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/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。     

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。     

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明：随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。     

异温轧制制备钛/铝复合板的变形协调性与复合性能

采取只加热钛层的方法实现协调变形轧制制备钛/铝复合板,通过剪切实验、金相显微镜、扫描电子显微镜,研究压下率、钛层加热温度对钛/铝复合板的厚比分配、剪切强度和界面的影响。结果表明:随着钛层温度的升高和总轧制压下率的增大,钛铝复合板的钛层和铝层变形率差值逐渐减小;当温度为800℃,轧制压下率为50%时,铝层和钛层的变形率分别达到了51.4%和48.6%,钛铝复合板变形趋于协调。钛与铝的结合界面剪切强度达到107.5 MPa,基本接近铝基体的剪切强度。加热过程中钛板表面会产生氧化层,但是在较大轧制压下率下,钛的氧化层会撕裂,金属铝挤入裂缝与新鲜钛金属接触,在强大压力和高温作用下,钛、铝元素相互扩散从而达到牢固的冶金结合。     

钛铝异温轧制温度控制及复合性能研究

为实现钛铝异温轧制钛板电磁感应加热时温度分布更均匀,设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热,使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响,通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内,形成较均匀的钛板温度。对钛板进行感应加热和测温实验,在较短时间的加热时长下形成了平均温度635℃,温差45℃以内的钛板温度,验证了仿真结果的正确性。对均匀性较好的高温钛板与室温铝合金板进行异温轧制,制备出界面剪切强度为63.3MPa的钛/铝复合板,并对制备出的钛/铝复合板结合性能的分布受温度均匀性的影响做了分析。     

钛/钢复合板焊接技术研究现状及发展趋势

综合分析了已有钛/钢复合板焊接的研究成果,基于钛与钢焊接与连接的冶金特性,归纳总结并剖析了钛板搭接焊和对接焊、复合板过渡焊接工艺过程和焊缝金属冶金特点及相关力学性能,提出了未来钛/钢复合板焊接研究的重点发展方向及相关科学问题,希望对该领域的基础研究及工程应用提供有价值的参考.     

爆炸焊接装药方式对钛/钢复合板组织及性能的影响

分别采用等厚度装药及分段装药两种不同的装药方式制备了钛/钢复合板,研究了金属复合板在爆炸焊接过程中爆炸压力分布及覆层金属变形规律,并对所制备的Gr1/Gr70爆炸复合板结合界面的微观组织特征和力学性能进行了分析。结果表明,采用分段装药工艺所制备的大面积钛/钢复合板界面无分层、夹杂等缺陷,且各项力学性能均符合ASTM B898—2005标准,能够满足装备的使用要求。     

钛/铝/镁爆炸焊复合板波形界面及力学性能

文中提出以薄的铝合金板作为过渡层,采用爆炸焊接技术成功制备钛/铝/镁层状复合材料. 对钛/铝接合界面、铝/镁接合界面及钛/铝/镁爆炸复合板的整体力学性能进行了分析研究. OM和SEM试验结果表明,钛/铝接合界面和铝/镁接合界面均为波状接合界面,在铝/镁界面出现了局部熔化区;钛/铝接合界面为小尺寸波(λ=160 μm,h=26 μm),铝/镁接合界面为大尺寸波(λ=1 740 μm,h=406 μm);拉-剪试验表明,复合板沿着铝/镁接合界面断裂;弯曲性能测试表明,钛板一侧受拉时复合板弯曲强度和塑性均优于镁合金板一侧受拉,断裂始于铝/镁接合界面,最终从镁合金板一侧剪切断裂失效.     

钛/铝爆炸焊界面形成机制数值模拟与试验验证

以爆炸焊制备钛/铝复合板为例,利用数值模拟再现爆炸焊瞬态成形过程,并通过试验分析爆炸焊界面特征。结果表明,由于射流的侵彻作用,沿爆轰波传播方向,钛/铝复合板结合界面由平直结合向波形结合转变。起爆点处压力较小,出现边界效应。爆炸焊撞击区极高的碰撞压力,是促使界面产生塑性变及晶粒细化的原因。高速冲击导致爆炸焊界面缺陷增多,这为原子的扩散提供了通道,从而使钛、铝在界面产生互扩散,实现冶金结合。数值模拟结果与试验结果相吻合,揭示了钛/铝爆炸焊界面的形成机制。     

冷轧铜/铝复合板横向界面结合强度研究

研究了冷轧铜/铝复合板横向界面结合强度,运用有限元方法模拟了铜/铝复合板结合界面处中性面位置的法向应力和金属的横向流动速度,通过单道次冷轧制备了55%～75%压下率的铜/铝复合板,研究了复合板的结合强度、界面和剥离界面。结果表明,在同一压下率下,从复合板边部到中部,结合界面处中性面位置的法向应力显著增大,金属的横向流动速度逐渐减小;结合界面处中性面位置的法向应力和边部金属的横向流动速度随压下率增大而逐渐增大;55%～75%压下率时,中部界面平直、光滑,边部界面出现缩孔和裂缝。冷轧铜/铝复合板中部结合强度比边部高。     

钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能

利用真空热轧复合方法制备了钒中间层钛/钢复合板,采用SEM、EDS和XRD等分析结合界面形貌、元素扩散行为和界面相组成。结果表明:钒中间层钛/钢复合板界面实现了良好的冶金结合。与拉剪强度测试相结合,研究了钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能。结果表明:钒中间层钛/钢复合板剪切强度均优于国家标准(140 MPa)。950℃轧制的复合板界面扩散层厚度大于900℃轧制的复合板扩散层厚度。钒中间层与Ti、Fe元素形成固溶体,有效阻止了金属间化合物TiFe和TiFe_2的产生。900℃轧制的钛钢复合板剪切强度为223 MPa,大于950℃轧制的复合板剪切强度。对剪切断口的分析表明裂纹多沿钒铁固溶体产生并扩展。     

钛/铝/钛层状复合材料的爆炸复合制备及后续热压处理研究（英文）

以纯钛板与纯铝板为原料,通过爆炸复合法制备钛/铝/钛层状复合材料,之后采用热处理以及热压工艺对钛/铝/钛层状复合材料进行进一步处理。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,界面结合性能优良,可以承受后续较大的二次塑性变形;热处理后的复合板界面发生明显扩散,在热处理25 h后热压2.5 h的铝层完全反应,扩散反应层主要由TiAl_3相以及Ti_2Al_5相构成。     

退火温度对异步轧制铜/铝复合板界面组织及力学性能的影响

研究退火温度对异步轧制法制备的铜/铝复合板界面组织及力学性能的影响,采用SEM观察界面组织形貌,结合EDX、XRD分析界面物相成分,采用显微硬度和室温拉伸实验表征复合板的力学性能。结果表明,异步轧制法制备的铜/铝复合板界面形变储能较高,退火温度为400℃时界面扩散明显;随着退火温度的升高,复合界面先后生成金属间化合物CuAl2、Cu9Al4、CuAl相,界面撕裂位置位于金属间化合物之间;界面层的显微硬度比基体的高,这是因为受到硬脆性化合物和高温软化的共同影响;退火温度越高,复合板抗拉强度越低,断裂伸长率越大。研究表明,异步轧制法制备的铜/铝复合板最佳退火温度为400℃。     

基于试验和数值模拟的TC1/1060/6061爆炸焊接复合板界面分析

将薄层钛合金板与铝合金板结合可以得到具有优异性能的钛/铝复合板,具有广阔的应用前景.采用爆炸焊接技术成功制备了TC1/1060/6061复合板,对2个界面的界面形貌和元素进行测试,分析夹层存在的优势;同时建立与试验条件一致的有限元模型,对界面状态和焊接过程进行分析,最后对复合板进行拉伸试验和剪切试验,验证界面结合质量.结果表明,TC1/1060界面为直线型形貌,1060/6061界面为波状形貌,且每个波形都伴随着涡流区,TC1/1060界面处的元素扩散范围为4.38μm,且没有检测到钛/铝金属间化合物的产生.数值模拟再现爆炸焊接过程中射流的形成,界面温度沿着界面形貌分布,界面压力在碰撞点处达到最大,且呈现出椭圆形分布,复合板具有较高的抗拉强度和剪切强度,满足结构使用需求.     

钛/铝/钛层状复合材料的爆炸复合制备及后续热压处理研究

本文以纯钛板与纯铝板为原料,通过爆炸复合法制备钛/铝/钛层状复合材料,之后采用热处理以及热压工艺对钛/铝/钛层状复合材料进行进一步处理。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,界面结合性能优良,可以承受后续较大的二次塑性变形;热处理后的复合板界面发生明显扩散,在热处理25 h后热压2.5 h后铝层完全反应,扩散反应层主要由TiAl₃相以及Ti₂Al₅相构成。     

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.     

电磁感应加热轧制制备钛/钢复合板性能研究

采用电磁感应加热对加入不同厚度纯铁中间层的钛/钢组坯进行加热，并单道次热轧复合，短时高效地制备出高质量钛/钢复合板。研究了在快速电磁感应加热至钢板居里点770℃的条件下，不同厚度纯铁中间层对钛/钢复合板界面组织和结合性能的影响。结果表明，随着中间层厚度的降低，复合板剪切强度逐渐提高，加入0.3 mm厚纯铁中间层复合板的剪切强度达到215.05 MPa。感应加热低温轧制条件下，减少了复合板界面脆性金属间化合物的生成。纯铁中间层有效地促进了结合界面两侧基体的协调变形，同时增加了界面处基体元素间的相互扩散距离，使复合板实现了良好的冶金结合，获得了综合性能较好的钛/钢复合板。     

钛-铝复合板加工性能研究

对钛-铝复合板在380～470℃、应变速率10-3～10-1/s下进行高温拉伸试验,制定了复合板的热轧工艺,确定了复合板的应力应变本构方程。结果表明,钛-铝复合板在单向拉伸时,出现翘曲现象;并发现随变形速率的增大,其伸长率增大。     

镁/铝爆炸复合板轧制过程的热力耦合数值模拟

镁/铝叠层复合板作为一种新型的叠层复合材料,利用爆炸+轧制的工艺方法生产镁/铝叠层复合板能够充分发挥镁合金和铝合金的性能优势。应用ABAQUS有限元分析软件对镁/铝爆炸复合板在不同热轧工艺下的热轧过程进行模拟,分析了轧制过程中温度、压下率对复合板宽展、等效应变及翘曲程度的影响。模拟结果表明:复合板宽展随温度的升高而略微降低,随轧制压下率的增大而增大;轧制过程中金属主要沿轧制方向进行流动,最大宽展率为3.5%;从复合板头部到尾部,节点的等效应力先升高、再维持水平、最后下降,界面最大等效应变随压下率的增加由0.164增大至0.523;轧制过程中,界面处金属温度高于两侧金属温度,轧制结束后温度由350℃降至237℃;轧制温度为350℃、轧制压下率为30%时,轧制效果最好。