碳钢-不锈钢水下爆炸焊接的试验研究

为探究中间水层厚度及炸药厚度对Q235R碳钢-304不锈钢水下爆炸焊接质量的影响，设计了不同工艺条件下的水下爆炸焊接试验，测试了焊接过程中基复板的结合速度和结合压力，并对复合板结合界面波形和力学性能进行了检测。结果表明：水下爆炸焊接由于对基复板进行了抽真空处理可以采用高爆速炸药；当中间水层厚度一定时，增加炸药厚度反而导致复合板力学性能下降；当炸药厚度一定时，随着中间水层厚度增大，结合压力减小，导致结合界面波形的波长和振幅均增大，复合板力学性能下降。     

复合管爆炸焊接间隙取值数值模拟及其试验研究

基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用有限元方法对复合管爆炸焊接的动态过程进行数值模拟,研究不同间隙下复管的飞行速度及其与复合管爆炸焊接质量的关系;根据模拟结果得到的合理间隙范围进行复合管的实际爆炸焊接试验,并依据复合管结合界面的力学性能测试结果及结合形貌的分析,得出数值模拟能较准确的描述复合管爆炸焊接的动态过程,据此给出了复合管爆炸焊接间隙的合理取值范围。     

304不锈钢/Q235钢的多面约束装药爆炸焊接

为了提高爆炸焊接中炸药的能量利用率,使用了蜂窝铝结构乳化炸药和在蜂窝铝结构乳化炸药上端布置覆盖板的多面约束装药方式。蜂窝结构及覆盖板的多面约束减弱了空气中稀疏波对炸药爆轰的影响,降低了炸药爆轰的临界直径,提高了炸药对复板的做功能力。以304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多面约束装药和普通乳化炸药裸露装药的对比爆炸焊接试验,并采用格尼模型对爆炸焊接窗口和覆盖板对复板碰撞速度的影响进行了理论分析。结果表明,与传统爆炸复合技术相比,结合质量明显提高,并且炸药使用量减小了50%,炸药能量利用率显著提高。而复板碰撞速度随着覆盖板质量的增加而增加,但增加率降低。此外,得到了爆炸焊接窗口并对焊接质量进行了预测,实验和预测结果吻合良好。     

钛/钢复合板爆炸焊接装药厚度下限研究

分析以往钛/钢复合板爆炸焊接装药量计算过程中存在的问题,结合可焊性窗口下限理论及爆速试验结果,提出钛/钢复合板爆炸焊接装药厚度下限的计算方法,从数值上阐明装药厚度下限值与复板厚度、复板密度、炸药参数、基复板最小碰撞速度之间的函数关系。参照此装药厚度下限值进行钛/钢复合板爆炸焊接验证试验,结果表明,钛金属复板的延展变形得到很好的控制,结合界面没有产生Ti-Fe脆性金属间化合物,结合界面抗剪切强度达到380MPa。     

蜂窝结构炸药及其应用

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸能量利用率极低的问题,使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药,并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合两块复合板的双面爆炸复合技术,由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束,使炸药的临界厚度显著降低,乳化炸药在5 mm厚时,仍可以稳定爆轰。成功地进行了以5 mm厚的蜂窝结构炸药用于2 mm厚的45#钢板和16 mm厚的Q235钢板双面爆炸复合可行性试验。结果表明,与现行的单面爆炸复合相比,在复合相同数量复合板的情况下,炸药的使用量节省了83%,炸药的能量利用率显著提高。试验前,对爆炸复合窗口及复板的碰撞速度进行了计算,得到了复板碰撞速度的上下限(192 m·s-1vp983 m·s-1)及两组实验中复板的碰撞速度1089,863 m·s-1,计算与试验结果一致性较好。     

1060-T2-Q235爆炸焊接试验及数值模拟

为改善铝-钢爆炸焊接复合板的结合质量,以T2纯铜作为中间层、Q235钢作为基板、1060铝作为复板进行了爆炸焊接试验,通过金相显微镜观察复合板界面形貌并通过拉伸试验测试其力学性能;采用ANSYS/AUTODYN软件对爆炸焊接过程进行数值模拟。试验结果表明：1060-T2与T2-Q235界面均呈波状结合;T2铜中间层的引入减少了复合板结合界面的孔洞、裂纹等微观缺陷;1060-T2-Q235爆炸焊接系统的复板动能利用率较1060-Q235系统提高了3.01%;1060-T2-Q235复合板抗拉强度为319.2MPa,满足抗拉强度要求。数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性。     

基复板间隙对钛-钢薄板爆炸焊接质量影响

为研究爆炸焊接过程中基板与复板间隙对焊接质量的影响,选取TA2为复板、Q304为基板进行薄板爆炸焊接试验。在充分考虑炸药边界效应的前提下,创造性的在一次爆炸试验中对不等基复板间距进行焊接,通过对样品的切割打磨,运用仪器观测结合区界面波纹变化情况,发现基板与复板间距由小逐渐增大,结合界面爆炸焊接质量呈现出由弱到强、由强到弱的变化过程。     

爆炸参数对钛/钢复合板爆炸焊接质量影响的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件对TA1/Q345复合板爆炸焊接过程进行数值模拟,研究炸药的不同起爆方式和爆炸工艺参数(炸药厚度、间距)对爆炸焊接质量的影响。结果表明:炸药在中心引爆方式下比边界引爆方式下能量利用率高,实际生产中采用中心起爆较为合理;在复板和炸药厚度一定的条件下,复板和基板间距≤1.1 cm时复合板的结合良好;在复板与基板间距和复板厚度一定的条件下,炸药厚度≥3.5 cm时复合板的结合良好;参数优化与调整后当复板厚度为0.55 cm、炸药厚度为3.5 cm、基复板间距为1.1 cm时的爆炸复合质量较好。     

铝/燕尾槽钢爆炸焊接的研究

为研究熔点、强度等性能相差较大金属板的爆炸焊接,实验采用尺寸为5 mm×300 mm×300 mm的1060铝板与28 mm×300 mm×300 mm Q345燕尾槽钢板分别作为爆炸焊接的覆板和基板。爆炸焊接炸药采用铝蜂窝乳化炸药,然后通过爆炸焊接公式得到焊接参数,使铝与燕尾槽钢爆炸焊接时铝板内表面产生金属射流,而钢板内表面只发生塑性变形。结果表明,铝板与燕尾槽钢板依靠冶金结合以及燕尾槽的挤压啮合共同作用复合在一起,比传统铝-钢爆炸焊接节约炸药31%以上,降低了铝-钢复合板爆炸焊接窗口下限。爆炸复合板界面结合紧密,其面积比传统铝-钢爆炸复合板大141%,剪切强度大于79 MPa,满足铝-钢复合板结合强度的要求。     

焊接工艺对不锈钢/钢爆炸焊接质量影响及边界效应研究

利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学软件对不锈钢/钢的爆炸焊接过程进行数值模拟。研究不同间距和起爆方式对爆炸焊接质量的影响。结果表明:当爆炸焊接工艺和材料保持不变时,复合板在上限间距6 mm处的复合质量最好。在达到相同的最佳碰撞速度下,可以节省炸药用量,模拟结果与试验一致,基复板间距遵循上限法则;中心起爆下炸药能量利用率较端部起爆高,实际生产中常采用中心起爆。通过延长复板长度,将复板边缘引出复合区域可以有效地消除边界效应,模拟结果与理论分析一致。     

爆炸复合边界效应SPH方法的数值模拟（英）

利用LS-DYNA软件采用无网格的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对爆炸复合的边界效应进行了二维数值模拟研究.结果表明,金属射流现象和边界效应与爆炸复合生产实践一致.爆炸复合边界效应产生原因并非是由于边界的冲击能量过剩而造成基复板碰撞时边界处的打伤打裂,在基复板碰撞之前,断裂已经产生,认为爆炸复合边界效应的产生是由于稀疏波对边界处爆轰产物的影响,导致复板边界处与内部存在速度差,从而使复板边界处的碰撞角变大,在爆轰产物压力的作用下发生断裂.此外,采用蜂窝结构炸药及双面爆炸复合方法可以使得边界效应得到有效控制.     

爆炸复合边界效应SPH方法的数值模拟（英文）

利用LS-DYNA软件采用无网格的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对爆炸复合的边界效应进行了二维数值模拟研究。结果表明,金属射流现象和边界效应与爆炸复合生产实践一致。爆炸复合边界效应产生原因并非是由于边界的冲击能量过剩而造成基复板碰撞时边界处的打伤打裂,在基复板碰撞之前,断裂已经产生,认为爆炸复合边界效应的产生是由于稀疏波对边界处爆轰产物的影响,导致复板边界处与内部存在速度差,从而使复板边界处的碰撞角变大,在爆轰产物压力的作用下发生断裂。此外,采用蜂窝结构炸药及双面爆炸复合方法可以使得边界效应得到有效控制。     

自约束结构装药下T2/Q345爆炸焊接研究

为提高炸药爆炸能量利用率,减小焊接药量,提出利用自约束结构装药开展爆炸焊接研究.通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口,并且以T2铜和Q345钢分别作为覆层和基层,采用双层蜂窝结构炸药作为焊接能量,开展T2/Q345爆炸焊接实验研究.研究结果表明以自约束结构的双层蜂窝炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板结合性能良好,相对于爆速分别为2505 m·s-1和3512 m·s-1单层装药结构炸药,双层蜂窝炸药进行T2/Q345爆炸焊接分别可以节约54.4％和31.4％药量,并且随着碰撞点移动,T2/Q345复合界面从平直状结合转变为波形结合.     

钛-钢爆炸压接-轧制复合板的研究

为减小焊接炸药装药量,采用间隙配合的Q345燕尾槽钢板与TA2燕尾槽钛板,分别作为覆板和基板。燕尾槽的上底面、下底面和高分别为2,3,1 mm。所有燕尾槽的间隔为3 mm。间隙配合的钛板和钢板通过爆炸压接以及热轧得到尺寸为7.0 mm×300 mm×750 mm的钛-钢复合板。用力学性能检测以及微观形貌观察分析复合板界面结合质量。结果表明,间隙配合的燕尾槽钛板与钢板经爆炸压接-热轧工艺实现冶金结合,复合板界面结合良好,界面呈直线形,无金属间化合物生成,复合板弯曲性能良好。爆炸压接-热轧法制备钛-钢复合板相比爆炸焊接法可节约62.7%炸药。     

聚能效应在爆炸焊接工艺中的应用

利用药包的聚能效应,通过调节药包到复板之间的距离（吊高h0）,控制药包对复板释放的能量,达到减小爆炸复合工艺过程中复合板雷管区的尺寸的目的。6次爆炸焊接实验后,通过观察雷管区及其剖面形貌,最后确定当h0=8mm时,雷管区尺寸小,复板减薄量小,复合板结合率最高。     

大面积铜/钢爆炸焊接复合板结合性能分析

通过力学性能、界面形态及能谱分析实验研究了大面积铜/钢（T2/Q235B）复合板。金相分析结果显示,铜/钢界面呈现典型的正弦波形状特征。SEM和EDX能谱分析结果表明,在爆炸焊接过程中,铜/钢界面在高温高压作用下,发生原子扩散。力学性能检验结果表明,铜/钢复合板剪切强度达到170 MPa以上,满足GB13238—1991《铜钢复合钢板》的要求。研究结果表明,大面积铜/钢复合板可满足后继的使用要求。     

Ni/Al爆炸焊接界面形成的分子动力学模拟

基于分子动力学,从微观角度仿真模拟Ni/Al结合界面的爆炸焊接过程,分析结合界面形成的加载、卸载和冷却阶段的形貌和微观结构.结果表明:Ni、Al板碰撞后动能转变为内能,异种金属间互相熔合渗透形成结合界面;冲击速度越大,卸载和冷却阶段扩散变化较明显;由于极高的应变速率和热效应,Ni板、Al板和混合区分别形成了胞状位错结构、多边形位错结构、典型凝固结构;爆炸焊接中FCC、BCC结构可逆向转变,加载时初始温度越高,FCC结构的逆向转化率越高,冲击速度为1500、1750、2000 m/s时,分别提高了7.0％、15.6％、28.0％.     

爆炸复合钢板界面射流熔化与凝固的研究

本文研究了奥氏不锈钢／普通低合金风时复合钢板界面熔区的形成。通过试验发现,爆炸时钢板碰撞形成的射注被截断的位置与铸态凝固组绢存在的位置一致,说明界面熔区是由射流构成的。通过分析,射流熔化的原因并非仅仅来自绝热剪切,射流与基体的摩擦生热同样起着重要的作用。身流熔区的凝固组织对复合板质量影响较大;而凝固组织的质量与爆焊工艺有着密切关系。     

铝-钢同轴管水封爆炸胀接撞击压力的研究

为了研究水封爆炸胀接管爆轰结束端开裂现象并探究其界面结合形式,首次使用一种可靠的聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器对铝-钢同轴管水封爆炸胀接撞击压力进行测试,得到并比较了压力时程曲线。结果表明,沿金属导爆索爆轰波的传递方向,基管与覆管的碰撞压力峰值呈递增趋势,表明引起末端开裂现象的直接原因是压力的增加。计算得到撞击压力峰值的平均值为532.9 MPa。根据爆炸复合中撞击速度与撞击压力之间的关系,在已知撞击压力的情况下得到碰撞速度为52.57 m·s~(-1)。经分析可知,界面碰撞产生的温度并不足以使界面发生熔化。界面的金相照片亦显示其结合方式主要为金属间的直接结合,未出现过渡层和熔化现象,表明采用PVDF压电薄膜传感器测量水封爆炸胀接的撞击压力、利用所得数据来推断界面结合形式可行。     

高氮钢与铝板的爆炸焊接可行性探究

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对奥氏体高氮钢与铝板的爆炸焊接过程进行数值模拟,通过模拟端点线起爆和中间线起爆方式,观察其覆板速度及碰撞点压力变化及焊接效果,并设置了端点线起爆焊接实验进行验证。模拟结果表明:中间线起爆效果优于端点线起爆。试验结果表现出与模拟效果良好的一致性,分析认为奥氏体高氮钢具备爆炸焊接所需性能。