CN103878474A - 一种解决稀贵金属复合材料板起爆点不贴合的爆炸焊接方法 - Google Patents

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夏小院
张剑
赵鹏飞
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陈怡�
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李超
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Abstract

一种解决稀贵金属复合材料起爆点不贴合的爆炸焊接方法，采用两次爆炸焊接的方法，第一次爆炸采用边缘起爆点爆炸焊接小面积的复合层，得到的一块爆炸复合板面积略大于第二次起爆点中央不贴合区域的面积，所述一块爆炸复合板作为第二次起爆点中心区域；选择略大于基板面积的复层，覆盖于第一次爆炸完成后的在中央部位有复层的基板上，中央部位具有爆炸复合板的位置作为第二次起爆点进行爆炸；然后将第二次爆炸焊接的起爆点周围的不贴合区域的复合层剔除；再将第二次爆炸的复合层板与第一次复合层板两次爆炸的复层板进行焊接。

Description

一种解决稀贵金属复合材料板起爆点不贴合的爆炸焊接方法
技术领域
本发明公开了一种解决稀贵金属复合材料起爆点不贴合的爆炸焊接方法，其属于复合材料制造领域。
背景技术
稀贵金属复合材料泛指钛、锆、钽、铌做为复层的金属复合材料。因钛、锆、钽、铌与钢在焊接时形成脆性化合物，在多晶转化过程中的体积变化、及冷却过程中线性膨胀系数的差别造成的体积变化，使得焊接接头失效，无法实现与基体金属的熔化焊接，所以稀贵金属复合材料其制造过程中核心技术就是爆炸焊接技术，必须一次成功爆炸成型。
随着国内化工装备、能源等行业的发展，对稀贵金属复合材料的需求越来越旺盛。超大型的稀贵金属复合材料越来越多，在一些大型换热器、热交换器、法兰等部件上，其尺寸圆形最大达到直径4600mm，矩形最大达到28平米，其复层稀贵金属厚度一般5～14mm。同时为保证设备的安全性，其技术要求越来越高。当前的技术瓶颈就是要求达到100%贴合。如采用目前的生产工艺制造，采用图1：中心起爆与边缘起爆爆轰距离示意图所示的中心起爆，即在P1位置起爆，其爆轰波传播的距离L1是最最短的，爆轰的稳定性以及爆炸焊接的质量才能得到保证，但必然中心有直径30～70mm的起爆点不贴合区域。如果将起爆点引到有效尺寸之外，采用图1所示的P2中心起爆，其爆轰传播的距离显著增加，切爆轰扰动不对称，爆轰波传播及其不稳定，其焊接质量无法保证，特别是A点对应的附近位置，易出现复层撕裂，结合面过熔等无法返工的缺陷。
发明内容
本发明目的，针对现行工艺采用边缘起爆，无法保证稀贵金属爆炸焊接质量的问题，本发明提供了一种采用两次爆炸，尤其是中心点起爆，但解决了中心起爆点复合层与基板不贴合问题的爆炸焊接加工方法，本发明尤其是适用于大面积的复合板的爆炸加工制备。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种解决稀贵金属复合材料起爆点不贴合的爆炸焊接方法，其特征是采用两次爆炸焊接的方法，第一次爆炸采用边缘起爆点爆炸焊接小面积的复合层，得到的一块爆炸复合板（在基板中央部位）面积略大于第二次起爆点中央不贴合区域的面积，所述一块爆炸复合板作为第二次起爆点中心区域；选择略大于基板面积的复层，覆盖于第一次爆炸完成后的在中央部位有复层的基板上，中央部位具有爆炸复合板的位置作为第二次起爆点进行爆炸；然后将第二次爆炸焊接的起爆点周围的不贴合区域的复合层剔除；再将第二次爆炸的复合层板与第一次复合层板两次爆炸的复层板进行焊接；复层板一般是稀贵金属，采用手工氩弧焊的方法进行焊接，最终实现在中心起爆的情况下无起爆点不贴合区域。
进一步的，优选的是第二次复合层板起爆时采用聚能装置，大大减小起爆点不贴合区域面积。聚能装置装药如图3所示，聚能装置中的炸药在雷管起爆的带动下起爆，爆轰波向倒置在复层金属表面的锥形金属罩传播，推动金属罩向椎体的轴线，即将原柱状的起爆药的能量集中到金属罩的轴线，将起爆点药柱的能量以推动柱形底面积改变为以更集中的能量推动这个轴线与复板上的一个点。对于较厚的复层，必须经过50mm以上甚至150mm的距离才能形成弯折角，实现焊接，而采用聚能装置，基本能在20～50mm以内就能形成弯折角，实现焊接。因此采用聚能装置，大大减小了起爆点不贴合区域的面积。
进一步的，第二次爆炸前在选择所述的复合层板上开槽，开槽的形状与面积对应于复合层边缘。
本发明的有益效果是：
1、成功解决了大型稀贵金属复合材料采用中心起爆，其中心起爆点不贴合问题。
本发明采用两层爆炸焊接的方法，将第一层爆炸焊接的起爆点不贴合区域剔除，第二层的起爆点放置在第一次爆炸焊接的贴合区域。再将第二层起爆点摆放位置的两次复层金属件的不贴合进行手工氩弧焊的方法进行焊接，最终实现在中心起爆的情况下无起爆点不贴合区域。
2、本发明解决了超厚复层的复板边缘效应问题。
采用复层边缘开槽的方法，降低了复层切边所需的能量，减小了基层在剪切复层时所受的损伤。可以减小爆炸焊接方法生产金属复合材料的边缘余量，提高稀贵金属复层材料利用率。
3、本发明解决了稀贵金属复合板爆炸装置中的支撑间隙对复合板贴合质量的影响。
爆炸复合板中的支撑间隙是为了给复层在炸药爆轰能量的推动下，有了一定的加速距离，并产生弯折角，实现复层金属向基层金属的高速倾斜碰撞。（起爆点无法贴合就是因为无法实现倾斜碰撞。）因此支撑间隙必不可少，在爆炸焊接的瞬间，一部分的支撑被射流吹出结合面，但仍有多数支撑间隙保留在结合面。在这个过程中，支撑间隙会阻碍射流的喷射，保留在结合面内的支撑间隙将作为一个缺陷，残留在金属复合材料内，影响爆炸焊接质量。本发明采用拱桥式复层，将所有支撑布置在有效尺寸之外，解除了支撑间隙对结合面金属射流的阻碍和残留。提高爆炸焊接贴合质量以及一次爆炸焊接成型成功率。
4、操作简便
在爆炸焊接现场，先按常规方法进行一次爆炸焊接，然后剔除第一层爆炸焊接的不贴合区域，再进行第二层的爆炸焊接。第二层的复层在爆炸焊接前进行预处理，成图2所示拱桥形，并边缘开槽。整个过程不需要任何复杂的机器和设备，方便可行、成本低廉，但成功解决了起爆点不贴合、支撑阻碍射流、边缘效应等问题。本发明的两种方法各有利弊，第一种的第一次爆炸后清理工作量较大，但工艺更合理，第二种方法亦有其特点。本发明尤其是适用于大面积的复层无法与基体金属实现熔化焊的稀贵金属复合板制备。
附图说明
图1给出边缘起爆和中心起爆对应的爆轰传播距离的差别（图a为圆板爆炸，图b为方板爆炸图示）；
图2给出了复层开槽及支撑边缘布置的安装示意图；
图3给出了起爆点聚能装药的安装示意图；
图4给出了第一层爆炸焊接方案的示意图；
图5给出了第二层爆炸焊接安装示意图；
图6给出了第二层爆炸复合安装示意图，第二层复层与第一层复层之间的不贴合焊补方案。
具体实施方式
如图所示，地基1、基层2、支撑3、第二复层4、复层开槽5、第一次爆炸后复合层剔除区P，炸药6、雷管7、第一复层8、起爆点9。
复合爆炸板的方法已经是本领域常规的方法，一般基层采用较厚（1-20cm）碳钢,复层一般是无法与基体金属熔化焊的稀贵金属，也包括各种耐腐蚀合金钢，甚至是INCOLOY、巴氏合金、蒙乃尔合金钢。当然二次爆炸的复层板的材质要相同。第二次爆炸时，本发明还提供了一种弱化边缘效应的方法。将复层在非结合面开槽（如图2右上角，槽位置对应于基层金属的边缘），复层在基层边缘变得易剪切，减小了基层边缘在剪切复层是引起的挤压变形量，对于12mm～14mm的复层，这个挤压变形足以让基层金属开裂失效。
在边缘装药是将参照开槽后所剩复层厚度进行计算和布置。
本发明还提供了一种有效尺寸内无间隙的爆炸焊接方法。将复层预处理成图2所示的复层形状，所有支撑布置在边缘非有效尺寸之内。解决了支撑熔化不充分，贴合强度不高的问题。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种解决稀贵金属复合材料起爆点不贴合的爆炸焊接方法，其特征是采用两次爆炸焊接的方法，第一次爆炸采用边缘起爆点爆炸焊接小面积的复合层，得到的一块爆炸复合板面积略大于第二次起爆点中央不贴合区域的面积，所述一块爆炸复合板作为第二次起爆点中心区域；选择略大于基板面积的复层，覆盖于第一次爆炸完成后的在中央部位有复层的基板上，中央部位具有爆炸复合板的位置作为第二次起爆点进行爆炸；然后将第二次爆炸焊接的起爆点周围的不贴合区域的复合层剔除；再将第二次爆炸的复合层板与第一次复合层板两次爆炸的复层板进行焊接。
2.根据权利要求1所述的解决稀贵金属复合材料板起爆点不贴合的爆炸焊接方法，其特征是第二次复合层板起爆时采用聚能装置，减小起爆点不贴合区域面积，聚能装置中的炸药在雷管起爆的带动下起爆，爆轰波向倒置在复层金属表面的锥形金属罩传播，将原柱状的起爆药的能量集中到金属罩的轴线，将起爆点药柱的能量以推动柱形底面积改变为以更集中的能量推动这个轴线与复板上的一个点。
3.根据权利要求1所述的解决稀贵金属复合材料板起爆点不贴合的爆炸焊接方法，其特征是第二次爆炸前在选择所述的复合层板上开槽，开槽的位置对应于基层材料的边缘。
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