CN102059445A - 一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，包括采用基层钢板和复层铅板，在复层铅板表面加装强度较高的金属板，把复层铅板和强度较高的金属板二者用胶粘剂粘结在一起；专用炸药配比：膨化硝铵45～48份，氯化钠48～51份，珍珠岩4～6份，保证爆速范围1200m/s～1500m/s，同时远端采用斜坡式布药。本发明方法实现铅板的支撑，使大面积铅-钢复合板的爆炸焊接得以实施；消除了表面烧伤和边界效应对爆炸复合的负面影响，使铅-钢复合板一次复合率大于98%，且具有较高结合强度。

Description

  一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法 
  
技术领域
     本发明涉及一种金属复合材料制造领域技术，特别是一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法。 
背景技术
铅是一种低熔点、低硬度的有色金属，对振动、声波、X射线有较强的衰减能力，在某些环境或介质中有良好的耐蚀性，铅板材在国民经济各领域中有广泛应用，如蓄电池、放射性防护、稀硫酸容器衬里、电极等。由于铅板自身的低强度，限制了其在工程结构方面的应用，因此，铅和钢组成的复合板完美地解决了这一工程应用问题，从而具有广阔的应用前景。 
传统的铅-钢复合板生产方法有浇注法、电解法等，但这些生产方法普遍存在结合强度低、能耗高、环保不达标等缺点。至于爆炸焊接方法制造铅-钢复合板，虽有研究报道，但真正实现工业应用的还没有。原因是铅-钢复合有以下难点：一是铅的硬度太小，仅为6kgf/mm2左右，约为钢的1/30，在大面积焊接时，铅板难以支撑，从而难以保证铅和钢之间均匀的间距，且铅板与爆轰产物直接接触，表面会造成严重烧伤。二是铅的熔点、强度过低，和钢的力学性能差异悬殊，爆炸焊接窗口狭小，比如钢的熔点1540℃，铅的熔点仅270℃；钢的抗拉强度一般在400MPa以上，而铅仅为15MPa左右，这就导致两种金属爆炸复合时，界面易出现熔化、汽化等问题，难以实现有效的结合。 
《爆炸焊接和金属复合材料原理和应用》一书259～262页提到了铅复合板的冷爆炸焊接，将焊接时铅的温度由爆炸前的293K降到77K，通过降温提高铅的强度，得到较好的复合质量。如将2m2的铅板在野外爆炸时降到如此低温，显然是困难且难以实现工业生产的。文中还提到基复板间加铅球做支承的方法，但铅球体积大，爆炸后成为基复板间的夹杂，并且数目众多，显然对复合是不利的。 
公开号为CN 1586785A的中国专利“低熔点金属复合板的爆炸焊接方法”提出在基复板间加过渡层金属来改善复合效果的办法，其核心是在基复板间布置一层薄金属过渡板，复层金属先与过渡金属撞击，因为过渡金属板很薄，二者接触产生的热量较小，避免了复层金属的过渡熔化，从而提高了爆炸焊接上限。铅和钢的爆炸焊接性能差异悬殊，爆炸焊接窗口狭小，爆炸焊接参数较难选择是公认的，该发明采用加金属过渡层的方法扩大了爆炸焊接窗口，显然增加了安装困难。该文件也没有提复合面积，但从其附图可知，如果复合面积扩大，因为铅板软、过渡板薄，复板与过渡板、过渡板与钢板间都要安放很多支撑，以保证有均匀间隙，间隙的稠密安放将对复合质量造成较大负面影响。 
以上两种方法不仅操作困难，且同样难以实现大面积的铅-钢复合板爆炸复合生产。 
发明内容
    本发明所要解决的技术问题是提供一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，解决其铅软难以支承、表面烧伤严重、界面熔化和汽化等问题，使利用该方法制造的大面积铅-钢复合板具有良好的复合质量。 
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明的一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，包括采用基层钢板和复层铅板，具体技术方案为： 
（1）、在复层铅板表面加装强度较高的金属板，把复层铅板和强度较高的金属板二者用胶粘剂粘结在一起；这样可以解决铅板过软，难以支撑的问题，同时也保护了铅板表面，使其在爆炸过程中免于烧伤，出现坑凹不平等缺陷；
（2）、使用铅-钢爆炸焊接专用炸药：主炸药为膨化硝铵，辅料为氯化钠和憎水珍珠岩，按以下重量百分比配比：膨化硝铵45～48份，氯化钠48～51份，珍珠岩4～6份，保证爆速范围1200m/s～1500m/s，同时远端采用斜坡式布药，斜坡式布药长度为200mm～500mm，满足铅、钢狭窄的爆炸焊接窗口，实现包括边界末端在内的各个部位的良好结合。
（3）、基层钢板与复层铅板间距6mm～10mm，金属板和复层铅板粘接紧密，两板间不留杂物、间隙、气孔，炸药在金属板表面自然堆积布药。 
进一步具体的技术方案可以是：所述的强度较高的金属板，其强度大于铅板，表面平整，抗拉强度在400MPa以上，厚度一般为1.5mm～3mm。更进一步具体的，所述的强度较高的金属板可以是铁皮板、不锈钢板或者钢板。 
进一步具体的技术方案还可以是：所述的保证爆速范围1200～1500m/s的具体方法是通过调整铅-钢爆炸焊接专用炸药三组分的配比比例实现，珍珠岩比例增加，爆速降低。 
进一步具体的技术方案还可以是：所述的斜坡式布药其具体方法为：距远端200mm-500mm开始斜坡式布药，到最远端药厚降低到30mm-50mm。 
进一步具体的技术方案还可以是：所述的铅-钢爆炸焊接专用炸药其具体要求是：膨化硝铵、氯化钠、珍珠岩均为粉末状，膨化硝铵爆速大于3200m/s，猛度12～14，密度0.6 g/cm3～0.8g/cm3；氯化钠密度1.2g/cm3～1.5g/cm3；珍珠岩为憎水型的，密度0.055g/cm3～0.075g/cm3。 
这些技术方案，包括进一步以及更进一步具体的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。 
铅-钢复合材料充分发挥了铅和钢两种金属的优异性能，爆炸焊接方法与传统的浇注法、电解法相比有明显优势。而本发明不仅实现了铅-钢复合板的大面积焊接，且具有优良的复合质量，在化工、电解等行业都有广阔的应用前景。事实上，以本发明生产的铅-钢复合电极板已在国内成功应用。 
本专利选用的炸药配方、布药工艺、安装方法就实现了铅和钢的直接焊接。采用在铅板上表面加金属板并呈整体，相当于增加了复板强度，支撑摆放距离可以放宽5倍以上，使复合质量更加完美。 
通过采用上述技术方案，本发明的一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，具有以下的有益效果： 
1）实现铅板的支撑，使大面积铅-钢复合板的爆炸焊接得以实施；
2）消除了表面烧伤和边界效应对爆炸复合的负面影响，使铅-钢复合板一次复合率大于98%，且具有较高结合强度。
附图说明
图1是本发明的爆炸焊接安装示意图 
1.电雷管；2.金属板；3.支承；4.炸药；5. 复层铅板；6.基层钢板；7. 粘土地基。
具体实施方式
如图1所示：将基层钢板6和复层铅板5用抛光页轮或砂布打磨干净，除去表层的金属氧化物，露出金属光泽，将基层钢板6置于粘土地基7上，将复层铅板5与金属板2用粘接剂粘接为整体，并通过支承3置于基层钢板上方，炸药4布放在金属板2上表面。用8号工业电雷管1引爆，爆炸复合获得铅-钢复合板。基于本发明的三个实施例均取得较好的复合效果，详见表1。 
 
表1 基于本发明的三个实施例
 
实施例一 实施例二 实施例三
复层铅板 牌号 Pb1 Pb1 Pb1
尺寸/mm 2×800×1000 4×1000×1350 2×1500×3000
基层钢板 牌号 Q245R Q245R 20#
尺寸/mm 12×780×980 18×980×1320 16×1480×2880
金属板 材质 镀锌铁皮 不锈钢板 镀锌铁皮
尺寸/mm 1.5×850×1050 2×1010×1360 1.5×1550×3050
炸药配方 M1：M2：M3=45：49：6 M1：M2：M3=47：49：4 M1：M2：M3=48：48：4
炸药爆速/ m/s 1200 1430 1500
药   厚/mm 55 80 48
特殊布药 远端300mm开始斜坡式布药，到最远端药厚降低到35mm。 距远端200mm开始斜坡式布药，到最远端药厚降低到50mm。 远端400mm开始斜坡式布药，到最远端药厚降低到30mm。
检测结果 进行剪切试验，断口在铅侧，强度为（15～18）MPa；金相观察，界面呈均匀的准正弦波，无熔化、汽化和分层现象（包括远端），复合率达99%。 取样做拉剪试验，强度15MPa左右，界面电阻检测，为2.13×10-7Ωm，界面无熔化、汽化现象，复合率达98%。 金相观察，界面呈均匀细小波形，波高约0.1mm，波长约0.4mm复合率达99%。
备注 M1—膨化硝铵重量百分比 ；M2—氯化钠重量百分比；M3—膨胀珍珠岩重量百分比

Claims (6)

1.一种大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，包括采用基层钢板（6）和复层铅板（5），其特征是具体技术方案为：
（1）、在复层铅板（5）表面加装强度较高的金属板（2），把复层铅板（5）和强度较高的金属板（2）二者用胶粘剂粘结在一起；这样可以解决铅板过软，难以支撑的问题，同时也保护了铅板表面，使其在爆炸过程中免于烧伤，出现坑凹不平等缺陷；
（2）、使用铅-钢爆炸焊接专用炸药：主炸药为膨化硝铵，辅料为氯化钠和憎水珍珠岩，按以下重量百分比配比：膨化硝铵45～48份，氯化钠48～51份，珍珠岩4～6，保证爆速范围1200 m/s～1500m/s，同时远端采用斜坡式布药，斜坡式布药长度为200mm～500mm，满足铅、钢狭窄的爆炸焊接窗口，实现包括边界末端在内的各个部位的良好结合；（3）、基层钢板（6）与复层铅板（5）间距6mm～10mm，金属板（2）和复层铅板（5）粘接紧密，两板间不留杂物、间隙、气孔，炸药在金属板（2）表面自然堆积布药。
2.根据权利要求1所述大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，其特征是：所述的强度较高的金属板（2），其强度大于铅板，表面平整，抗拉强度在400MPa以上，厚度为1.5mm～3mm。
3.根据权利要求2所述大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，其特征是：所述的强度较高的金属板（2）是铁皮板、不锈钢板或者钢板。
4.根据权利要求1所述大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，其特征是：所述的保证爆速范围1200～1500m/s的具体方法是通过调整铅-钢爆炸焊接专用炸药三组分的配比比例实现，珍珠岩比例增加，爆速降低。
5.根据权利要求1所述大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，其特征是：所述的斜坡式布药其具体方法为：距远端200mm-500mm开始斜坡式布药，到最远端药厚降低到30mm-50mm。
6.根据权利要求1所述大面积铅-钢复合板的爆炸焊接方法，其特征是：所述的铅-钢爆炸焊接专用炸药其具体要求是：膨化硝铵、氯化钠、珍珠岩均为粉末状，膨化硝铵爆速大于3200m/s，猛度12～14，密度0.6g/cm3～0.8g/cm3；氯化钠密度1.2g/cm3～1.5g/cm3；珍珠岩为憎水型的，密度0.055g/cm3～0.075g/cm3。
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