CN101537531A - 一种铝/钛/钢三层复合材料的爆炸焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝/钛/钢三层复合材料的爆炸焊接方法，属于金属复合材料技术领域。其特征是：复层铝(4)和钛(5)通过金属支撑物(1)置于钢板(6)之上，炸药(3)布置在复层铝(4)表面，通过第一次爆炸焊接获得铝/钛/钢复合材料(8)；通过金属支撑物(1)将复层铝(7)置于复合材料(8)之上，通过第二次爆炸焊接，获得大厚度铝复层的铝/钛/钢三层复合材料；基板的材质为碳素钢或低合金钢，钛复层的厚度在1mm～2mm范围，铝复层厚度可以达到25mm。本发明的效果和益处是：复合界面结合强度高，界面无熔化、分层和不复合现象，通过三层一次爆炸焊接，避免了由于钛复层太薄导致的爆炸焊接工艺参数难于控制问题。
Description
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/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法。
背景技术
爆炸焊接方法是生产金属复合板的主要方法。目前，爆炸焊接法可生产复层为不锈钢、铝及其合金、铜及其合金、镍及其合金、钛及其合金、锆、钽、金、银等与基层为碳素钢及合金结构钢、铜及其合金、不锈钢、镍及其合金等各种组合的复合板。这些复合板大量地应用于石油、化工、冶金、机械、电子、电力、汽车、轻工、宇航、核工业、造船等各工业领域。本发明涉及的铝/钛/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。尤其在炼铝冶金行业，当工作温度大于300℃时，传统的铝/钢过渡接头的强度就受到很大的影响，主要原因是铝/钢界面容易形成脆性的铁铝金属间化合物。在铝/钢间增加一薄层钛，不但阻断了铁铝间形成金属间化合物，而且由于钛和钢的结合强度高、铝和钛间的结合强度也很高，可以保证由铝/钛/钢复合材料制备的电极在温度大于300℃时使用。然而，由于钛复层的厚度小，在1mm～2mm范围内。这给直接进行钛钢爆炸焊接带来工艺上的困难。另外，直接将大厚度(15mm以上)的铝通过爆炸焊接的方法复合在钛/钢复合板上，铝层的减薄量也比较大，从而导致复合板的生产成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是薄钛复层与钢板爆炸焊接时，工艺参数难以控制，容易导致由于复合能量过大而在钛/钢复合界面出现大量熔化层，进而形成脆性铁钛金属间化合物，最终导致钛/钢复合界面结合强度低劣的问题。本发明的目的是提供一种铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，利用该方法制造的铝/钛/钢复合材料具有良好的复合质量。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
所述的铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，通过两次爆炸焊接获得。第一次爆炸焊接是将1mm～2mm的钛板和2mm～6mm的铝板置于基层钢板之上，基层钢板的材质为碳素钢或低合金钢，三层金属板之间通过金属支撑物平行分开。炸药布置在铝板表面，通过爆炸焊接获得薄厚度铝层的铝/钛/钢复合材料。
所述的铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，第二次爆炸焊接是将第一次爆炸焊接获得的薄厚度铝层的铝/钛/钢复合材料作为基板，铝层上方通过支撑物平行安置厚铝复层，厚铝复层的厚度为12mm～25mm。然后在厚铝复层上直接布置炸药，通过第二次爆炸焊接可获得大厚度铝层的铝/钛/钢复合材料。
本发明的效果和益处是：
1、通过薄铝板、薄钛板与钢板三层一次爆炸焊接，有效地避开了钛板厚度太小带来的参数选择困难问题，避免了钛/钢直接爆炸焊接时产生界面过熔导致复合材料力学性能低劣的问题，也为第二次焊接厚铝降低了难度。
2、通过薄铝板、薄钛板与钢板三层一次爆炸焊接，获得铝/钛/钢界面的高强度结合，并且而为第二次焊接大厚度铝板准备了条件。
3、第二次爆炸焊接属于同种金属之间的爆炸焊接，且由于是低硬度的铝金属，可选择较小的工艺参数，可将铝层的减薄量降到最小。第二次爆炸焊接的铝板厚度可达25mm。
附图说明
图1是第一次薄铝板/薄钛板/钢板的爆炸焊接方法示意图。
图中：1金属支撑物；2工业电雷管；3炸药；4薄铝板；5薄钛板；6钢板。
图2是第二次厚铝板与薄铝板/薄钛板/钢板爆炸复合材料爆炸焊接方法示意图。
图中：1金属支撑物；2工业电雷管；3炸药；7厚铝板；8薄铝板/薄钛板/钢板爆炸复合板。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1所示，将薄钛板5两面、薄复层铝板4一面和钢板一面用抛光砂轮打磨去表面氧化皮，露出金属光泽，将钢板6置于沙土地基之上，将复层4和5通过金属支撑物平行置于6之上，其中4的表面砂轮处理过的一面朝下，把炸药3布置在4表面未处理过的一面，炸药为膨化铵油炸药，用8#工业电雷管2起爆，爆炸焊接获得薄铝板/薄钛板/钢板爆炸复合板。
如图2所示，将复合材料8的铝层一面和厚铝板7一面用抛光砂轮打磨去表面氧化皮，将7通过金属支撑物1平行置于8之上。把炸药3布置在7表面未处理过的一面，炸药为膨化铵油炸药，用8#工业电雷管2起爆，爆炸焊接获得厚铝板/薄钛板/钢板的铝/钛/钢复合材料。
制造一块铝/钛/钢复合材料，铝层厚度13mm，钛层厚度1.5mm，钢层厚度12mm。铝层牌号1060，钛层牌号TA2，钢层牌号Q235B。复合材料长宽尺寸为1500mm×2000mm。第一次爆炸三层金属的厚度分别为：铝3mm，钛1.5mm，钢12mm。铝钛间金属支撑物的高度6mm，钛钢之间的金属支撑物的高度14mm。第二次爆炸焊接所使用的厚铝板厚度为12mm，金属支撑物的高度为10mm。炸药为平行布置，两次爆炸焊接使用的炸药量为2.0g/cm2。经两次爆炸焊接获得的铝/钛/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，证明界面结合良好，铝/钛结合界面的断口在铝侧，界面剪切强度≥80MPa；钛/钢界面的断口锯齿均匀连续，界面剪切强度≥210MPa，无过度熔化和分层以及不复合现象，爆炸复合率为100％。
实施例2
如图1所示，将薄钛板5两面、薄复层铝板4一面和钢板一面用抛光砂轮打磨去表面氧化皮，露出金属光泽，将钢板6置于沙土地基之上，将复层4和5通过金属支撑物平行置于6之上，其中4的表面砂轮处理过的一面朝下，把炸药3布置在4表面未处理过的一面，炸药为膨化铵油炸药，用8#工业电雷管2起爆，爆炸焊接获得薄铝板/薄钛板/钢板爆炸复合板。
如图2所示，将复合材料8的铝层一面和厚铝板7一面用抛光砂轮打磨去表面氧化皮，将7通过金属支撑物1平行置于8之上。把炸药3布置在7表面未处理过的一面，炸药为膨化铵油炸药，用8#工业电雷管2起爆，爆炸焊接获得厚铝板/薄钛板/钢板的铝/钛/钢复合材料。
制造一块铝/钛/钢复合材料，铝层厚度11mm，钛层厚度1.0mm，钢层厚度11mm。铝层牌号1060，钛层牌号TA2，钢层牌号16MnR。复合材料长宽尺寸为1500mm×2000mm。第一次爆炸三层金属的厚度分别为：铝2mm，钛1.0mm，钢11mm。铝钛间金属支撑物的高度5mm，钛钢之间的金属支撑物的高度12mm。第二次爆炸焊接所使用的厚铝板厚度为10mm，金属支撑物的高度为8mm。炸药为平行布置，第一次爆炸焊接使用的炸药量为1.8g/cm2，第二次爆炸焊接使用的炸药量为2.0g/cm2。经两次爆炸焊接获得的铝/钛/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，证明界面结合良好，铝/钛结合界面的断口在铝侧，界面剪切强度≥70MPa；钛/钢界面的断口锯齿均匀连续，界面剪切强度≥210MPa，无过度熔化和分层以及不复合现象，爆炸复合率为100％。
Claims (4)
1.一种铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：将复层铝(4)和钛(5)通过金属支撑物(1)置于钢板(6)之上，炸药(3)布置在复层铝(4)表面，通过第一次爆炸焊接获得铝/钛/钢复合材料；在第一次爆炸焊接获得的铝/钛/钢复合材料(8)的铝侧之上，通过金属支撑物(1)将复层铝(7)置于复合材料(8)之上，炸药(3)布置在复层(7)表面上，通过第二次爆炸焊接，获得大厚度铝复层的铝/钛/钢三层复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：其钢板(6)的材质为碳素钢或低合金钢，钛复层的厚度是1mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：第一次爆炸焊接的铝复层厚度是2mm～6mm。
4.根据权利要求1所述的一种铝/钛/钢复合材料的爆炸焊接方法，其特征在于：第二次爆炸焊接的铝复层厚度是12mm～25mm。
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