CN102151977A - 大板面tu1/q235b爆炸焊接高强度导电复合板 - Google Patents

Abstract

大板面TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板，属于导电结构材料和爆炸焊接技术领域。其生产工艺包括：基复板处理、基复板安装、爆炸焊接、热处理和校平、切边、抛光等。本发明的优点为：复层TU1板无氢脆现象，导电率高，耐蚀和低温性能好；基层钢板Q235B具有良好的综合机械性能，经爆炸焊接所形成的大板面复合导电结构材料，不仅界面电阻率低，而且又能抗拒各种机械外力。经热处理，校平、切割等后续机械加工后，不会出现界面开裂或分层现象，可完全满足冶金、电力、交通等工业部门对导电结构材料需求。

Description

大板面TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板

技术领域：

本发明涉及冶金、电力、交通等行业的高强度导电复合材料，属于导电结构材料和爆炸焊接综合技术领域。

背景技术：

爆炸焊接技术是利用炸药爆轰作为能源，使被焊金属表面发生高速倾斜碰撞，在碰撞过程中产生瞬时高压高温，由于压缩和剪切作用，使得两新鲜的金属表面达到原子间距，在高温的激活下，形成一种原子间的冶金结合。爆炸焊接作为一种新型的高科技焊接技术，其最大优点是在瞬间就能将不同的金属组合，简单迅速和强固的焊接在一起。与传统的堆焊、轧制和浇铸焊接技术相比，爆炸焊接技术的优点在于：爆炸焊接是一种先进的表面工程技术，用这种技术获得的各种复合材料，具有与本体材料完全不同的，能满足多种需要的力学和化学性能。另外，爆炸焊接技术适用于广泛的金属材料组合，尤其是对于大面积的金属焊接，是唯一的高效连续焊接方法。这种技术不仅适用于相溶性好的金属组合，而且适用于非相溶性的金属组合。用爆炸焊接技术生产的金属复合板，不仅具有良好的导热性、较低的界面电阻，而且界面结合区无热影响区、无溶化层，相比堆焊、轧制和浇铸焊接技术，其界面结合强度更高，焊接成本更低。

TU1属于一种无氧铜，其特点是无氢脆现象、导电率高、加工性能、焊接性能、耐蚀性能和低温性能优良。因而，无氧铜TU1在冶金、电力、电子、化工、动力和交通等工业领域得到了广泛的应用。但是，由于我国铜资源贫乏，在一些大型构件中使用单一的TU1材料不仅成本高，而且又要满足构件强度的需要，所以需要将无氧铜TU1和高强度的合金钢复合使用。

由于铜的比重大，当TU1板面尺寸大于2000×8000mm、板厚大于6mm时，基复板之间的间隙就很难支撑复板的重量，复板安装比较困难，爆炸焊接边部效应明显，复合板结合率降低。所以，目前我国企业只能生产复板厚度小于6mm、板面小于1200×3000mm的TU1高强度导电复合板，这将严重制约大板面高强度导电复合结构材料在我国相关领域的应用与发展。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种导电性能良好、又能抗拒各种机械外力，且电阻率低的大板面高强度导电复合结构材料，以满足冶金、电力、交通等工业部门的导电结构材料需求。

本发明的技术解决方案：

大板面TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板，其生产技术包括：基复板处理、爆炸焊接、焊后处理三个工艺。

所述的基复板处理工艺为：

基板处理：采用退火工艺消除钢板的残余应力，提高其塑性，以避免在爆轰波作用下断裂。采用校平工艺保证钢板平度，板面纵横向平度≤8mm。砂轮打磨待结合面氧化层，用布轮抛光，使其待结合面粗糙度Ra≤3.2um。

复板处理：

(1)校平：保证无氧铜TU1板的平度，板面纵横向平度≤5mm。

(2)开槽：复板按基板尺寸划线，使用开槽机沿线开槽，槽宽3-4mm，槽深为复板厚度的1/3。

(3)抛光：布轮抛光待结合面氧化层，使其待结合面粗糙度Ra≤3.2um。

所述的爆炸焊接工艺为：

1、基复板安装：将基板水平放置于沙土之上，复板按槽线对准基板四周边缘。基复板之间间隙为8-10mm，复板外表面涂刷黄油，以保护复板在爆轰波作用下产生过烧。

2、爆炸焊接：

(1)布置木框：根据预定布药高度，在复板四周放置木框，并沿复板外边缘用胶带密封。

(2)布药：在复板外表面均匀布置炸药，使用刮板，沿四周药框内边缘，向中心方向100mm范围内刮出10mm深的炸药。通过雷管引爆炸药，在炸药爆轰波的作用下，无氧铜TU1板和钢板就冶金的结合在一起。

所述的焊后处理工艺为：

1、热处理：将爆炸焊接后的大板面高强度导电复合板进行退火处理，以消除爆炸焊接时所产生的焊接应力，保证基复板的各项力学和化学性能不变，利于后续的机械加工。热处理温度选用620-650℃，保温时间选用50-70min，升温速度≤150℃/h。

2、校平：使用校平机或油压机，对导电复合板按技术要求校平。

3、切边：按规定尺寸要求，切除四周边缘。

4、抛光：按规定要求，使用砂轮和布轮分别对基板和复板进行打磨和抛光。

大板面TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板，其结构包括低合金钢板与位于其表面上的无氧铜TU1板冶金而强固的结合在一起，形成一种新型的高导电率、高承载力的结构材料。其中复板TU1厚8-12mm、宽2100mm、长8100-10100mm；低合金钢板Q235B厚度20-30mm、长、宽分别比复板无氧铜TU1小30-40mm。

使用的TU1板主要化学成分为(以质量分数的百分比计)：

Cu+Ag	P	Bi	Sb	As	Fe	Ni	O	Sn	S
										99.97	0.002	0.001	0.002	0.002	0.004	0.002	0.002	0.002	0.004

使用的低合金Q235B钢板主要化学成分为(以质量分数的百分比计)：

S	P	Si	C	Mn
					0.045	0.045	0.3	0.12-0.2	0.3-0.7

本发明的优点：其一，复板TU1无氢脆现象，导电率高，加工和焊接性能优良、耐蚀和耐低温性能良好。基板材料为普通合金钢板Q235B，成本低且具有良好的力学性能。通过爆炸焊接技术，可实现这两种性能材料的完美统一，充分发挥了单一材料的性能优势；其二，采用边缘布药差异法，消除了由于炸药爆轰卸载所引起的复合板边缘不复合现象；其三，复板周边开槽，以削减炸药应力波对基复板边缘的破坏作用，实现复合板结合界面整体为微小波纹，提高了界面结合强度。打磨和抛光工艺实现了两金属待结合界面的平、光、净，使其露出新鲜的金属表面，经炸药爆轰实现两金属的强固冶金结合。经热处理后的金属复合材料产品，不仅具备很高的界面结合强度，而且复层和基层的物理、化学性能保持不变。在后续的切削、弯曲、钻孔等机加工中，不会出现界面开裂或分层现象。

具体实施方式

实施例1：

工业化生产：9000×2000×(12+30)TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板，其生产工艺为：

基板处理：1、选用基板材料为Q235B低合金钢板，厚度30mm。2对选用材料进行退火处理，以消除内应力，提高其塑性。退火温度为670±10℃，保温时间为40-50min。3、对基板进行校平，保证基板板面纵横向平度≤8mm。4、对基板待结合面使用砂轮和布轮打磨、抛光，使其待结合面粗糙度Ra≤3.2um。保证板面不残留氧化物和任何油污。

复板处理：1、选用复板材料为无氧铜板TU1，厚度12mm、宽度2100mm、长度9100mm。2、对复板进行校平，保证复板板面平度≤5mm。3、按基板尺寸对复板划线开槽，开槽位置位于复板的外表面，开槽宽度为3mm、深度为复板厚度的1/3。4、对复板待结合面使用布轮抛光，使其待结合面粗糙度Ra≤3.2um。，保证板面不残留氧化物和任何油污。

基复板安装：将基板水平放置于沙土地基上，复板无氧铜TU1板放置于基板之上，保证复板上的开槽线对准于基板四周边线。基复板之间的间隙为10mm。2、使用工业黄油涂刷复板表面，以防复板表面在爆轰波作用下过烧。黄油涂刷厚度为0.05-0.15mm。3、使用木板沿复板四周边缘布置药框。木板厚度5-8mm、高度为80mm，然后使用胶带沿复板四周边粘贴密封木板，以防木板框内边缘炸药泄露。

爆炸复合：选用膨化铵油炸药，并按质量比例添加12％的珍珠岩，在复板外表面均匀放置炸药，直至达到药框高度为止。然后使用刮板，沿四周药框内边缘，向中心方向100mm范围内刮出10mm深的炸药。使用电雷管引爆炸药，利用炸药的爆轰特性，实现大板面高强度无氧铜TU1导电复合板的冶金结合。

热处理：爆炸焊接后的大板面高强度无氧铜TU1导电复合板要进行消应力热处理，以保证基材的各项机械性能符合规定要求。热处理温度630±10℃，保温时间70min，升温速度≤150℃/h。

校平切边：使用校平机对大板面高强度无氧铜TU1导电复合板进行校平。校平时复合板的复层向上，并在复层板上铺垫纤维板，以防损坏复板表面。复合板平度达到要求后，按2000×9000mm尺寸划线。划线时，应保证复合板的四角为直角，复合板长度和宽度的偏差为0-4mm，对角线误差为±3mm。用等离子切割机沿线切割。

抛光包装：使用叶轮和布轮分别对基板和复板抛光，抛光后使用机油对基复板面涂刷，然后用油纸包装。

Claims (6)

1.大板面TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板，其特征是厚8-12mm、宽2100mm、长8100-10100mm。

2.大板面TU1/Q235B爆炸焊接高强度导电复合板，其特征生产工艺包括：基板处理；复板处理；爆炸焊接和复合板热处理。

3.根据权利要求2所述的大板面TU1/Q235B爆炸焊接导电复合板基板处理，其特征是：消除钢板的残余应力，提高其塑性；校平，保证板面纵横向平度≤8mm；打磨抛光，保证待结合面粗糙度Ra≤3.2um。

4.根据权利要求2所述的大板面TU1/Q235B爆炸焊接导电复合板复板处理工艺，其特征是：校平，保证板面纵横向平度≤5mm；开槽，复板按基板尺寸划线开槽，槽宽3-4mm，槽深为复板厚度的1/3；抛光，使其待结合面粗糙度Ra≤3.2um。

5.根据权利要求2所述的大板面TU1/Q235B爆炸焊接导电复合板爆炸焊接工艺，其特征是：将基板水平放置于沙土之上，复板按槽线对准基板四周边缘，基复板之间间隙为8-10mm，复板外表面涂刷黄油，以保护复板在爆轰波作用下产生过烧；布置木框，并沿复板外边缘用胶带密封木框；爆炸焊接，在复板外表面均匀布置炸药，并用雷管引爆炸药。

6.根据权利要求2所述的大板面TU1/Q235B爆炸焊接导电复合板热处理工艺，其特征是：热处理温度选用620-650℃，保温时间选用50-70min，升温速度≤150℃/h。