CN101152684A - 一种铝—钢复合材料的爆炸焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铝—钢复合材料的爆炸焊接方法，复层铝板(4)通过支撑物(5)置于基层钢板(6)之上，在复层铝板表面铺垫缓冲保护层，炸药(2)布放在缓冲保护层(3)表面，采用台阶式梯度布药方式，使单位面积装药量从复层铝板面中心开始向两端呈梯度依次降低，通过爆炸焊接获得大面积铝—钢复合材料；从复层铝板面中心开始向两端呈梯度依次降低单位面积装药量；基板的材质为碳素钢或低合金钢，复板的材质为纯铝或铝合金Mg含量≤0.1％。本发明的爆炸焊接方法，复合界面结合强度高，且均匀一致，界面无过度熔化和分层以及不复合现象，一次爆炸焊接既可制作厚复层的铝—钢复合材料，方便生产，提高效率。

Description

一种铝—钢复合材料的爆炸焊接方法
技术领域
本发明属于金属复合材料技术领域，特别涉及到一种铝——钢复合材料的爆炸焊接方法。
背景技术
爆炸焊接就是以炸药为能源，在炸药爆炸载荷作用下复层金属高速碰撞基层金属，使复层金属和基层金属强固地连接在一起的金属加工方法。而铝、铝合金——钢复合材料在造船、金属冶炼、轨道交通、电力等行业有着广阔的应用前景。然而由于铝及铝合金复板的熔点低、声阻抗较小，在爆炸焊接时，尤其是铝复板厚度较厚、面积又大时，则会有爆炸复合质量差、远端结合强度低、易出现界面过度熔化和分层以及不复合等现象，导致产品报废。因此，通常的爆炸焊接方法难以制造出高质量的铝——钢复合材料。
发明内容
为解决爆炸复合质量差、远端结合强度低、易出现界面过度熔化和分层以及不复合等问匙，本发明的目的是提供一种铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，利用该方法制造的铝——钢复合材料具有良好的复合质量。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，将复层铝板通过支撑物置于基层钢板之上，在复层铝板表面铺垫缓冲保护层，炸药布放在缓冲保护层表面，采用台阶式梯度布药方式，使单位面积装药量从复层铝板面中心开始向两端呈梯度依次降低，通过爆炸焊接获得大面积铝——钢复合材料。
所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其单位面积装药量与铝——钢复合材料的爆炸面积成正比，并从复层铝板面中心开始向两端呈梯度依次降低单位面积装药量。
所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其基板的材质为碳素钢或低合金钢，复板的材质为纯铝或铝合金。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
1、可实现大面积爆炸焊接，获得高质量的大面积铝——钢复合材料；
2、可通过一次爆炸焊接制造厚复层的铝——钢复合材料，方便生产，提高效率；
3、复合界面结合强度高，且均匀一致，界面无过度熔化和分层以及不复合问题。
附图说明
图1为铝——钢复合板爆炸焊接方法展示图。
图中：1、工业电雷管；2、炸药；3、缓冲保护层；4、复层铝板；5、支撑物；6、基层钢板；7、基础。
具体实施方式一：
如图1所示：将基层钢板(6)和复层铝板(4)用砂轮或抛光叶轮打磨干净，除去金属表面的氧化物，露出金属光泽，将基层钢板(6)置于砂基础(7)之上，将复层铝板(4)通过支撑物(5)置于基层钢板(6)上方，将缓冲保护层(3)粘贴在复层铝板(4)表面，把炸药(2)布放在缓冲保护层(3)上表面，炸药为铵梯炸药，采用台阶式梯度布药方式，单位面积装药量从板面中心开始向两端呈梯度依次降低，用工业电雷管(1)起爆，爆炸焊接获得铝、铝合金——钢复合材料。
制造一块铝、铝合金——钢复合材料，基层钢板牌号为Q235B，尺寸为40×1200×6000mm，复层为纯铝1070，尺寸为12×1250×6100mm，复层铝板与基层钢板之间的支撑高度为11mm，铺垫缓冲保护层，使用铵梯炸药，直接布放在缓冲保护层表面，在板中心向两边各500mm范围单位面积装药量为4.0g/cm2，板两端各1500mm范围单位面积装药量为2.8g/cm2，其它区域单位面积装药量为3.8～2.6g/cm2，用工业电雷管起爆，爆炸焊接获得的铝——钢复合材料具有良好的复合质量，经取样进行结合强度检测，证明界面结合牢固，断口出现在铝侧，界面剪切强度≥80Mpa，无过度熔化和分层以及不复合现象，爆炸复合率为100％。
具体实施方式二：
如图1所示：将基层钢板(6)和复层铝板(4)用砂轮或抛光叶轮打磨干净，除去金属表面的氧化物，露出金属光泽，将基层钢板(6)置于砂基础(7)之上，将复层铝板(4)通过支撑物(5)置于基层钢板(6)上方，将缓冲保护层(3)粘贴在复层铝板(4)表面，把炸药(2)布放在缓冲保护层(3)上表面，炸药为铵梯炸药，采用台阶式梯度布药方式，单位面积装药量从板面中心开始向两端呈梯度依次降低，用工业电雷管(1)起爆，爆炸焊接获得铝——钢复合材料。
制造一块铝、铝合金——钢复合材料，基层钢板牌号为CCSB，尺寸为30×1400×7000mm，复层为铝合金3A21，尺寸为8×1450×7100mm，复层铝合金板与基层钢板之间的支撑高度为8mm，铺垫缓冲保护层，使用铵梯炸药，直接布放在缓冲保护层表面，在板中心向两边各500mm范围单位面积装药量为2.8g/cm2，板两端各1500mm范围单位面积装药量为2.0g/cm2，其它区域单位面积装药量为2.2～2.5g/cm2，用工业电雷管起爆，爆炸焊接获得的铝合金——钢复合材料具有良好的复合质量，经取样进行结合强度检测，证明界面结合牢固，断口出现在铝合金侧，界面剪切强度≥80Mpa，无过度熔化和分层以及不复合现象，爆炸复合率为100％。
具体实施方式三：
如图1所示：将基层钢板(6)和复层铝板(4)用砂轮或抛光叶轮打磨干净，除去金属表面的氧化物，露出金属光泽，将基层钢板(6)置于砂基础(7)之上，将复层铝板(4)通过支撑物(5)置于基层钢板(6)上方，将缓冲保护层(3)粘贴在复层铝板(4)表面，把炸药(2)布放在缓冲保护层(3)上表面，炸药为铵梯炸药，采用台阶式梯度布药方式，单位面积装药量从板面中心开始向两端呈梯度依次降低，用工业电雷管(1)起爆，爆炸焊接获得铝——钢复合材料。
制造一块铝、铝合金——钢金属复合材料，基层钢板牌号为20R，尺寸为25×1600×8000mm，复层为铝合金3003，尺寸为6×1650×8100mm，复层铝合金板与基层钢板之间的支撑高度为5mm，铺垫缓冲保护层，使用铵梯炸药，直接布放在缓冲保护层表面，在板中心向两边各500mm范围单位面积装药量为2.4g/cm2，板两端各2000mm范围单位面积装药量为1.6g/cm2，其它区域单位面积装药量为1.8～2.2g/cm2，用工业电雷管起爆，爆炸焊接获得的铝合金-钢复合材料具有良好的复合质量，经取样进行结合强度检测，证明界面结合牢固，断口出现在铝合金侧，界面剪切强度≥80Mpa，无过度熔化和分层以及不复合现象，爆炸复合率为100％。
从以上三个实施例可以明显看出，其单位面积装药量与铝、铝合金——钢复合材料的爆炸面积成正比，并从复层铝板面中心开始向两端呈梯度依次降低单位面积装药量。此外，采用此种爆炸焊接方法，其基板的材质为碳素钢或低合金钢，复板的材质为纯铝或铝合金。
在复层铝板表面铺垫缓冲保护层的作用是减小炸药爆轰波作用在复板上的压力峰值，改善爆轰压力在复板上的分布均匀性，以降低基复板碰撞焊接过程中界面的能量沉积和反射拉应力作用，特别是在复层较厚时，有利于提高界面的结合强度，避免出现界面过度熔化和分层以及不复合现象。
采用台阶式梯度布药方式的作用是保持炸药爆轰波在长距离传播过程中爆速的稳定和一致性，使复板在爆轰波驱动下高速倾斜碰撞基板时的压力基本保持不变，消除爆炸远端易出现的过度熔化和分层以及不复合现象，并确保复合界面的结合强度均匀一致。

Claims (5)

1.一种铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：将复层铝板(4)通过支撑物(5)置于基层钢板(6)之上，在复层铝板(4)表面铺垫缓冲保护层(3)，炸药(2)布放在缓冲保护层(3)表面，采用台阶式梯度布药方式，使单位面积装药量从复层铝板(4)面中心开始向两端呈梯度依次降低，通过爆炸焊接获得大面积铝——钢复合材料。
2.如权力要求1所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：其基板的材质为碳素钢或低合金钢，复板的材质为纯铝或铝合金Mg含量≤0.1％。
3.如权力要求1和2所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：制作一块铝——钢复合材料，基层钢板牌号为Q235B，尺寸为40×1200×6000mm，复层为纯铝1070，尺寸为12×1250×6100mm，复层铝板与基层钢板之间的支撑高度为11mm，铺垫缓冲保护层，使用铵梯炸药，直接布放在缓冲保护层表面，在板中心向两边各500mm范围单位面积装药量为4.0g/cm2，板两端各1500mm范围单位面积装药量为2.8g/cm2，其它区域单位面积装药量为3.8～2.6g/cm2，用工业电雷管(1)起爆。
4.如权力要求1和2所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：制作一块铝合金——钢复合材料，基层钢板牌号为CCSB，尺寸为30×1400×7000mm，复层为铝合金3A21，尺寸为8×1450×7100mm，复层铝合金板与基层钢板之间的支撑高度为8mm，铺垫缓冲保护层，使用铵梯炸药，直接布放在缓冲保护层表面，在板中心向两边各500mm范围单位面积装药量为2.8g/cm2，板两端各1500mm范围单位面积装药量为2.0g/cm2，其它区域单位面积装药量为2.2～2.5g/cm2，用工业电雷管起爆。
5.如权力要求1和2所述的铝——钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：制作一块铝合金——钢金属复合材料，基层钢板牌号为20R，尺寸为25×1600×8000mm，复层为铝合金3003，尺寸为6×1650×8100mm，复层铝合金板与基层钢板之间的支撑高度为5mm，铺垫缓冲保护层，使用铵梯炸药，直接布放在缓冲保护层表面，在板中心向两边各500mm范围单位面积装药量为2.4g/cm2，板两端各2000mm范围单位面积装药量为1.6g/cm2，其它区域单位面积装药量为1.8～2.2g/cm2，用工业电雷管起爆。
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