合金的扩散连接机理。研究发现,连接过程中,非晶合金发生了结构驰豫;接头质量与试样变形率的关系较为密切,只有当变形率达到一定值时才可以形成焊接接头。     

爆炸焊接两板间距上限法则分析与试验

为了研究两板间距参数与装药厚度之间的关系及其对爆炸焊接界面质量的影响规律,通过分析复板在基复板间距内运动规律,建立与间距相关的复板运动模型,进而确立了复板运动速度与间距之间的变化规律,提出爆炸焊接两板间距参数应遵循上限法则. 根据该间距上限法则,对304/Q235B进行了四组爆炸焊接间距试验以及相应的微观界面测试. 结果表明,上限间距参数不仅能获得良好的焊接界面,而且由于能充分利用炸药的能量而使得所用的装药厚度降到最低.     

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。     

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.     

Study on weldability window and interface morphology of steel tube and tungsten alloy rod welded by explosive welding

The explosive welding of the axisymmetric 30CrMnSi tube and tungsten alloy rod was studied. Through theoretical analysis, the weldability window of these two metals was obtained, which could enable the prediction of the welding interface morphology under different explosive conditions. The explosive welding tests under different explosive loading conditions were carried out and 30CrMnSi/tungsten alloy composite rods were obtained. Analytical investigations of the microstructure, hardness, and composition of the samples were performed. The results showed that 30CrMnSi steel tubes and tungsten alloy rods could be successfully welded together. The welding interfaces of composite rods obtained under different explosive loads had different morphological characteristics. With the increase in the explosive load, the welding interface transforms from a straight interface to a corrugated one and even forms a melting transition zone at the interface. The chemical compositions of the transition zone showed that the region consists of two kinds of welded materials. It indicated that the temperature at the interface during the welding process exceeded the melting temperature of the tungsten alloy, and both of the welded materials generated melting phenomena.     

爆炸焊接三维数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Dytran对爆炸焊接过程进行了三维数值模拟,获得了爆炸焊接过程中速度及界面压力的分布及其大小,并与经验公式的理论计算结果进行了比较.结果表明,爆炸焊接数值模拟的结果与理论计算值基本相符,所建数值模型准确,Dytran可较好的模拟爆炸焊接过程,计算爆炸焊接过程中的压力及速度变化分布,但不能对爆炸焊接过程中的射流及波形特征进行模拟.通过三维数值模拟可方便地了解爆炸焊接过程,对爆炸焊接工艺参数的选择提供参考.     

爆炸焊接界面的结合机理

爆炸焊接界面虽然同时具有熔化、扩散和压力焊的特征 ,但熔化所产生的缝隙和”空洞物”大大削弱了界面的结合强度 ,在爆炸焊接过程中 ,要尽量消除熔化的影响 ,因此本文否定了爆炸焊接传统的熔焊机理 ;而扩散焊是压力焊的一种形式 ,同时扩散也只是界面由于高压产生结合的结果 ,而不是界面结合的原因 ,所以也不宜用扩散焊接解释爆炸焊接界面的成因。试验和理论研究表明 ,爆炸焊接是一种特殊的压力焊。为了获得没有熔化的微小波状的良好界面 ,爆炸焊接装药参数应取焊接窗口的下限。     

Al-Al 爆炸焊接界面边侧与中心区域差异定量评价

由于边侧稀疏波的作用,爆炸焊接界面边界与中心区域形貌结构存在差异。然而学术上对焊接界面形貌差异分析仍处于定性水平,尚未建立定量分析方法。据此,本文尝试对爆炸焊接界面形貌差异开展定量化评价。研究过程中首先建立冲击波作用下金属复板弹粘塑性模型以分析波状界面的形成,并开展2024Al对称爆炸焊接；随后运用三维超景深显微镜获得界面形貌图像,结合冲量理论,定义中心区域与边侧区域分界线；最后基于分形理论计算图像轮廓分维与多重分维谱。由分维与多重分形谱数据可定量表征界面的起伏程度与表面最大、最小概率分布,从而实现焊接界面形貌差异定量描述。     

双立爆炸焊接及防护装置数值模拟和试验

通过设计一种防护结构,建立了双立爆炸焊接以及防护装置三维数值模型.模拟了双立爆炸法两对复合板的焊接和运动过程以及与防护装置的碰撞过程,获得了爆炸焊接复合板压力场、速度场的分布.所建立的爆炸焊接三维数值模型可计算复板运动最大速度与碰撞点的压力,为防护装置的设计优化提供理论基础和依据.采用此防护装置及双立爆炸方法,装药量仅为现行平行爆炸焊接方法的1/3,而且焊后复合板不会产生明显变形,易于后续加工.     

异种金属爆炸焊接窗口分析与应用

爆炸焊接窗口是获得良好结合质量的重要方法，计算的理论模型和参数选择对结果至关重要. 从爆炸焊接参数出发，通过分析爆炸焊接窗口边界公式的发展历程、理论假设和参数选择，总结得到方便使用的窗口计算公式. 将其应用到钛/铝焊接中，分析了钛与不同牌号铝合金的焊接方式，预测了不同装药比时焊接界面的质量. 结果表明，随着铝合金硬度的升高，可焊窗口逐渐减小. 当焊接参数位于窗口中部时，界面成小波状，结合质量好；焊接参数接近窗口上限时，界面成大波状，存在大量微观缺陷.焊接窗口是重要的研究手段，能够较好的指导生产实践.     

NEW ACHIEVEMENTS ON THE THEORY AND TECHNOLOGY OF EXPLOSIVE WELDING

There are four new achievements of this work on the theory and technology of explosive welding.(1) It has been found and defined three kinds of bonding interfaces: big wavy, small wavy and micro wavy, and the micro wavy interface is the best. In a cladding plate, it is for the first time to find that the form of interface presents regular distribution.(2) Although the interface has the features of melt, diffusion and pressure welding in the mean time, the seam and "hole" brought by the melt weaken the bonding strength of interface greatly, and the effect of melt on interface must be eliminated in explosive welding, so explosive welding is not a melt weld. The diffusion welding is a kind of form of pressure welding, and the diffusion is not the reason of the bonding of interface but the result of interface high pressure. So the diffusion welding cannot also explain the bonding mechanism of it. The experiment and theory make clear that explosive welding is a special pressure one.(3) To get good interface