钛-钢-钛三层爆炸复合板的界面及性能研究

为了研究钛-钢-钛三层复合板的微观界面和力学性能,在对两次爆炸焊接的动能损耗进行计算的基础上,利用扫描电镜及能谱分析仪对两次爆炸焊接的界面进行了研究比较;对复合板进行了显微硬度测试、弯曲强度试验和剪切强度试验。结果表明:第二次爆炸焊接时的动能损耗更大,动能经过复板向基板传递,导致首次爆炸结合界面缺陷较明显,其熔化层和熔化块数量较多,体积较大;二次爆炸结合界面呈较好的波状结合。首次爆炸焊接界面处的显微硬度高于二次爆炸焊接界面,说明首次爆炸焊接界面的塑性变形更为严重;复合板在弯曲试验中未断裂和分离,抗弯性能良好;首次爆炸焊接界面处的结合强度低于二次爆炸焊接界面,但均满足复合板强度标准。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合制备及界面结合性能评价

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸实验和弯曲变形实验。研究结果表明：复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

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。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸试验和弯曲变形试验。结果表明:复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

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.     

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。     

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.     

TA1/Q235R爆炸焊接复合板界面组织及力学性能

通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱扫描仪（EDS）等分析方法，结合力学性能试验，研究了TA1/Q235R爆炸焊接复合板的界面组织与力学性能。结果表明：TA1/Q235R在爆炸焊接后形成了规律的波状结合界面以及不均匀的漩涡状组织。漩涡组织主要由TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物组成，漩涡组织中裂纹、夹杂物、脆性金属间化合物等缺陷导致界面的破坏易沿波形轨迹发生；钛/钢界面拉伸剪切强度达194 MPa，复合板的最大抗拉强度为440 MPa；拉剪断口表现为以脆性断口为主的混合断裂特征，断口特征表明漩涡组织中金属熔化层对钢侧的结合强度高于钛侧。板材拉伸断口为韧性断口。     

铝/钛/钢爆炸复合板性能研究

通过试验加工了船用铝/钛/钢(5083/1060/TAl/CCS-B)爆炸焊接复合板,并对其结合质量、力学性能及界面形态进行了研究.结果表明,将纯铝板1060和钛板TA1作为中间过渡层后,复合板的结合质量良好,且铝/钛界面的剪切强度达到85 MPa以上,其力学性能也均达到了相应标准;钛/钢界面呈规则的正弦波形,产生了较明显的塑性变形;铝/钛界面比较平直,波长较大,波幅较小.     

爆炸焊接TA2/316L复合板界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计，对爆炸焊接316L／TA2复合板结合界面的显微组织，成分和显微硬度进行了研究。结果表明，界面呈波状；316L与TA2结合界面之间有一层约为5μm的熔化层：波尾处存在漩涡状熔化块，熔化块内有微裂纹和气孔；界面附近的基体组织产生了剧烈的塑性变形；钛一侧存在绝热剪切带；界面附近的原子存在扩散现象；界面区的显微硬度有显著的提高。     

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。     

Study on the Technology of Explosive Welding Incoloy800-SS304

In this article, Incoloy800 and SS304 (304 stainless steel) were cladded by explosive welding. Accordingly, micro-hardness, tensile strength, shearing strength, bending properties, and SEM microstructure of cladding plate were examined in detail. The bonding interface of the plate showed a wavy morphology. Whereas, a different colorful area was observed at the wave ridge of the base layer either in optical or SEM pictures. Magnetic inspection showed that the colorful area was austenitic steel. Thus, the occurrence of the colorful areas seemed to be the result from the high deformation/cold working of the grains. EDX spectrum analysis and line scanning indicated that the diffusion through the bonding interface was not observed under the EDX and line scanning detection limitation. Micro-hardness, tensile, shearing, and bending testing results showed that the bonding strength was acceptable according to ASTM specification.     

相控阵技术在爆炸焊接钛/钢复合板检测中的应用

国内某化工项目使用爆炸焊接钛/钢复合板,除了对结合性能有高于标准要求的指标外,对界面结合的均匀性也提出要求。目前,对界面结合均匀性的判定采用常规的超声脉冲回波法难以实现,采用常规超声C扫检测速度较慢,无法满足大批量的生产进度要求。国内首次将相控阵技术应用到爆炸焊接层状金属复合板产品检测和验收中。相控阵检测通过电子扫查技术,大大提升了检测效率,同时结合C扫描像,使得爆炸焊接钛/钢复合板界面波纹的辨别与判定分析变得清晰直观,并与结合性能有一定的对应关系。     

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。     

热处理工艺对钛钢爆炸复合板原位弯曲过程的影响

利用SEM原位观察了不同热处理工艺下钛钢爆炸复合板的弯曲过程,利用OM和SEM分析了钛钢爆炸复合板弯曲过程中裂纹产生的原因。研究结果表明:不同热处理工艺下,钛钢复合板弯曲过程中界面上产生裂纹,并且裂纹出现的位置不同。原始状态和750℃时,在波头的漩涡处产生裂纹;850℃时,裂纹首先在波峰处产生,随后波头的漩涡处也产生裂纹;950℃时,裂纹首先在波谷处产生,随后沿复合界面扩展。热处理过程中形成的TiC和Ti-Fe金属间化合物导致了弯曲过程中裂纹的萌生和扩展。     

321-15CrMoR爆炸焊接复合板结合界面区的显微组织分析

采用金相显微镜、扫描电镜、电子探针和显微硬度计,对爆炸焊接321-15CrMoR复合板结合界面进行了研究,探讨爆炸焊接过程的金属物理学机理.结果表明,界面呈波形;界面附近基体组织产生了剧烈的塑性变形;321一侧存在绝热剪切带(ASB),ASB在局部发展成为微裂纹,波峰存在一薄层"白亮带",ASB和"白亮带"均由细小等轴晶粒组成;界面附近原子存在短程扩散和熔化长程扩散现象;界面区显微硬度显著提高.这些特征保证了复板和基板之间的快速优质冶金结合.     

Fabrication of high‐strength steel fibre reinforced metal matrix composites by explosive bonding and their tensile properties

Summary

Steel fibre reinforced metal matrix composites (FRM) consisting of high‐strength ductile steel wire and aluminium or titanium foil were fabricated by explosive bonding. The strength properties were evaluated by tensile tests. The optimum explosive loading (explosive mass/driver plate mass) increases with the volume fraction of fibre. For the aluminium matrix composites, the micrographs obtained show sound bonding between the adjoining foils and non‐bonding between the foil and steel wire. The tensile strength of the aluminium matrix composites is 80% of the value predicted by the rule of mixtures. For the titanium matrix composites, the micrographs obtained show both bonded and unbonded regions between the adjoining foils or between the foil and steel wire. The tensile strength of the titanium matrix composites agrees with the value predicted by the rule of mixtures.