CN104526151A - 一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法 - Google Patents

一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法，是针对镁合金板、铝合金板和钛合金板的性能要求而进行的爆炸焊接成型，采用铵油炸药，在地面砂粒基座上进行远距离瞬时爆炸焊接成型，此焊接成型方法速度快、界面结合牢固、界面剪切强度好、结合率高，镁铝钛合金复合板的剪切强度达150MPa，爆炸焊接结合率为96.8%，可控性好，焊接过程安全可靠，是制备镁铝钛合金复合板的可靠有效方法。

Description

一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法
技术领域
本发明涉及一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法，属于有色金属板型材料加工与制造的技术领域。
背景技术
镁合金具有比重轻、比强度高、易于回收、储备资源丰富的特点，是绿色工程结构材料，在汽车、航天航空、电子工业领域有着广泛的应用价值；但镁合金的耐蚀性差，强度、硬度低，使镁合金的应用受到了很大的局限性；为了改善镁合金的强度、硬度和耐腐蚀性，拓宽其应用领域，常把镁合金和耐蚀性好、高强度的其他金属复合，制成复合板，扩大其应用范围。
目前镁合金复合板的加工有两种方式，一种是爆炸焊接复合，另一种是轧制，爆炸焊接工艺是通过炸药爆轰波的瞬时高压、高温作用，推动复板作用于基板，使其达到固相连接和冶金结合，其中，爆炸焊接适用于同种或异种金属的连接；爆炸复合板的尺寸和形状规格不受设备的限制；爆炸成型的复合材料具有很高的结合强度和再加工性能，但在爆炸焊接成型过程中还存在诸多弊端，例如均匀度、结合强度、安全性能还有待进一步改进。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况，采用镁合金板、铝合金板、钛合金板为原料，使用铵油炸药，进行爆炸叠加成型焊接，一次成型，制成镁铝钛合金复合板，以大幅度提高镁合金板的强度、韧性和耐腐蚀性，扩大镁合金板的应用范围。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：镁合金板、铝合金板、钛合金板、铵油炸药、雷管、引线、铝箔片、黄油、砂纸、砂粒、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫米、毫升为计量单位
镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型方法如下：
(1)打磨基板、中间板、复板的待焊接表面
确认镁合金板为基板，铝合金板为中间板，钛合金板为复板；
①将镁合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，去除表面氧化膜，使表面光洁、平整，表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm，然后用无水乙醇擦洗正反表面及周边，使其洁净；
②将铝合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，去除表面氧化膜，使表面光洁、平整，表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm，然后用无水乙醇擦洗正反表面及周边，使其洁净；
③将钛合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，去除表面氧化膜，使表面光洁、平整，表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm，然后用无水乙醇擦洗正反表面及周边，使其洁净；
(2)卷制间隙柱
①将铝箔片置于钢质平板上，用夹钳卷制成圆筒状，成Φ8mm×0.5mm×6mm，共6块，各块尺寸一致；
②将铝箔片置于钢质平板上，用夹钳卷制成圆筒状，成Φ8mm×0.5mm×1.5mm，共6块，各块尺寸一致；
(3)确认铵油炸药性能
铵油炸药为固态粉体，其组成为硝酸铵90％、柴油7％、木粉3％，均匀混合而成；
性能：爆炸速度2300～2800m/s,密度0.89g/cm3，爆炸力2000～2300MPa；
(4)工艺配置安装
①平整土质地面
在空旷处土质地面上进行平整，地面呈矩形，尺寸为6000mm×3000mm，周边10m处不得有物体；
②堆积砂粒
在平整的土质地面中间位置堆积砂粒，底部尺寸为700mm×400mm，砂粒高度为600mm，顶部平面尺寸为650mm×350mm，成阶梯状；
③置放基板—镁合金板
将基板—镁合金板平整置于砂粒顶部，并与砂粒、地面平行；
④置放间隙柱—铝箔片
将1.5mm高的六块间隙柱等间距置放于基板的周边端部，与基板保持垂直；
⑤置放中间板—铝合金板
将铝合金板平行置放于间隙柱铝箔片上，并与基板保持平行；
⑥置放间隙柱—铝箔片
将6mm高的六块间隙柱等间距置放于中间板—铝合金板的周边端部，与中间板保持垂直；
⑦置放复板—钛合金板
将复板—钛合金板平行置放于间隙柱铝箔片上，并与基板和中间板保持平行；
⑧在复板上部涂覆缓冲保护层黄油
将黄油用毛刷均匀涂覆在复板上部，黄油层厚度为1mm；
⑨置放药框及铵油炸药
将预制的矩形药框平行置放在黄油层上部，并与黄油粘连，以使复板上部的铵油炸药与空气隔绝；将铵油炸药均匀置于药框内，在布药过程中用钢板尺监测炸药厚度，并保证铺置的药层厚度均匀；
⑩安装雷管及引线
在药框内铵油炸药角部安装雷管，并固牢；将雷管引线接出爆炸现场50m处，为爆炸安全距离；
爆炸现场及周边保持干燥，相对湿度≤10％；
(5)爆炸成型
①用电雷管引爆器通过引线引爆电雷管，铵油炸药瞬时发生爆炸；
②炸药爆炸产生的爆炸冲击波瞬间冲击中间板，再次传递冲击复板，复板向中间板和基板高速运动，使间隙柱向周边飞出，复板、中间板和基板发生强烈碰撞接触，使复板与中间板、基板在瞬间完成焊接，成镁铝钛合金复合板；
(6)清理爆炸成型现场
将爆炸焊接后的现场进行清理，清除砂粒，保存爆炸成型的镁铝钛合金复合板；
(7)超声波探伤镁铝钛合金复合板
将爆炸成型的镁铝钛合金复合板用超声波探伤仪测定爆炸焊接的结合程度，超声波频率2.5MHz，爆炸焊接结合程度为96.8％；
(8)机械切割镁铝钛合金复合板，并打磨
将镁铝钛合金复合板置于钢质平板上，用机械切割周边，成规则形状；
将切割后的矩形镁铝钛合金复合板用砂纸打磨正反表面及周边，使正反表面及周边光洁；
(9)中温回火
将打磨后的镁铝钛合金复合板置于回火炉中，回火温度350℃±5℃，回火时间2h，以消除内应力及结合表面缺陷；
中温回火后关闭回火炉，然后随炉冷却至25℃；
(10)清理、清洗
将回火后的镁铝钛合金复合板用砂纸打磨表面及周边各部氧化层，然后用无水乙醇擦洗表面及周边各部，使其洁净；
(11)检测、分析、表征
对爆炸焊接成型后的镁铝钛合金复合板的形貌、界面金相组织、结合强度进行检测、分析、表征；
用光学显微镜进行金相组织分析；
用扫描电镜进行界面元素扩散分析；
用电子万能试验机进行结合强度测试；
结论：爆炸焊接成型的镁铝钛合金复合板为灰黑色板形，镁铝界面呈大波纹形貌紧密结合，铝钛界面呈小波纹形貌紧密结合，无过度熔化及分层现象，镁铝钛复合板的三层界面剪切强度达到150MPa，爆炸焊接结合程度为96.8％。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁合金板的性能需求与铝合金板、钛合金板进行爆炸焊接成型，采用铵油炸药，在地面砂粒上进行瞬时爆炸焊接成型，此爆炸焊接方法成型速度快、界面结合牢固、界面剪切强度好、结合率高、可控性好，镁铝钛复合板的三层界面剪切强度达150MPa，爆炸焊接结合程度为96.8％，焊接过程安全可靠，是制备镁铝钛合金复合板的可靠有效方法。
附图说明
图1镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型状态图
图2镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型后界面结合处形貌图
图3镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型后结合界面金相组织图
图4镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型镁铝、铝钛界面线形扫描图
图中所示，附图标记清单如下：
1、电雷管引爆器，2、屏蔽电缆，3、电雷管，4、铵油炸药，5、炸药框架，6、黄油缓冲保护层，7、钛合金复板，8、第二层间隙柱，9、铝合金中间板，10、第一层间隙柱，11、镁合金基板，12、砂粒基座，13、土质地面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1所示，为镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型状态图，各部位置要正确，按量配制，按序操作。
爆炸成型焊接使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫米、毫升为计量单位。
镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型是在空旷的土质地面上进行的，是在砂粒基础上置放镁合金基板、间隙柱、铝合金中间板、间隙柱、钛合金复板、黄油缓冲保护层、炸药框架、铵油炸药、电雷管、屏蔽电缆、电雷管引爆器，是在铵油炸药的爆炸下瞬时完成的；
土质地面13为矩形，周边尺寸为6000mm×3000mm，地面平整；在土质地面13的上部为砂粒基座12，砂粒基座12厚度为600mm，长度700mm，宽度400mm，呈矩形，由砂粒堆积而成；在砂粒基座12的上部水平放置镁合金基板11，在镁合金基板11上部等间距放置6块第一层间隙柱10；在第一层间隙柱10上部平行置放铝合金中间板9，在铝合金中间板9上部置放第二层间隙柱8，在第二层间隙柱8上平行置放钛合金复板7，在钛合金复板7上部均匀涂覆黄油缓冲保护层6，黄油缓冲保护层6厚度为1mm，在黄油缓冲保护层6上部平整置放炸药框架5，在炸药框架5内均匀置放铵油炸药4，在铵油炸药4的左角部置放电雷管3，电雷管3连接屏蔽电缆2，屏蔽电缆2连接电雷管引爆器1，屏蔽电缆2长度为50m。
图2所示，为镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型后界面结合处形貌图，由图可见：爆炸焊接成型后镁铝钛合金复合板中镁铝界面呈大波状界面形貌，铝钛界面呈小波状界面形貌，界面处均无裂纹、空洞，镁铝钛合金复合板金属层均匀紧密结合。
图3所示，为镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型后结合界面显微组织图，由图可知：结合界面发生剧烈的塑性变形，无过度熔化及分层现象，镁、铝、钛合金金属紧密结合在一起。
图4所示，为镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型后镁铝界面和铝钛界面的SEM线扫描图，其中a图为钛板和铝板结合界面，b图为铝板和镁板结合界面，镁铝界面和铝钛界面均出现了扩散界面，扩散区分别为2.2μm和1μm。

Claims (2)

1.一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁合金板、铝合金板、钛合金板、铵油炸药、雷管、屏蔽电缆、铝箔片、黄油、砂纸、砂粒、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫米、毫升为计量单位
镁铝钛合金复合板爆炸焊接成型方法如下：
(1)打磨基板、中间板、复板的待焊接表面
确认镁合金板为基板，铝合金板为中间板，钛合金板为复板；
①将镁合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，去除表面氧化膜，使表面光洁、平整，表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm，然后用无水乙醇擦洗正反表面及周边，使其洁净；
②将铝合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，去除表面氧化膜，使表面光洁、平整，表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm，然后用无水乙醇擦洗正反表面及周边，使其洁净；
③将钛合金板置于钢质平板上，用砂纸打磨正反表面及周边，去除表面氧化膜，使表面光洁、平整，表面粗糙度为Ra1.25～2.5μm，然后用无水乙醇擦洗正反表面及周边，使其洁净；
(2)卷制间隙柱
①将铝箔片置于钢质平板上，用夹钳卷制成圆筒状，成Φ8mm×0.5mm×6mm，共6块，各块尺寸一致；
②将铝箔片置于钢质平板上，用夹钳卷制成圆筒状，成Φ8mm×0.5mm×1.5mm，共6块，各块尺寸一致；
(3)确认铵油炸药性能
铵油炸药为固态粉体，其组成为硝酸铵90％、柴油7％、木粉3％，均匀混合而成；
性能：爆炸速度2300～2800m/s,密度0.89g/cm3，爆炸力2000～2300MPa；
(4)工艺配置安装
①平整土质地面
在空旷处土质地面上进行平整，地面矩形，尺寸为6000mm×3000mm，周边10m处不得有物体；
②堆积砂粒
在平整的土质地面中间位置堆积砂粒，底部尺寸为700mm×400mm，砂粒高度为600mm，顶部平面尺寸为650mm×350mm，成阶梯状；
③置放基板—镁合金板
将基板—镁合金板平整置于砂粒顶部，并与砂粒、地面平行；
④置放间隙柱—铝箔片
将1.5mm高的六块间隙柱等间距置放于基板的周边端部，与基板保持垂直；
⑤置放中间板—铝合金板
将铝合金板平行置放于间隙柱铝箔片上，并与基板保持平行；
⑥置放间隙柱—铝箔片
将6mm高的六块间隙柱等间距置放于中间板—铝合金板的周边端部，与中间板保持垂直；
⑦置放复板—钛合金板
将复板—钛合金板平行置放于间隙柱铝箔片上，并与基板和中间板保持平行；
⑧在复板上部涂覆缓冲保护层黄油
将黄油用毛刷均匀涂覆在复板上部，黄油层厚度为1mm；
⑨置放药框及铵油炸药
将预制的矩形药框平行置放在黄油层上部，并与黄油粘连，以使复板上部的铵油炸药与空气隔绝；将铵油炸药均匀置于药框内，在布药过程中用钢板尺监测炸药厚度，并保证铺置的药层厚度均匀；
⑩安装雷管及引线
在药框内铵油炸药角部安装雷管，并固牢；将雷管引线接出爆炸现场50m处，为爆炸安全距离；
爆炸现场及周边保持干燥，相对湿度≤10％；
(5)爆炸成型
①用电雷管引爆器通过引线引爆电雷管，铵油炸药瞬时发生爆炸；
②炸药爆炸产生的爆炸冲击波瞬间冲击中间板，再次传递冲击复板，复板向中间板和基板高速运动，使间隙柱向周边飞出，复板、中间板和基板发生强烈碰撞接触，使复板与中间板、基板在瞬间完成焊接，成镁铝钛合金复合板；
(6)清理爆炸成型现场
将爆炸焊接后的现场进行清理，清除砂粒，保存爆炸成型的镁铝钛合金复合板；
(7)超声波探伤镁铝钛合金复合板
将爆炸成型的镁铝钛合金复合板用超声波探伤仪测定爆炸焊接的结合程度，超声波频率2.5MHz，爆炸焊接结合程度为96.8％；
(8)机械切割镁铝钛合金复合板，并打磨
将镁铝钛合金复合板置于钢质平板上，用机械切割周边，成规则形状；
将切割后的方形镁铝钛合金复合板用砂纸打磨正反表面及周边，使正反表面及周边光洁；
(9)中温回火
将打磨后的镁铝钛合金复合板置于回火炉中，回火温度350℃±5℃，回火时间2h，以消除内应力及结合表面缺陷；
中温回火后关闭回火炉，然后随炉冷却至25℃；
(10)清理、清洗
将回火后的镁铝钛合金复合板用砂纸打磨表面及周边各部氧化层，然后用无水乙醇擦洗表面及周边各部，使其洁净；
(11)检测、分析、表征
对爆炸焊接成型后的镁铝钛合金复合板的形貌、界面金相组织、结合强度进行检测、分析、表征；
用光学显微镜进行金相组织分析；
用扫描电镜进行界面元素扩散分析；
用电子万能试验机进行结合强度测试；
结论：爆炸焊接成型的镁铝钛合金复合板为灰黑色板形，镁铝界面呈大波纹形貌紧密结合，铝钛界面呈小波纹形貌紧密结合，无过度熔化及分层现象，镁铝钛复合板的三层界面剪切强度达到150MPa，爆炸焊接结合率为96.8％。
2.根据权利要求1所述的一种镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型方法，其特征在于：所述的镁铝钛合金复合板的爆炸焊接成型是在空旷的土质地面上进行的，是在砂粒基础上置放镁合金基板、第一层间隙柱、铝合金中间、第二层间隙柱、钛合金复板、黄油缓冲保护层、炸药框架、铵油炸药、电雷管、屏蔽电缆、电雷管引爆器，在铵油炸药的爆炸下瞬时完成的；
土质地面(13)为矩形，周边尺寸为6000mm×3000mm，地面平整；在土质地面(13)的上部为砂粒基座(12)，砂粒基座(12)厚度为600mm，长度700mm，宽度400mm，呈矩形，由砂粒堆积而成；在砂粒基座(12)的上部水平放置镁合金基板(11)，在镁合金基板(11)上部等间距置放6块第一层间隙柱(10)；在第一层间隙柱(10)上部平行置放铝合金中间板(9)，在铝合金中间板(9)上部等间距置放6块第二层间隙柱(8)，在第二层间隙柱(8)上平行置放钛合金复板(7)，在钛合金复板(7)上部均匀涂覆黄油缓冲保护层(6)，黄油缓冲保护层(6)厚度为1mm，在黄油缓冲保护层(6)上部平整置放炸药框架(5)，在炸药框架(5)内均匀置放铵油炸药(4)，在铵油炸药(4)的左角部置放电雷管(3)，电雷管(3)连接屏蔽电缆(2)，屏蔽电缆(2)连接电雷管引爆器(1)，屏蔽电缆(2)长度为50m。
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