爆炸焊接参数对钽/304不锈钢界面波形影响的数值模拟

为了研究爆炸焊接参数对界面波形的影响,对钽/304不锈钢的爆炸焊接进行了二维数值模拟,模拟得到了不同碰撞角和碰撞速度的界面波。由输出模拟界面处波形图可观测到钢在爆轰过程中被拉长且在涡旋处强烈弯曲;测量波的波长以及波幅发现,当碰撞速度一定时,比波长由小到大依次为碰撞角12.2°、碰撞角14.1°、碰撞角16.4°;碰撞角一定时,碰撞速度为633 m/s界面波长和波幅小于碰撞速度为735 m/s时的界面波长和波幅;速度水平方向的数值大小与波长数值的大小一致性较好,速度竖直方向的数值大小与波幅数值的大小一致性较好。结果表明,结合界面处和界面附近的钢侧均发现了明显的解理断裂特征;界面处比波长与碰撞角呈正相关;碰撞速度越大,界面波长和波幅也越大;速度水平方向的分量决定波长数值的大小,速度竖直方向的分量决定波幅数值的大小。 创新点： (1)结合光滑粒子流体动力学方法,采用单参数变化方法研究碰撞角和碰撞速度对界面波形的影响。 (2)研究了速度的水平分量以及竖直分量对界面波形的影响。     

基于SPH-FEM算法的爆炸焊接界面参数及波形生长机理研究

使用SPH-FEM耦合算法对钛-钢、钢-不锈钢、铜-钢、钛-铝4种常见爆炸复合组合进行了数值模拟,理论分析了材料JC强度方程和SG强度方程的适用应变率范围。探讨了爆炸焊接静态参数基复板厚度和动态参数碰撞速度、动态弯折角对界面温度和压力的影响,借助数值模拟手段研究了界面波形形貌,漩涡和少量飞溅熔化块的生长机理。结果表明,随着复板厚度和碰撞速度的增加,界面温度、压力和波形尺寸明显增加,动态弯折角和基板厚度的改变并不能影响界面温度,界面波形生长遵循着“主逆次顺”运动规律。     

铝-铝爆炸焊接界面波形成与特征

文中通过试验观察与数值模拟相结合,尝试分析界面波的形成与结构特征.对2024铝开展系列准对称爆炸焊接,获得了界面波结构特征随装药比变化样品,并基于Autodyn软件中的光滑粒子法对铝-铝爆炸焊接斜碰撞过程进行了模拟,获得与试验现象吻合良好的计算结果.结果表明,装药比的提高使得再入射流厚度和界面波长波幅增加,且界面更加连续;装药比的提高对再入射流速度的影响不大;再入射流量的逐渐增多使得基板承受的剪切应力增大,进而导致界面出现平直到波状的渐变.分析得到的铝-铝爆炸焊接界面波特征随装药比的变化规律以及所使用的数值方法为相关分析提供了有用的参考.     

管–管板爆炸焊接中圆管膨胀规律

管板爆炸焊接中,圆管与管板的碰撞速度是影响爆炸焊接质量的重要因素,为了计算圆管与管板爆炸焊接时的碰撞速度,以爆炸焊接理论与圆管膨胀理论为基础,推导得出圆管膨胀半径与膨胀速度的对应关系,进而可得到圆管和管板间隙与碰撞速度的对应关系。文中通过理论分析与圆管膨胀过程仿真得到圆管膨胀后半径与速度的计算公式,利用管板爆炸焊接数值模拟与管板爆炸焊接试验对其进行验证。结果表明,圆管与管板紧密结合,结合界面为理想的小波状结合,结合界面无孔洞、裂纹等明显缺陷,结合质量良好。故依据公式选取的圆管与管板间隙合理,此公式可靠,可以用于计算内爆时圆管与基材不同间隙对应的碰撞速度,通过确定间隙得到理想碰撞速度,从而达到良好的焊接质量。     

R60702/TAI/16MnⅢ复合板爆炸焊接数值模拟与试验

随着爆炸焊接技术的发展,锆-钢复合板作为一种特殊的耐蚀复合材料,结合了锆优良的耐蚀性能和钢的高强度的优点,在工业中的需求量也逐步增加.以爆炸焊接理论为基础,采用数值模拟和试验分析相结合的方法,在ANSYS/LS-DYNA软件中模拟R60702/TAI/16MnⅢ复合板不同间隙值组合下爆炸焊接的动态过程.分析间隙值对整个R60702/TAI/16MnⅢ复合板爆炸焊接成形的影响.结果表明,当锆-钛间距/钛-钢间距取值为12/6 mm时,可以实现良好焊接.对试验焊接后R60702/TAI/16MnⅢ复合板上不同位置处的试样进行扫描电镜分析,观察复合板界面的结合状况,为选择更合适的工艺条件提供数据支撑,有利于指导生产实践.     

R60702/TAI/16MnIII复合板爆炸焊接数值模拟与试验

随着爆炸焊接技术的发展,锆−钢复合板作为一种特殊的耐蚀复合材料,结合了锆优良的耐蚀性能和钢的高强度的优点,在工业中的需求量也逐步增加. 以爆炸焊接理论为基础,采用数值模拟和试验分析相结合的方法,在ANSYS/LS-DYNA软件中模拟R60702/TAI/16MnIII复合板不同间隙值组合下爆炸焊接的动态过程. 分析间隙值对整个R60702/TAI/16MnIII复合板爆炸焊接成形的影响. 结果表明,当锆−钛间距/钛−钢间距取值为12/6 mm时,可以实现良好焊接. 对试验焊接后R60702/TAI/16MnIII复合板上不同位置处的试样进行扫描电镜分析,观察复合板界面的结合状况,为选择更合适的工艺条件提供数据支撑,有利于指导生产实践.     

铜/钢复合管爆炸焊接数值模拟及边界效应

以铜/钢复合管为研究对象,利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟,分析了焊接动态过程和边界效应问题,并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明,在爆轰波作用下,复管与基管发生倾斜碰撞,碰撞区域压力稳定在10⁷ kPa的数量级,在碰撞区附近出现1条塑性变形带,且复管和基管上的剪切应力相反,界面形态随着爆炸波的传播从直线变为波状,这与试验中获得的T2/316L双金属复合管的实际界面形态一致,说明有限元模型能够有效模拟双金属复合管爆炸焊接过程。数值模拟过程中边缘动态参数值均小于正常值,存在边界效应,增加复管和炸药的长度可以消除边界效应。     

爆炸焊接波状界面形成和发展的研究

为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理,本文采用对不同强度基板爆炸焊接实验与SPH数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现当焊接参数在可焊窗口以内时,强度较低的材料界面比较容易形成周期性波纹,而且数值模拟结果显示在碰撞点后两个周期的范围内,界面粒子仍然具有较高的运动速度并沿界面持续运动形成界面波;而强度较高且表面光滑的材料则难以形成波状界面。结果表明：爆炸焊接波状界面的形成需要扰动的积累进而触发Bahrani刻入机理,而当界面缺少扰动时则难以形成波状界面;在碰撞点离开后的两个周期范围内,波状界面的熔融金属将沿界面持续运动最终形成稳定的界面波。     

爆炸焊接工艺参数与波形参数的关系

采用半圆柱实验法,研究了钛-钢爆炸焊接工艺参数与焊接结合波形参数间的关系.结果表明,随炸药量和复板飞行距离增加,波幅及波长均随之增大,工艺参数对波形成过程及波形参数有直接的影响,研究结果为爆炸焊接工艺参数的选择提供了可靠依据.     

炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、 30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%, 58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%, 65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.     

炸药爆炸速度对铝/钛爆炸焊接复合管结合界面及性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例密度调节剂,配制了自然堆积状态下爆炸速度范围为1450~2550m/s的低爆炸速度炸药;采用该爆炸速度炸药进行了铝/钛复合管爆炸焊接试验,结合最小碰撞速度理论,对试验结果及其界面微观结构和结合强度测试进行了分析.结果表明,该复合管爆炸焊接的合适爆炸速度约为1950~2150m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;爆炸速度对复合管的界面结合波形影响很大,且复合管前端波幅较小,沿着爆轰传播方向逐渐增大,至末端时又变小,波形且呈现不太规则的扁平波状结合现象,分析认为主要是因为在复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件与复合板不同所致.     

Calculation of temperature field near stagnation point in explosive welding

0IntroductionResearch of temperature field near stagnation pointquantificationally is of great importance to control the qual-ity of explosive welding. If the temperature at the weldinginterface is too high the material will melt in excess andthe metal plates can not be welded well and if the tempera-ture is too lowthe plates can not be well-knit. At the sametime to calculate the heat behavior in the flow field of ex-plosive welding quantificationally is the basis to analyze themetallurgic eff…     

Influence of base material properties on copper and aluminium–copper explosive welds

The influence of base material properties on the interfacial phenomena in copper and aluminium–copper explosive welds was studied. Two explosive mixtures with different detonation velocities were tested. Sound aluminium–copper joints with effective bonding were achieved by using an explosive mixture with a lower detonation velocity. High energy explosives led to extensive interfacial melting, preventing the production of consistent dissimilar welds. Unlike to the similar copper joints, the aluminium–copper welds presented very asymmetrical interfacial waves, rich in intermetallic phases and displaying a curled morphology. The interaction of the materials in dissimilar welding was found to be completely different depending on the positioning of each alloy in the joint, i.e. positioned as the flyer or as the baseplate.     

金属粉末爆炸烧结中微碰撞焊接引起的沉能研究

以不可压缩理想流体对称碰撞模型对金属粉末爆炸烧结中由微爆炸焊接引起的颗粒界面附近沉积的能量进行了分析,在考虑热传导效应的基础上推导出了焊接流场中二维形式的能量方程并用有限差分法对其进行了求解,在考虑冲击绝热压缩贡献的基础上计算出了焊接流场中的温度分布.结果表明：在适当的冲击压力下,爆炸粉末烧结过程中微爆炸焊接引起的焊接界面附近的温升将达到材料的熔点而引起材料熔化,颗粒熔化部分仅为其表面很薄的一层;爆炸焊接引起的材料温升随来流速度和碰撞角度的增大而升高.     

爆炸冲击载荷对复合板低温冲击性能的影响

采用爆炸焊接的方法制备复合板后,复合板的低温冲击性能发生剧烈的下降,文章针对这一现象,采用金相检验、扫描电镜分析和透射电镜分析法,对爆炸复合前后复合板的微观组织进行对比。结果表明,爆炸焊接后,复合板晶粒内部产生了大量的位错团,使材料晶粒内部位错密度升高,从而导致材料的低温冲击性能下降。为改善复合板冲击性能,采用热处理方式,使复合板晶粒内部的位错密度大大下降,复合板低温冲击性能得到明显改善。     

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.     

不同夹层爆炸复合铝-不锈钢板的显微组织、强度和焊接窗口

以1100铝、纯铜和304不锈钢为夹层,用爆炸复合法制备5052铝-316不锈钢(Al 5052-SS 316)复合板。采用不同工艺参数,包括相隔距离、炸药质量比(炸药质量与飞片质量比)和倾斜角得到实验结果。夹层的使用使焊接窗口的下边界发生位移,焊接区域增大40%。在此基础上,设计考虑第三个操作参数影响的三轴焊接窗口。使用夹层后,传统Al 5052-SS 316炸药复合界面形成的连续熔融层转变为光滑的界面,其中没有或存在少量的金属间化合物。含夹层复合层的显微硬度、抗拉强度和剪切强度均高于传统爆炸复合层,且使用不锈钢夹层的Al5052-SS 316爆炸复合层具有最高的显微硬度、抗拉强度和剪切强度。     

Influence of the parameters of a high-frequency acoustic wave on the structure,properties, and plastic flow of metal in the zone of a joint of materials welded by ultrasound-assisted explosive welding

The results of an investigation of the influence of the parameters of high-frequency acoustic wave on the structure and properties of the zone of joint of homogeneous metals bonded by explosive welding under the action of ultrasound have been presented. The influence of the frequency and amplitude of ultrasonic vibrations on the structure and properties of the explosively welded joints compared with the samples welded without the application of ultrasound has been established. The action of high-frequency acoustic waves on the metal leads to a reduction in the dynamic yield stress, which changes the properties of the surface layers of the metal and the conditions of the formation of the joint of the colliding plates upon the explosive welding. It has been shown that the changes in the length and amplitude of waves that arise in the weld joint upon the explosive welding with the simultaneous action of ultrasonic vibrations are connected with a decrease in the magnitude of the deforming pulse and time of action of the compressive stresses that exceed the dynamic yield stress beyond the point of contact.