CN103894722A - 钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法 - Google Patents

Abstract

钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，将普通低合金钢热处理形成封头基层放在砂基层上，再将钛材制成的封头复层放在封头基层上，并使封头复层上焊装的挂板放在封头基层上的支撑板上，使封头复层与封头基层具有合理均匀的安装间隙；将缓冲层放在封头复层的内表面并贴合，然后将异型炸药袋放在缓冲层的内表面并贴合，引爆雷管及高爆炸药，使封头复层的底部焊接到封头基层的底部，随后封头复层其余部分在主炸药作用下逐步完成焊接；再通过常规加工，即得。本发明方法采用爆炸焊实现封头基层与封头复层的焊接，结合区无热影响区，接头性能良好，爆炸焊过程中无须对封头复层进行严格的保护，就能保持其优良的性能。

Description

钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法

技术领域

本发明属于过程设备制造技术领域，具体涉及一种钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法。

背景技术

钛及其合金具有许多优异的性能，例如低密度，高熔点，高比强度，耐腐蚀，高低温性能好等，而被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、电力等领域有着越来越广泛的用途。

但是，钛材在300℃以上可快速吸氢；600℃以上可快速吸氧；700℃以上可快速吸氮；故钛材在650℃以上加工时，若不能进行有效的保护，就会导致钛材塑性，韧性下降，耐蚀性能降低。钛板的冲压采用常温下冷成型和温度在550～650℃的中温成形为宜，成形后还必须采取严格清除、打磨污染的表面等措施，确保其性能。

在石油化工领域，为了提高设备的耐腐蚀性能，常常采用复合材料，复层采用耐腐蚀材料，基层采用普通低合金钢作为强度材料。当石油化工设备封头采用钛材和普通低合金钢复合封头时，可以采用钛材复层和普通低合金钢基层的复合板直接成形制造，如果其普通低合金钢基层厚度不是很厚，常常会采用常温冷成形或550～650℃中温成形方法制造；但由于正常情况下普通低合金钢基层成形后一般都需要进行高温热处理，必须采用较大型的真空或惰性气体保护的热处理炉热处理，负责高温热处理必然会严重影响钛材复层的性能；如果其普通低合金钢基层厚度较大，（采用常温冷成型、550～650℃成形可能无法正常成形）就要采用温度高于750℃以上的热成形方法制造，就必须采用在整个成形过程中用氩气严格保护钛材的措施避免钛材受到污染，同时还要避免钛材被铁离子污染，故该工艺很难实现；还可以采用先把普通低合金钢基层单独热成形形成封头基层，并打磨检验热处理等后，再对已经成形的封头基层内表面堆焊钛材的方法形成封头复层，但是到目前为止，钛材和普通低合金钢还无法实现常规焊接方法的焊接，也无法实现钛材在普通低合金钢表面的堆焊。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，实现了钛材复层和大厚度普通低合金钢基层复合封头的成形。

本发明所采用的技术方案是，钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，具体操作步骤如下：

步骤1，将普通低合金钢单独热处理形成封头基层，打磨、检验、热处理、加工端面至平整，然后在封头基层的端面沿圆周均布焊装三个支撑板支板，在支撑板支板上焊接支撑板，备用；

步骤2，将钛材冷成型或温成型为封头复层，打磨、检验、加工端面至平整，然后在封头复层的端面沿圆周均布焊装三个钛材挂板支板，在挂板支板上焊接平板状挂板，备用；

步骤3，将步骤1形成的封头基层放置在砂基层上，再将封头复层放置在封头基层上，并通过焊装在封头复层上的挂板使封头复层被支撑在封头基层上的支撑板上，实现了封头复层与封头基层的装配间隙；

步骤4，将缓冲层放置在封头复层的内表面并贴合，然后将异型炸药袋放置在缓冲层的内表面并贴合，异型炸药袋内的中心部位填充高爆炸药和雷管，异型炸药袋内的周围其余部分填充主炸药，在异型炸药袋上填有沙堆；

步骤5，引爆雷管及高爆炸药，再由高爆炸药引爆主炸药，首先使挂板变形，使封头复层的底部焊接到封头基层的底部，随后封头复层其余部分在主炸药爆炸作用下逐步完成焊接；再通过常规加工，即得到钛材和普通低合金钢复合封头。

本发明的特点还在于，

步骤1中支撑板支板的内侧设有凹槽，支撑板焊接在支撑板支板上的一端为平板状，另一端为圆弧状，圆弧状的一端设有裙边。

步骤4中缓冲层的周边设有翻边，翻边能够完整的覆盖封头复层的端面、封头复层与封头基层之间的间隙以及封头基层的端面。

本发明的有益效果是，本发明钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，首先分别加工封头基层与封头复层，使大厚度基层的成形及高温热处理能方便地进行，然后采用爆炸焊实现封头基层与封头复层的焊接，结合区无热影响区，接头性能良好，爆炸焊过程中无须对封头复层进行严格的保护，就能保持其优良的性能。

附图说明

图1是本发明方法中爆炸焊成型装置的整体结构示意图；

图2是本发明方法中封头基层的结构示意图；

图3是本发明方法中封头复层的结构示意图。

图中，1.砂基层，2.封头基层，3.封头复层，4.缓冲层，5.雷管，6.异型炸药袋，7.沙堆，8.支撑板支板，9.支撑板，10.挂板支板，11.挂板，12.高爆炸药，13.主炸药。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，具体操作步骤如下：如图1所示

步骤1，将普通低合金钢单独热处理形成封头基层2，打磨、检验、热处理、加工端面至平整，然后在封头基层的端面沿圆周均布焊装三个支撑板支板8，在支撑板支板8上焊接支撑板9，支撑板支板8的内侧设有凹槽，支撑板9焊接在支撑板支板8上的一端为平板状，另一端为圆弧状，圆弧状的一端设有裙边，备用，如图2所示；

步骤2，将钛材冷成型或温成型为封头复层3，打磨、检验、加工端面至平整，然后在封头复层的端面沿圆周均布焊装三个钛材挂板支板10，在挂板支板10上焊接平板状挂板11，备用，如图3所示；

步骤3，将步骤1形成的封头基层2放置在砂基层1上，再将封头复层3放置在封头基层2上，并通过焊装在封头复层3上的挂板11使封头复层3被支撑在封头基层2上的支撑板9上，实现了封头复层3与封头基层2的装配间隙；

步骤4，将缓冲层4放置在封头复层3的内表面并贴合，缓冲层4的周边设有翻边，翻边能够完整的覆盖封头复层3端面、封头复层3与封头基层2之间的间隙以及封头基层2端面，然后将异型炸药袋6放置在缓冲层4的内表面并贴合，异型炸药袋6内的中心部位填充高爆炸药12和雷管5，异型炸药袋6内的周围其余部分填充主炸药13，在异型炸药袋6上填有沙堆7；

步骤5，引爆雷管5及高爆炸药12，再由高爆炸药12引爆主炸药13，首先使挂板11变形，使封头复层3的底部焊接到封头基层2的底部，随后封头复层3其余部分在主炸药13爆炸作用下逐步完成焊接；再通过常规加工，即得到钛材和普通低合金钢复合封头。

支撑板9圆弧状一端设置的裙边有导向作用，使前期焊接时挂板11沿裙边冲击向下，保持封头复层3与封头基层2圆周方向的间隙均匀；封头基层2上焊接的支撑板支板8在内侧设有凹槽，其作用是在爆炸焊的后期，当挂板11脱离开支撑板9圆弧状一端设置的裙边的位置以后，挂板11能逐步进入支撑板支板8上设置的凹槽中，避免了挂板11对爆炸焊接后期的干涉。

挂板11的功能有三个，一是组装时，通过挂板11支撑在普通低合金钢封头基层2上焊接的支撑板9上，使钛材封头复层3处于悬挂状态，实现钛材封头复层3与普通低合金钢封头基层2之间的安装间隙；二是当爆炸焊开始后，首先是雷管5和高爆炸药12爆炸，挂板11能很容易变形；三是当挂板11变形使钛材封头复层3在爆炸作用下高速撞击普通低合金钢封头基层2时，变形后的挂板11边缘沿支撑板9圆弧下端的裙边。

缓冲层4放置在封头复层3的内表面并贴合，在爆炸焊接时保护封头复层内表面，缓冲层4周边的翻边要能完整地覆盖封头复层3的端面、封头基层3与封头基层2的间隙及封头基层2的端面，严禁爆炸焊过程中砂砾等异物进入封头基层2与封头复层3的结合面中，避免焊接出现夹杂等严重质量问题。

本发明钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，首先分别加工封头基层与封头复层，使大厚度基层的成形及高温热处理能方便地进行，然后采用爆炸焊实现封头基层与封头复层的焊接，结合区无热影响区，接头性能良好，爆炸焊过程中无须对封头复层进行严格的保护，就能保持其优良的性能。

实施例1

（1）分别校平厚度50mm普通低合金基层板和厚度8mm钛材复层板，普通低合金基层板用氧气切割方式切割出封头基层圆形毛坯，钛材复层板用水切割方式切割出封头复层圆形毛坯或数控下料铣方式铣出封头复层圆形毛坯；分别对封头基层圆形毛坯和封头复层圆形毛坯切割毛刺用砂轮打磨；

热冲压封头基层，喷丸去除氧化皮，缺陷检测；常温冷冲压钛材封头复层，去应力退火处理，缺陷检测，注意冷冲压的钛材封头复层的半径尺寸比复合封头钛复层实际半径尺寸要小一些；封头基层、钛材封头复层端面机械加工平整，注意封头基层、钛材封头复层端面机械加工平整后其直边高要留30～40mm余量；

封头基层2按要求焊装三个支撑板支板9，在支撑板支板9上焊接支撑板9，要求三个支撑板支板8及支撑板9布置均匀、高度在相同；

钛材封头复层3按要求焊装三个钛材挂板支板10，在挂板支板10上焊接挂板11，要求三个挂板支板10及挂板11布置均匀、高度在相同；

（2）分别对封头基层2和钛材封头复层3的焊接面用砂轮除锈，将除锈后的封头基层2焊接面用抛光轮抛光，并用丙酮擦拭表面，用抛光轮抛光钛材封头复层3焊接面，并用丙酮擦拭表面；

（3）将封头基层2放置与砂基层1上并保持端面水平，再按要求把封头复层3通过焊装在封头复层3上的挂板11被对中支撑在封头基层2上的支撑板9上，使封头复层3与封头基层2之间的装配空隙为6cm，并注意要求封头复层与封头基层其余部分的装配间隙沿圆周均匀分布；

将特制的厚度2～3mm的异形橡胶缓冲层4放置在封头复层3的内表面并贴合，并使缓冲层4的周边翻边完整的覆盖在复层3端面、封头复层3与封头基层2之间的间隙以及封头基层2端面，目的是防止爆炸时损坏封头复层表面的同时，防止爆炸焊过程中砂砾等异物进入封头基层2与封头复层3的结合面中，避免焊接出现夹杂等严重质量问题。

然后将特制的异型炸药袋6放置在缓冲层4的内表面并贴合，异型炸药袋6内的中心部位填充梯恩梯高爆炸药12和雷管5，异型炸药袋6内的周围其余部分填充主炸药13（以工业粉状乳化炸药和粉状硝铵为主要氧化剂、敏化剂，并适配木粉、改性剂的低爆速型爆炸焊接专用炸药），炸药厚度20～25mm，在异型炸药袋6上填有沙堆7；

引爆雷管5及高爆炸药12，再由高爆炸药12引爆主炸药13，在爆炸冲击下使挂板11变形的同时，使封头复层3的底部爆炸焊接到封头基层2的底部，随后封头复层3其余部分在主炸药13爆炸作用下逐步由底部到上部完成爆炸焊接；完成爆炸焊接后，还需要低温度的去应力热处理，爆炸焊接质量检测，合格后再通过端面加工等常规加工，得到钛材和普通低合金钢复合封头。

上述实施例需在空地砂基础上进行，空地四周没有障碍物遮挡，放置封头基层2前要使砂基础中放置封头基层2的放置坑尺寸、大小、形状符合技术要求，放置坑外围部分砂面平整。

对实施例1得到的钛材和普通低合金钢复合封头的内、外表面打磨，进行超声波探伤，探伤结果是：除去复合后的封头端面20mm范围内不计，复合比例为100%，而复合后的封头端面20mm范围内平均复合比例为85%，且距离端面越近，复合比例越低。

其原因是爆炸焊接前期装配时，异型炸药袋6的装配高度与封头复层3端面高度相同，爆炸焊接其端面部分时，爆炸冲击力减弱，焊接面结合力较差。

但由于在前期制作封头基层和钛材封头复层时，都在其端面留有30～40mm的余量，复合后的封头在其有效面积范围内，复合比例为100%。

Claims (3)

1.钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

步骤1，将普通低合金钢单独热处理形成封头基层（2），打磨、检验、热处理、加工端面至平整，然后在封头基层（2）的端面沿圆周均布焊装三个支撑板支板（8），在支撑板支板（8）上焊接支撑板（9），备用；

步骤2，将钛材冷成型或温成型为封头复层（3），打磨、检验、加工端面至平整，然后在封头复层（3）的端面沿圆周均布焊装三个钛材挂板支板（10），在挂板支板（10）上焊接平板状挂板（11），备用；

步骤3，将步骤1形成的封头基层（2）放置在砂基层（1）上，再将封头复层（3）放置在封头基层（2）上，并通过焊装在封头复层（3）上的挂板（11）使封头复层（3）被支撑在封头基层（2）上的支撑板（9）上，实现了封头复层（3）与封头基层（2）的装配间隙；

步骤4，将缓冲层（4）放置在封头复层（3）的内表面并贴合，然后将异型炸药袋（6）放置在缓冲层（4）的内表面并贴合，异型炸药袋（6）内的中心部位填充高爆炸药（12）和雷管（5），异型炸药袋（6）内的周围其余部分填充主炸药（13），在异型炸药袋（6）上填有沙堆（7）；

步骤5，引爆雷管（5）及高爆炸药（12），再由高爆炸药（12）引爆主炸药（13），首先使挂板（11）变形，使封头复层（3）的底部焊接到封头基层（2）的底部，随后封头复层（3）其余部分在主炸药（13）爆炸作用下逐步完成焊接；再通过常规加工，即得到钛材和普通低合金钢复合封头。

2.根据权利要求1所述的钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，其特征在于，步骤1中支撑板支板（9）的内侧设有凹槽，支撑板（9）焊接在支撑板支板（8）上的一端为平板状，另一端为圆弧状，圆弧状的一端设有裙边。

3.根据权利要求1或2所述的钛材和普通低合金钢复合封头的爆炸焊成型方法，其特征在于，步骤4中缓冲层（4）的周边设有翻边，翻边能够完整的覆盖封头复层（3）的端面、封头复层（3）与封头基层（2）之间的间隙以及封头基层（2）的端面。

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