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。     

Behavior and mechanism of the bonding interface of 0Cr18Ni9/16MnR by explosive welding

In order to investigate the bonding behavior and mechanism of the interface prepared by explosive welding,the bonding interfaces of OCr18Ni9/16MnR were observed and analyzed by means of optical microscope(OM),scanning electron microscope(SEM)and electron probe microanalysis(EPMA).It is found that the welding interfaces are wavy due to the wavy explosive loading.There are three kinds of bonding interfaces i.e.big wave,small wave and micro wave.There are a few seam defects and all elements contents are less than both of the base and flyer plate in the transition zone of big wavy interface.Moreover,some"holes"result in the lowest bonding strength of big wavy interface nearby the interface in the base plate.All elements contents of the small wavy interface are between two metals,and there are few seam and hole defects,so it is the higher for the bonding strength of small wavy interface.There is no transition zone and defects in the micro wavy interface,so the interface is the best.To gain the high quality small and micro wavy bonding interface the explosive charge should be controlled.     

1Cr18Ni9Ti/20g爆炸焊接+轧制复合板的结合界面

用爆炸焊接窗口的下限获得的微小波状界面的爆炸焊接复合板，才能实现轧制，而大波状复合板本身存在一定的微观缺陷，在轧制时因分层而使轧制失效，对1Cr18Ni9Ti/20g爆炸焊接 轧制复合板结合界面的组织，强度和性能测试表明，热轧板结合界面的抗剪和分离强度虽比爆炸态略低，但伸长率，冲击韧度都大大提高，轧制复合板的耐蚀性能也没有降低。其各项性能指标都符合有关标准。     

Experiment and interface of Ti/Q235B cladding plate by double vertical explosive welding*

The processing area is reduced by double vertical explosive welding and rolling.Those micro defects are avoided such as"fusion"and"jet pile"in the bonding zone of large Ti plate of explosive welding.So the quality and welding ratio of interface are improved.To solve the technical problem of narrow weldability window of Ti,a minimum critical detonation velocity explosive was invented to enlarge the window after double vertical explosive welding experiment and optimization.A comprehensive protective structure made up of rigid protective plates and flexible protective walls was designed to restrict the movement of cladding plates in double vertical explosive welding effectively and protect the cladding plates from damage.The interface microstructure showed that the bonding interfaces were periodically micro and small wavy and there are no micro defects such as melt metal and swirl.     

Numerical study on mechanism of explosive welding

Abstract

Explosive welding technology has been widely used in industrial production. However, there is always a controversy on the mechanism of explosive bonding, whether explosive welding should belong to a kind of mature welding such as a fusion welding or a solid phase welding. Based on the observation and analysis of the metallographs at interfaces, various opinions are proposed by different authors. This paper investigated the various mechanisms of the wavy interface formation in explosive welding and tried to determine a more reasonable one by using smoothed particle hydrodynamics method. The numerical analysis results show that explosive welding is a unique and complex kind of welding. In general cases, high pressure and melted particles can be found in the collision area at the interface. A version, in which explosive welding is a combination of diffusion bonding, fusion bonding and pressure welding, is considered as a more reasonable one.     

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.     

TA2-1060-TA2复合板爆炸焊接试验及性能测试

为了解决钛-铝在爆炸焊接过程中可焊性低并容易产生脆性金属间化合物等技术难题，选用低爆速粉状乳化炸药为试验用药，下限装药厚度和上限基复板间距为工艺参数，成功获得了100%复合的“1 + 14 + 1”TA2 - 1060 - TA2双面金属复合板. OM， SEM， EDS测试结果表明，复合板界面呈良好小波状结合；基复板流在波峰阻挡以及复板挤压作用下形成漩涡结构，其内部存在包覆熔融金属的铸锭组织；结合界面附件发生不同程度的元素扩散. 力学测试结果表明，复合板的弯曲强度为288 MPa、抗拉强度为165.5 MPa、界面处显微硬度峰值为227 HV，满足工业生产要求.     

R60702/TA2爆炸焊接复合板微观组织及力学性能研究

通过爆炸焊接的方法实现了R60702板与TA2板的结合。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计对热处理前后锆-钛结合界面的微观组织、元素扩散、显微硬度进行了分析;并研究了热处理前后复合板的力学性能和断口形貌。结果表明：爆炸焊接后,锆-钛结合界面呈波状,界面附近产生塑性变形和轻微的元素扩散,随着塑性变形的减弱界面两侧显微硬度也逐渐减小。热处理后,界面元素扩散明显,组织发生再结晶,显微硬度、抗拉强度、剪切强度较热处理前降低,而复合板的塑韧性得到提高。热处理后的复合板弯曲性能良好。     

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。     

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。     

碳钢-不锈钢爆炸焊接复合板界面的显微结构

通过力学性能测定、SEM检测以及EDS线扫描分析,分别观察了焊态及退火态碳钢-不锈钢爆炸焊接复合板结合界面的显微结构,研究了爆炸焊接形成的波状界面和界面间的过渡层.结果表明,该碳钢-不锈钢复合板的结合界面属于大波状结合界面,这种大波状界面并未使复合板的力学性能出现明显的降低,在爆炸焊接形成结合界面处出现了微观熔化现象,形成了一个宽度仅5μm左右的扩散过渡层.     

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。     

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.     

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。     

铝/钛复合管爆炸焊接三维数值模拟

复合管爆炸焊接在工艺上的差异性决定了其焊接过程与复合板焊接过程不同,而复合管爆炸焊接作用空间的相对密闭导致观察和分析其焊接过程的困难,通过软件AUTODYN模拟出了复合管爆炸焊接过程,在验证模型正确有效的基础上,分析了复合管射流产生以及结合界面波形结构的独特性,发现射流产生波状结合满足侵彻机理假说.对比爆炸焊接试验结果表明,模拟结果与试验结果具有良好的一致性,这为研究复合管波形结构以及射流形成机理等提供了重要手段.     

爆炸焊接装药厚度可焊性窗口

通过X射线观测爆炸焊接复板的运动姿态,得出了爆轰载荷与复板的作用过程,从而提出了在爆炸焊接过程中"爆轰载荷产生的复板的最大弯矩必须大于复板材料在其动态屈服极限时的弯矩而小于其在动态抗拉极限时的弯矩,才能实现成功爆炸焊接"这一新观点,并由此得出了爆炸焊接装药厚度的上限和下限,此即为爆炸焊接装药厚度可焊性窗口.在此基础上,...     

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。     

钛/铝爆炸焊接界面扩散行为分子动力学模拟

为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为,采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型,结合爆炸焊接的物理过程,将爆炸焊接过程分为加载和卸载2个阶段,通过LAMMPS程序计算了爆炸焊接钛、铝原子的均方位移、径向分布函数、扩散层厚度等,利用OVITO软件再现了不同阶段界面原子的扩散行为。在爆炸焊接加载阶段,钛、铝原子不发生扩散,只在平衡位置做振动,铝原子振动要比钛原子振动强。爆炸焊接卸载开始时,钛、铝原子发生互扩散。钛/钛原子键能高,不易破坏,铝/铝原子键能低,容易破坏产生空位、间隙等缺陷,有利于钛原子深入扩散到铝晶格内部,但铝原子难以进入钛的晶格内部。采用扫描电镜和EDS能谱表征了钛/铝爆炸焊接复合材料界面元素分布,与模拟结果有很好的一致性。     

爆炸焊接法制备铟/铁复合板的实验与数值模拟

提出了一种通过在炸药与复合板之间增加一层速度调整板，以获得理想焊接条件的用于制备铟/铁复合板的新型爆炸焊接方法。通过理论方法计算了爆炸焊接参数，通过实验对炸药载荷的影响进行了研究。应用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行数值模拟以验证参数有效性，探究了结合界面的成型机理，并研究了压力和塑性应变的分布。结果表明，当炸药厚度增加时，界面波形结构更明显。界面剪切试验结果表明铟/铁复合板结合面抗剪切强度为16 MPa，比纯铟材料的抗剪切强度高，且三点弯曲试验之后复合板结合界面无裂纹。采用改进的爆炸焊接方法可以有效制备高质量铟/铁复合板。     

钛/钢爆炸复合板界面连接机理与力学行为

本文表征了钛/钢爆炸焊接复合板的界面组织和剪切性能,研究爆炸复合过程的界面结合机理。结果表明,在金属板之间形成了波状界面组织,剧烈塑性变形造成钢基体发生明显的塑性流动,并在界面形成连续的漩涡形貌。TEM和XRD检测证实界面存在纳米尺度的过渡层,并包含有固溶体组织和少量金属间化合物。波状界面组织改善了复合板沿爆炸方向的界面剪切强度,剪切断口显示漩涡组织发生韧性断裂形貌。