CN104289810A - 燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，采用爆炸复合、轧制法等实现；该方法为表面带有燕尾槽的基、覆板间隙配合后，在炸药的能量或者轧机轧制的作用下，通过冶金结合和燕尾槽的挤压咬和相结合的方式复合在一起。燕尾槽结合界面两侧金属板材的物理和化学性质没有发生改变，可进行大面积金属板复合；单位复合面积炸药量小，减少了大气污染、噪声污染、爆炸振动和超压；带有燕尾槽的金属板爆炸焊接时无边界效应，边缘处复合效果良好，而且爆炸焊接“窗口”下限和上限均增大。本发明的燕尾槽间隙配合界面复合技术可用于化工反应容器、舰船等领域以满足大面积金属复合板的需求。
Description
技术领域
本发明属于金属板复合领域，主要涉及带有燕尾槽的基、覆板间隙配合后进行复合的关键技术。
背景技术
金属复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属材料实现冶金结合而形成的复合材料。金属复合材料在保持母材金属特性的同时利用“相补效应”弥补各自的不足，以提高母材的断裂韧性、冲击韧性、耐腐蚀性、热膨胀性、电磁性能、耐高温性、耐磨损性等性能，已广泛应用于航空航天、石油、电力、汽车、舰船、化工等诸多领域。
金属复材料的生产方法总体上分为三类：固-固相复合法、液固相复合法和液-液相复合法。目前层状金属板复合主要生产方法包括爆炸焊接、轧制、爆炸+轧制复合法，都属于固-固相复合这一类，而且参与复合的固相均为表面平整的板材。爆炸复合法是以炸药为能源，在爆轰波和爆轰产物的作用下实现金属间焊接的一种方法。该方法焊接“窗口”较窄，污染严重，而且不适宜连续化生产。轧制复合法是利用轧机的轧制作用使两金属板形成平面状的冶金结合。该方法复合板的组元成分和宽度受到限制。爆炸焊接-轧制法是将基、覆板爆炸焊接后，再经过轧机轧制的一种方法。缺点是爆炸焊接结合界面产生脆性中间化合物时，给随后轧制工序带来困难。
在已公开发表的文献、专利、资料中，尚未查阅到有关燕尾槽界面复合技术的报道。
发明内容
本发明提出一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法。该方法为表面带有燕尾槽的基、覆板间隙配合后，在炸药的能量或者轧机轧制的作用下，以冶金结合和燕尾槽的挤压咬和相结合的方式复合在一起。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提出一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，该方法为表面带有燕尾槽的基、覆板间隙配合后，在炸药的能量或者轧机轧制的作用下，通过冶金结合和燕尾槽的挤压咬和相结合的方式复合在一起。
如所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，所述的复合是表面开出均布燕尾槽的基、覆板进行间隙配合后，在炸药爆炸形成的爆轰波及爆轰产物或者轧机轧制产生的强大压力作用下，基板和覆板的燕尾槽产生微小形变，使两板的燕尾槽相互挤压咬合在一起，而基板界面与覆板的接触部位则以冶金结合的方式进行复合，在燕尾槽相互挤压咬合以及冶金结合共同作用下使两金属板界面形成紧密的结合力。
如所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，所述炸药对品种、爆速无特别要求，无论单质、混合炸药，还是低爆速、高爆速炸药均可实现复合。
如所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，所述基板表面开出的“凸出”和“凹进”燕尾槽尺寸相同，覆板表面开出与基板相同形状的燕尾槽，保证和基板能够间隙配合。
如所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，该方法包括如下步骤：(1)使用砂纸打磨基板和覆板正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精将待结合面擦洗干净；(2)基、覆板间隙配合后，放置在密闭容器内抽成真空，再用PVC薄膜和透明胶带密封基、覆板；(3)抽成真空后将两对间隙配合的基、覆板对称放置，再将炸药紧贴在两覆板表面；(4)雷管放置在炸药上边的中间位置，且与水平面平行，然后向其中注满清水；(5)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆；(6)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板。
如所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，选用不锈钢和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，基板表面每隔3mm车出尺寸为上底面2mm、下底面3mm、高1mm的燕尾槽，覆板开出与基板形状相同的燕尾槽，与基板能够间隙配合；步骤包括：(1)使用砂纸打磨覆板和基板正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精擦洗干净待结合面；(2)铝板表面放置高度1mm的药框后，将炸药平铺在药框里，并用刮板刮平炸药，尽量保持药框内各处的药高相等，然后将雷管放置在炸药中心位置，与铝板垂直；(3)覆板和基板待结合面间隙配合后，放置在砂土基础上；(4)上下贯通的水罐下底面采用PVC薄膜和AB胶水密封后，放置在覆板表面；(5)向水罐灌满清水后，将爆炸装置放置在水罐底部，保证与覆板上下齐平；(6)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆；(7)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板，检查复合质量。
如所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，用铜板和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，基板表面每隔4mm开出上底面为2mm、下底面4mm、高2mm的燕尾槽，覆板表面开出与基板形状相同的燕尾槽，并保证两金属板能够间隙配合；基板覆板表面打磨、擦洗干净后，在真空的环境中，采用热轧法将间隙配合的金属板进行轧制，进行金属板复合；步骤包括：(1)使用砂纸打磨基板和覆板正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精将待结合面擦洗干净；(2)基、覆板间隙配合后，放置在密闭容器内抽成真空，再用PVC薄膜和透明胶带密封基、覆板；(3)抽成真空后将两对间隙配合的基、覆板对称放置，再将炸药紧贴在两覆板表面；(4)雷管放置在炸药上边的中间位置，且与水平面平行，然后向其中注满清水；(5)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆；(6)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板。
本发明可概括为：表面开出均布燕尾槽的基、覆板进行间隙配合后，在炸药爆炸形成的爆轰波及爆轰产物或者轧机轧制产生的强大压力作用下，基板和覆板的燕尾槽产生微小形变，使两板的燕尾槽相互挤压咬合在一起，而基板界面与覆板的接触部位则以冶金结合的方式进行复合，在燕尾槽相互挤压咬合以及冶金结合共同作用下使两金属板界面形成紧密的结合力。上述技术方案对炸药品种、爆速均无特别要求，无论单质、混合炸药，还是高爆速、低爆速炸药均可实现金属板复合。上述技术方案的基板表面开出的“凸出”和“凹进”燕尾槽尺寸应相同，覆板表面则开出与基板相同形状的燕尾槽，保证和基板能够间隙配合。
与现有技术相比，本发明所具备的优异性和显著特点在于：
(1)本发明单位面积炸药量小。采用双面爆炸复合法进行爆炸复合，可提高炸药能量的利用率，节省炸药量和复合时间，同时减少大气污染、噪声污染、振动和超压。
(2)本发明金属板的材质和尺寸不受限制。物理性能差异较大的金属板以及大面积金属板均可实现较好的复合。
(3)开出燕尾槽的金属板采用爆炸复合法焊接无边界效应，边缘处复合效果良好，而且爆炸焊接“窗口”下限和上限均增大。
(4)本发明生产的复合板没有改变结合界面两侧板材的物理和化学性质。熔点和密度等物理性质差异较大的金属爆炸焊接界面常产生过熔现象和脆性金属间化合物，当金属板面积较大时，因结合界面熔化层过大导致焊接质量不合格。开出燕尾槽的覆板和基板通过冶金结合和燕尾槽挤压咬和相结合的方式形成紧密的结合力，复合板结合界面无过熔现象出现，结合界面两侧的基、覆板的物理和化学性质基本保持不变。
附图说明
图1为基、覆板间隙配合示意图；
图2为爆炸装置示意图，图中1为水罐；2为清水；3为雷管；4为铝板；5为炸药；6为PVC薄膜；7为覆板；8为基板；9为砂土基础；
图3为双面复合装置示意图，图中1为雷管；2为炸药；3为清水；4为水罐；5为覆板；6为基板；7为覆板；8为基板；
图4为金属板复合后的燕尾槽界面实物图；
图5为基、覆板燕尾槽间隙配合实物图。
具体实施方式
下面结合附图，用实施例来进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此来限定本发明。
实施例1：
覆板和基板材质分别为不锈钢和Q235号钢板，尺寸分别为200mm×100mm×3mm、200mm×100mm×18mm。基板表面每隔3mm车出尺寸为上底面2mm、下底面3mm、高1mm的燕尾槽，覆板开出与基板形状相同的燕尾槽，与基板能够间隙配合，如图1所示。金属板复合采用粘结炸药，RDX和硝化棉的配比为95:5，尺寸200mm×100mm×1mm，质量35g，铝板尺寸为200mm×100mm×2mm，实验装置示意图如图2所示。实验步骤：(1)使用砂纸打磨覆板7和基板8正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精擦洗干净待结合面。(2)铝板4表面放置高度1mm的药框后，将炸药5平铺在药框里，并用刮板刮平炸药，尽量保持药框内各处的药高相等，然后将雷管3放置在炸药中心位置，与铝板4垂直。(3)覆板7和基板8待结合面间隙配合后，放置在砂土基础9上。(4)上下贯通的水罐1下底面采用厚0.1mm的PVC薄膜6和AB胶水密封后，放置在覆板7表面。(5)向水罐1灌满清水2后，将爆炸装置放置在水罐1底部，保证与覆板上下齐平。(6)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆。(7)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板，检查复合质量。
实施例2：
本实验选用铜板和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，尺寸分别为150mm×150mm×3mm、150mm×150mm×18mm。基板表面每隔3mm开出上底面2mm、下底面3mm、高1mm的燕尾槽，而覆板表面开出与基板形状相同的燕尾槽，并保证与基板能够间隙配合，如图1所示。粘结炸药尺寸为165mm×150mm×1mm，质量45g。本实验采用双面复合法进行金属板复合，如图3所示。实验步骤：(1)使用砂纸打磨基板6、8和覆板5、7正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精将待结合面擦洗干净。(2)基、覆板间隙配合后，放置在密闭容器内抽成真空，再用PVC薄膜和透明胶带密封基、覆板。(3)抽成真空后将两对间隙配合的基、覆板对称放置，再将炸药2紧贴在两覆板表面。(4)雷管1放置在炸药2上边的中间位置，且与水平面平行，然后向其中注满清水3。(5)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆。(6)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板，检查复合质量。试验后观察铜板和Q235号钢板燕尾槽界面复合良好，如图4所示。
实施例3：
本实验采用不锈钢板和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，尺寸分别为150mm×150mm×2mm、150mm×150mm×18mm。基板表面每隔2.5mm开出上底面2mm、下底面2.5mm、高0.5mm的燕尾槽，覆板表面开出与基板形状相同的燕尾槽，并保证能够间隙配合，如图5所示。本实验采用乳化炸药进行金属板复合，乳化基质和玻璃微球配比为96:4，尺寸150mm×150mm×5mm，质量125g。乳化炸药上表面覆盖一块尺寸150mm×150mm×2mm的铝板加强约束，保证炸药稳定传爆。
实施例4：
本实验选用铜板和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，尺寸分别为1000mm×2000mm×6mm、1000mm×2000mm×24mm。基板表面每隔4mm开出上底面为2mm、下底面4mm、高2mm的燕尾槽，覆板表面开出与基板形状相同的燕尾槽，并保证两金属板能够间隙配合。基板覆板表面打磨、擦洗干净后，在真空的环境中，采用热轧法将间隙配合的金属板进行轧制。
实施例5：
本实验选用尺寸为500mm×1000mm×4mm铜板预制块。基板表面每隔4mm开出上底面为2mm、下底面4mm、高1mm的燕尾槽，首先打磨铜板表面，再用酒精擦洗干净。然后将基板放置在充满氮气的密闭容器内，再将熔化的铝水浇注到开有燕尾槽铜板的型腔内冷却到室温，最后采用爆炸或轧制法进行复合。
本发明的燕尾槽间隙配合界面复合方法，采用爆炸复合、轧制法等实现。该方法为表面带有燕尾槽的基、覆板间隙配合后，在炸药的能量或者轧机轧制的作用下，通过冶金结合和燕尾槽的挤压咬和相结合的方式复合在一起。燕尾槽结合界面两侧金属板材的物理和化学性质没有发生改变，可进行大面积金属板复合；单位复合面积炸药量小，减少了大气污染、噪声污染、爆炸振动和超压；带有燕尾槽的金属板爆炸焊接时无边界效应，边缘处复合效果良好，而且爆炸焊接“窗口”下限和上限均增大。本发明的燕尾槽间隙配合界面复合技术可用于化工反应容器、舰船等领域以满足大面积金属复合板的需求。
Claims (7)
1.一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，该方法使表面带有燕尾槽的基、覆板间隙配合后，在炸药的能量或者轧机轧制的作用下，通过冶金结合和燕尾槽的挤压咬和相结合的方式复合在一起。
2.如权利要求1所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，所述的复合是表面开出均布燕尾槽的基、覆板进行间隙配合后，在炸药爆炸形成的爆轰波及爆轰产物或者轧机轧制产生的强大压力作用下，基板和覆板的燕尾槽产生微小形变，使两板的燕尾槽相互挤压咬合在一起，而基板界面与覆板的接触部位则以冶金结合的方式进行复合，在燕尾槽相互挤压咬合以及冶金结合共同作用下使两金属板界面形成紧密的结合力。
3.如权利要求1所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，所述炸药为单质、混合、高爆速或低爆速炸药，无品种、爆速特别要求。
4.如权利要求1所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，所述基板表面开出的“凸出”和“凹进”燕尾槽尺寸相同，覆板表面开出与基板相同形状的燕尾槽，保证和基板能够间隙配合。
5.如权利要求1所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)使用砂纸打磨基板和覆板正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精将待结合面擦洗干净；(2)基、覆板间隙配合后，放置在密闭容器内抽成真空，再用PVC薄膜和透明胶带密封基、覆板；(3)抽成真空后将两对间隙配合的基、覆板对称放置，再将炸药紧贴在两覆板表面；(4)雷管放置在炸药上边的中间位置，且与水平面平行，然后向其中注满清水；(5)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆；(6)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板。
6.如权利要求1所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，选用不锈钢和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，基板表面每隔3mm车出尺寸为上底面2mm、下底面3mm、高1mm的燕尾槽，覆板开出与基板形状相同的燕尾槽，与基板能够间隙配合；步骤包括：(1)使用砂纸打磨覆板和基板正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精擦洗干净待结合面；(2)铝板表面放置高度1mm的药框后，将炸药平铺在药框里，并用刮板刮平炸药，尽量保持药框内各处的药高相等，然后将雷管放置在炸药中心位置，与铝板垂直；(3)覆板和基板待结合面间隙配合后，放置在砂土基础上；(4)上下贯通的水罐下底面采用PVC薄膜和AB胶水密封后，放置在覆板表面；(5)向水罐灌满清水后，将爆炸装置放置在水罐底部，保证与覆板上下齐平；(6)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆；(7)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板，检查复合质量。
7.如权利要求1所述的一种燕尾槽金属板间隙配合界面复合的方法，其特征在于，用铜板和Q235号钢板分别作为金属板复合的覆板和基板，基板表面每隔4mm开出上底面为2mm、下底面4mm、高2mm的燕尾槽，覆板表面开出与基板形状相同的燕尾槽，并保证两金属板能够间隙配合；基板覆板表面打磨、擦洗干净后，在真空的环境中，采用热轧法将间隙配合的金属板进行轧制，进行金属板复合；步骤包括：(1)使用砂纸打磨基板和覆板正反面及周边，使金属板表面光洁、平整后，再用酒精将待结合面擦洗干净；(2)基、覆板间隙配合后，放置在密闭容器内抽成真空，再用PVC薄膜和透明胶带密封基、覆板；(3)抽成真空后将两对间隙配合的基、覆板对称放置，再将炸药紧贴在两覆板表面；(4)雷管放置在炸药上边的中间位置，且与水平面平行，然后向其中注满清水；(5)准备完毕后，关闭爆炸容器，连线、充电、起爆；(6)打开排气扇，排烟完毕后，取出金属板。
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