CN104526150B - 一种提高铝-碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高铝‑碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法，对碳钢基层(2)、碳钢中间薄层(4)、铝复层(5)的爆炸焊接面分别进行表面抛光，将基层水平放置在地基(1)上，在基层的上端面通过叠加铜片(3)的支撑放置中间薄层并使中间薄层与基层之间形成间距S2，在中间薄层的上端面通过叠加铜片的支撑放置复层并使复层与中间薄层之间形成间距S1，最后在复层的上端面铺设密度为0.5～0.8 g/cm2且厚度为H的炸药(6)并埋设雷管(7)，起爆速度控制在2000～2600m/s，通过一次爆炸焊接使复层依次碰撞中间薄层、基层并形成三层一体的铝‑碳钢复合材料，热能消耗明显降低，不出现熔化现象，界面结合强度得到提高。

Description

一种提高铝 - 碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法
技术领域
本发明属于爆炸材料技术领域，特别涉及到电解铝行业一种提高铝-碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法。
背景技术
在电解铝行业，为了实现铝导杆和碳钢的联接需求，需要用铝-钢复合材料来制作电解铝生产的过渡接头，以替代由压接、铆接、包接或是螺栓联接等方式制作的过渡接头。
目前电解铝用铝-钢复合材料主要采用爆炸焊接方法制造，但由于铝层较厚，为了获得较好的界面结合强度，一般采用以厚度较薄的纯铝为中间层并分两次实施爆炸焊接，即先将3～4mm厚的纯铝中间层爆炸焊接到钢板上，再将8～12mm厚的纯铝复层爆炸焊接到中间层上，铝-钢结合界面存在一定厚度的熔化层，影响了其结合界面的强度，尤其是由铝-钢复合材料制作的过渡接头在电解铝工作温度＞300℃的情形下更为严重，甚至出现铝-钢界面脱开现象。
改善铝-钢结合界面熔化现象，进而提高其结合界面的强度是本文研究的主要问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种提高铝-碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法，该爆炸焊接方法可以大幅降低爆炸焊接时铝-碳钢界面的热能消耗，显著减少铝-碳钢界面的熔化，从而提高铝-碳钢复合材料的界面结合强度，尤其是在电解铝工作温度＞300℃的特殊工况下其界面不易脱开，提高铝-碳钢复合材料制作的过渡接头使用寿命。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高铝-碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法，该爆炸焊接方法中使用到基层、中间薄层、复层及8#工业雷管，本发明的特征如下：
基层为Q235B碳钢，基层厚度控制在40~45mm；
中间薄层为Q235B碳钢，中间薄层厚度控制在0.2~1mm；
复层为1060铝，复层厚度控制在8～14mm；
基层、中间薄层和复层的长宽面积相等；
先将基层、中间薄层、复层的爆炸焊接面分别进行表面抛光处理，再将基层水平放置在地基上，在基层的上端面通过叠加铜片的支撑放置中间薄层并使中间薄层与基层之间形成间距S2，S2控制在2～10mm；在中间薄层的上端面通过叠加铜片的支撑放置复层并使复层与中间薄层之间形成间距S1，S1控制在6～16mm；最后在复层的上端面铺设密度为0.5～ 0.8 g/cm2且厚度为H的炸药，H控制在30～60mm，炸药采用膨化硝酸铵类炸药，在炸药层的任一处埋设8#工业雷管，8#工业雷管的起爆速度控制在2000～2600m/s，起爆8#工业雷管后通过一次爆炸焊接使复层依次碰撞中间薄层、基层并形成三层一体的铝-碳钢复合材料。
通过采用如上所述技术方案，本发明产生如下有益效果：
1、在爆炸焊接瞬间铝-碳钢界面的热能消耗明显得到降低，界面基本不出现明显的熔化现象。
2、与背景技术中两次实施爆炸焊接的方法相比，本发明爆炸焊接制备的电解铝用铝-碳钢复合材料其界面剪切强度平均提高30～50Mpa，由铝-碳钢复合材料制作的过渡接头在电解铝工作温度＞300℃的特殊工况下其使用寿命得到明显提高。
附图说明
图1是本发明爆炸焊接方法的简易位置关系图。
图1中：1-地基；2-基层；3-铜片；4-中间层；5-复层，6-炸药，7-雷管， H-炸药铺设厚度，S1-复层下端面至中间薄层上端面之间距，S2-中间薄层下端面至基层上端面之间距。
具体实施方式
本发明是一种提高铝-碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法，该爆炸焊接方法通过一次爆炸焊接可以大大降低铝-碳钢界面的热能消耗，显著减少铝-碳钢界面的熔化，从而提高铝-碳钢复合材料的界面结合强度。
本发明在爆炸焊接方法中使用到基层、中间薄层、复层及8#工业雷管。
基层为Q235B碳钢，基层厚度控制在40~45mm。
中间薄层为Q235B碳钢，中间薄层厚度控制在0.2~1mm。
复层为1060铝，复层厚度控制在8～14mm。
本发明不局限于上述碳钢和铝材的牌号以及所对应的厚度范围，应理解为最佳方案之一，本发明同样适用于其它碳钢和铝材牌号以及所对应需求的厚度范围。
基层、中间薄层和复层的长宽面积均相互匹配。
结合图1，先将基层2、中间薄层4、复层5的爆炸焊接面分别进行表面抛光处理，再将基层2水平放置在地基1上，在基层2的上端面通过叠加铜片3的支撑放置中间薄层4并使中间薄层4与基层2之间形成间距S2，S2控制在2～10mm。
在中间薄层4的上端面通过叠加铜片3的支撑放置复层5并使复层5与中间薄层4之间形成间距S1，S1控制在6～16mm。
上述铜片3为薄铜片，但必须保证叠加铜片3的高度要分别满足S1、S2。
最后在复层5的上端面铺设密度为0.5～ 0.8 g/cm2且厚度为H的炸药6，H控制在30～60mm，炸药6采用膨化硝酸铵类炸药，为保证炸药密度和H，可沿复层的四周围设遮拦以防炸药外泄，在炸药层的任一处埋设8#工业雷管7，8#工业雷管7的起爆速度控制在2000～2600m/s，起爆8#工业雷管7后通过一次爆炸焊接使复层2依次碰撞中间薄层4、基层5并形成三层一体的铝-碳钢复合材料。
在保证H、S1以及S2的前提下，引爆8#工业雷管，炸药产生的能量使复层向下加速运动并依次碰撞中间薄层和基层并完成复层、中间薄层和基层的爆炸焊接，形成三层一体的铝-碳钢复合材料。根据动量守恒和能量守恒定律，铝-碳钢界面的热能消耗得到明显降低，其界面基本不出现熔化现象。背景技术中两次实施爆炸焊接的铝-钢复合材料其界面剪切强度一般多为60～100Mpa，而本发明在该值上可提高30～50Mpa，界面结合剪切强度明显得到提高，由铝-碳钢复合材料制作的过渡接头在电解铝工作温度＞300℃的特殊工况下其使用寿命也得到明显提高。
公开本发明而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是：本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内所有变化和改进。

Claims (1)

1.一种提高铝-碳钢复合材料界面结合强度的爆炸焊接方法，该爆炸焊接方法中使用到基层(2)、中间薄层(4)、复层(5)及8#工业雷管(7)，其特征是：
基层(2)为Q235B碳钢，基层(2)厚度控制在40~45mm；
中间薄层(4)为Q235B碳钢，中间薄层(4)厚度控制在0.2~1mm；
复层(5)为1060铝，复层(5)厚度控制在8～14mm；
基层(2)、中间薄层(4)和复层(5)的长宽面积相等；
先将基层(2)、中间薄层(4)、复层(5)的爆炸焊接面分别进行表面抛光处理，再将基层(2)水平放置在地基(1)上，在基层(2)的上端面通过叠加铜片(3)的支撑放置中间薄层(4)并使中间薄层(4)与基层(2)之间形成间距S2，S2控制在2～10mm；在中间薄层(4)的上端面通过叠加铜片(3)的支撑放置复层(5)并使复层(5)与中间薄层(4)之间形成间距S1，S1控制在6～16mm；最后在复层(5)的上端面铺设0.5～ 0.8 g/cm2且厚度为H的炸药(6)，H控制在30～60mm，炸药(6)采用膨化硝酸铵类炸药，在炸药(6)层的任一处埋设8#工业雷管(7)，8#工业雷管(7)的起爆速度控制在2000～2600m/s，起爆8#工业雷管(7)后通过一次爆炸焊接使复层(5)依次碰撞中间薄层(4)、基层(2)并形成三层一体的铝-碳钢复合材料。
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