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.     

AZ31B/TA2爆炸焊接复合板界面结合机制及力学性能的研究

镁合金AZ31B和纯钛TA2通过爆炸焊接成功的方法成功实现了连接。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、以及电子能谱(EDS)等测试手段对结合界面的微区结构、元素分布进行了分析。研究了在不同温度热处理后AZ31B和TA2界面之间元素的扩散情况。同时结合显微硬度实验、冲击试验、拉伸试验研究了复合板的力学性能。并对复合板的结合机制进行了一定的探讨。研究结果表明：平直和波浪状结合形貌并存于结合界面。在热处理温度为450?C和490?C、保温时间为4h和8h时,界面元素扩散明显。由于两侧金属发生塑性变形导致界面硬度升高。复合板的各种力学性能均较基板AZ31B镁合金得到了一定程度的提高。     

水下复合板的爆炸焊接

通过水下爆炸焊接复合板试验,验证了水下局部排水空气保护的爆炸焊接法与水下直接爆炸焊接法的可行性,并对试验的结果进行了分析。     

Al0.1CoCrFeNi高熵合金/TA2钛复合板爆炸焊接试验及性能测试

高熵合金是一种新兴的多主元合金,具有作为结构材料的潜力,但对高熵合金焊接工艺的研究还很有限. 通过爆炸焊接实现了Al_0.1CoCrFeNi高熵合金与TA2工业纯钛的复合连接,并研究了Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板的微观结构和力学性能. 结果表明,Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板具有不连续熔化区的波状结合界面,熔化区中呈现多元素混合状态,并且具有较均匀的元素分布. 熔化区的硬度大于界面附近的硬度,并且硬度随着离界面距离的增加逐渐降低,但仍高于原始材料. 相对于焊接前的Al_0.1CoCrFeNi高熵合金的强度(398 MPa),爆炸焊接后的Al_0.1CoCrFeNi/TA2复合板强度明显提高(567 MPa),但断后伸长率降低. 说明爆炸焊接可以有效的将Al_0.1CoCrFeNi高熵合金与TA2工业纯钛相结合,而形成的复合板具有良好的力学性能.     

工具钢/Q235复合板爆炸焊接试验及性能研究

分析了工具钢／Q235碳钢复合板在爆炸焊接中易产生裂纹以及四个周边不焊接的原因。通过对复合板结合界面波大小及其抗剪强度分布规律的测试和研究,发现炸药爆速、界面波以及抗剪强度三者之间存在着一定关联,并指出近似于直接结合（也可称细波结合）的界面不仅结合强度满足要求,而且焊炸加载也较小,是最为理想的结合。在试验及分析的基础上对36块0．5－1．5m^2的T10／Q235成品复合板进行爆炸焊接,其焊合率大于98％且无裂纹,抗剪强度及抗弯曲性能均满足使用要求。     

钛/钢复合板爆炸焊接试验及结合界面研究

为探讨造成钛/钢爆炸焊接复合板结合质量差、末端易出现不同程度开裂区域的原因,进行了钛/钢复合板的爆炸焊接试验,并对结合界面进行了光学金相分析(OM)、电镜扫描(SEM)及能谱线扫描(EDS)。结果表明,平行于结合界面的剪应力是结合界面的主要受力状态;复合板末端处平行于结合界面的剪应力过大、沿部分已焊接界面和Fe基体一侧撕裂,是造成复合板末端开裂的主要原因;优化装药工艺可减小结合界面脆性金属间化合物层的厚度、减缓末端的开裂程度,并显著提高焊接质量。     

爆炸焊接波状结合区塑性变形机理的计算分析

爆炸焊接结合区产生大的塑性变形及波状结合,是爆炸焊接工艺的主要特征,也是实现良好冶金结合的必要条件。但是,塑性变形及波状结合的形成机理尚不明确。该文引入牛顿应力公式到弹塑性模型,以近似描述结合区材料行为,建立了连续介质模型,对波状结合区的塑性变形及爆轰速度对塑性变形的影响进行计算分析,并与试验结果对比。结果表明,结合界面呈波形,结合区材料产生大量的塑性变形,并且向界面集中,变形集中的区域沿爆轰方向由宽变窄,材料变形量逐渐增大;随着爆轰速度的增大,界面变形区域扩大,且变形量增大。     

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。     

退火对AZ91/1060爆炸复合板界面的影响

将AZ91镁合金/1060纯铝爆炸复合板进行退火处理,对热处理前后结合界面处的显微组织、成分分布、力学性能进行分析和研究。结果表明,退火过程中镁元素易于向纯铝中扩散,扩散层主要位于靠近界面的纯铝中;退火后的复合板界面处的扩散层厚度和最高硬度均比未热处理时有明显提高,高硬度层从原始复合板界面的镁合金一侧转移到纯铝一侧,原始复合板中引起界面处硬度升高的原因是加工硬化效应,热处理后界面处的高硬度是由于在扩散层中产生镁-铝固溶体和金属间化合物;随着退火温度的升高,界面处扩散层厚度增加,组织中发生再结晶趋势增强,形变带逐渐消失。     

TA2/1060/5083数值模拟及试验

TA2与5083爆炸焊接界面易生成脆性金属间化合物、氧化物、连续熔化区等缺陷,焊接窗口狭窄,最佳焊接参数难以准确获得。本文重构了动态弯折角β和碰撞速度Vf的β-Vf模型,使用SPH-FEM耦合算法,首次运用Steinberg-Guinan材料本构模型进行了炸药厚度为10mm、15mm、20mm,复板厚度为1.5mm的TA2/1060/5083爆炸焊接数值模拟;并采用数值模拟获得的参数开展了爆炸焊接试验。数值模拟和试验结果高度吻合并一致表明：药厚10mm时,TA2/1060和1060/5083界面均呈优质平直状结合,药厚15mm时,1060/5083界面呈波状形貌结合,两种药厚条件下的钛-铝过渡界面均未检测到脆性金属间化合物缺陷生成;药厚20mm时,基复板材料发生破坏,不能实现复合。运用计算优化的参数成功制备了大面积TA2/1060/5083复合材料,本文为理化性能差异较大异种金属等爆炸复合问题提供了一种新的可靠算法。     

爆炸复合TA2/316L板的组织和性能研究

评估了爆炸复合TA2/316L板的连接能力,采用SEM、EDS、XRD等试验方法研究了复合板结合区附近的显微组织结构和成分,并对复合板进行了拉剪实验.结果表明,结合区形貌呈波状,结合界面附近形成细晶区;结合区存在不连续的熔合层,该层含有大量金属基体小碎块和合金化后生成的金属间化合物,并产生了裂纹、气孔,且波状结合界面不同位置组织成分分布不均匀等焊接缺陷;两基板之间发生了元素扩散;拉剪实验各项性能满足复合材料使用要求,拉伸后波状界面发生了分离.     

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。     

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.     

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.     

爆炸焊接技术及工程应用

爆炸焊接窗口是获得良好结合质量的重要方法,计算的理论模型和参数选择对结果至关重要. 从爆炸焊接参数出发,通过分析爆炸焊接窗口边界公式的发展历程、理论假设和参数选择,总结得到方便使用的窗口计算公式. 将其应用到钛/铝焊接中,分析了钛与不同牌号铝合金的焊接方式,预测了不同装药比时焊接界面的质量. 结果表明,随着铝合金硬度的升高,可焊窗口逐渐减小. 当焊接参数位于窗口中部时,界面成小波状,结合质量好;焊接参数接近窗口上限时,界面成大波状,存在大量微观缺陷.焊接窗口是重要的研究手段,能够较好的指导生产实践.     

大型不锈钢/普碳钢厚板坯的爆炸焊接

为了满足爆炸复合-轧制一体化技术的产业化要求,该文成功地进行了不锈钢/普碳钢大型厚板坯(复板厚20 mm)的爆炸复合试验。试验前,首先对爆炸复合参数进行了计算和优化设计。试验结果表明,计算参数比较准确地预示了不锈钢/普碳钢大型厚板坯的爆炸焊接窗口;同时也发现,装药面积和装药厚度对炸药爆轰速度有很大影响。试验所得到的数据为不锈钢/普碳钢大型厚板坯的爆炸复合产业化提供了依据。     

热处理对锆-钛-钢复合板力学性能及显微组织的影响

为了获得更好的锆-钛-钢复合板的综合性能,研究了热处理对锆-钛-钢复合板的影响。通过对锆-钛-钢界面的剪切强度试验分析,发现剪切强度随热处理温度的降低而减小。垂直于波纹方向的抗剪强度高于平行于波纹方向的抗剪强度。基于正交试验和方法分析,热处理因素对剪切强度和粘接强度的影响主次关系是:保温温度>保温时间>温度变化率。剪切试验的断口形貌为局部脆性断裂的韧性断裂。通过对力学性能、界面组织和显微硬度的分析,500℃,2 h,60℃/h;540℃,1 h,60℃/h的热处理均为合适的热处理工艺。随着保温温度的升高,晶粒变粗,界面富集元素富集区和扩散区,形成脆性金属间化合物Fe Ti。界面的显微硬度随热处理温度的升高而降低。     

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。     

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.