CN106695108A - 一种铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型方法 - Google Patents

一种铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型方法，是针对镁合金力学性能低的情况，采用在镁合金板的两侧面用铝合金板加固，爆炸焊接成型，采用铵油炸药，在地坑内进行瞬时爆炸焊接，制成铝镁铝合金板，此爆炸焊接成型方法在地坑内，安全性能好，在地面下部，速度快，界面结合牢固，焊接后的铝镁铝合金复合板的界面剪切强度达160MPa，爆炸焊接结合度程度达98.6%，焊接过程安全可靠，是制备铝镁铝合金复合板的可靠有效方法。

Description

一种铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型方法
技术领域
本发明涉及一种铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型方法，属有色金属板形材料加工成型的技术领域。
背景技术
镁合金具有比重轻、比强度高、减震性能好、电磁屏蔽新能强的优点，在汽车、航空航天、电子工业中得到了广泛的应用；但镁合金强度低、硬度低、耐腐蚀性差，使应用受到了很大的局限。
为了改善镁合金的强度、硬度和耐腐蚀性能，常把镁合金和力学性能好的其他金属进行复合，制成复合板，以扩大应用范围。
镁合金复合板的加工方式有轧制成型、爆炸焊接复合，轧制是将镁合金板与其他有色金属板在辊轧机上成型，爆炸焊接是将镁合金板与其他有色金属板叠加，通过炸药爆炸波的瞬时高压、高温作用，推动基板与复板固相连接和冶金结合，制成有色金属复合板，但爆炸焊接成型工艺还存在诸多弊端，例如结合强度、均匀度、安全性能还有待进一步研究。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况，采用镁合金板为基板，铝合金板为双面复板，在爆炸基坑内进行爆炸焊接成型，制成铝镁铝合金复合板，以提高镁合金板的力学性能。
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、木板、铵油炸药、硝酸铵、柴油、木粉、雷管、引线、铝箔、黄油、砂粒、无水乙醇，其准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位
铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型方法如下：
(1)打磨并清洗镁合金板、铝合金板的待焊接表面，确认镁合金板为中间板、铝合金板为侧板；
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；
(2)卷制铝箔间隙柱
将铝箔置于钢质平板上，用夹钳卷制成圆筒状，成共12块，各块尺寸一致；
(3)制备木制卡具
将柳木板置于钢质平板上，用木锯制作卡具，卡具呈矩形槽状，竖板和底部横板要相互垂直，底部要平整，竖板和横板夹角为90°，卡具尺寸为900mm×500mm×300mm；
(4)制备铵油炸药
将硝酸铵8500g±10g，柴油800mL±10mL，木粉280g±10g置于不锈钢容器中，搅拌混合10min，成混合粉体；
铵油炸药性能：爆炸速度2300-2800m/s、密度0.89g/cm3、爆炸力2000-2300MPa；
(5)工艺配制安装
①挖地坑
在空旷平整地面上挖掘爆炸地坑，地坑呈矩形槽状，尺寸为900mm×500mm×300mm；
②安装木制卡具
将制备的木制卡具垂直置于地坑内，木制卡具槽底部横板与地坑地面平面接触，保证木制卡具在地坑内呈横平竖直状态；
③垂直置放中间镁合金板、两侧铝合金板
将镁合金板垂直置于木制卡具槽底部中间位置；
在镁合金板两侧部均匀涂覆黄油，黄油层厚度为1mm；
将铝箔间隙柱按上、下、左、右均匀置放在镁合金板两侧部，每侧部6个；
在铝合金板焊接面涂抹黄油，黄油厚度1mm；
将铝合金板垂直置于镁合金板两侧部，两侧部铝合金板与镁合金板上的铝箔间隙柱接触；
在两侧铝合金板外部涂覆黄油保护层，保护层厚度1mm；
④在两侧铝合金板与木制卡具之间置放铵油炸药，铵油炸药均匀置放、置满；
⑤在两侧部铵油炸药上部的中间位置安装电雷管；
两电雷管上部连接屏蔽电缆，屏蔽电缆长度60m；
屏蔽电缆与地面上部的电雷管控制器连接；
⑥在木质卡具外部的地坑内均匀疏松加满河沙；
(6)爆炸焊接成型
①操纵电雷管控制器，通过屏蔽电缆引爆两电雷管，铵油炸药瞬时爆炸；
②炸药爆炸产生的爆炸冲击波瞬时冲击两侧铝合金板，两侧铝合金板高速运动，黄油熔化消失，两侧间隙柱铝箔向周边飞出；
两侧铝合金板和中间镁合金板发生强烈碰撞接触，使两侧铝合金板与中间镁合金板瞬时完成焊接，成铝镁铝合金复合板；
(7)清理爆炸焊接成型现场
将爆炸焊接后现场进行清理，清除砂粒，保存爆炸焊接成型的铝镁铝合金复合板；
(8)机械切割铝镁铝合金复合板
将铝镁铝合金复合板置于钢质平板上，用机械切割周边及正反表面，使周边齐整，然后用砂纸打磨正反表面及周边，使其光洁；
(9)中温回火
将铝镁铝合金复合板置于热处理回火炉中，进行回火处理，回火温度350℃，回火时间120min，以消除焊接内应力及结合面缺陷；
(10)清理、清洗
将回火后的铝镁铝合金复合板用400目砂纸打磨周边及正反表面，使其光洁；
然后用无水乙醇清洗铝镁铝合金复合板，使周边及正反表面洁净；
(11)检测、分析、表征
对爆炸焊接成型后的铝镁铝合金复合板的形貌、界面金相组织、爆炸焊接面结合程度进行检测、分析、表征；
用超声波探伤仪测量爆炸焊接面的结合程度；
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X射线衍射法进行界面物相分析；
用电子万能试验机进行结合强度分析；
结论：爆炸焊接成型的铝镁铝合金复合板为银灰色板形，铝镁铝界面呈正弦波纹形形貌，结合紧密，无过渡熔化及分层现象，铝镁铝合金复合板的界面剪切强度达160MPa，爆炸焊接结合率达98.6％。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁合金板力学性能低的情况，采用在镁合金板的两侧面用铝合金板加固、爆炸焊接成型，采用铵油炸药，在地坑内进行瞬时爆炸焊接，制成铝镁铝合金复合板，此爆炸焊接成型方法在地坑内，安全性好，爆炸焊接速度快，界面结合牢固，界面剪切强度好、结合率高、可控性好，铝镁铝合金复合板的界面剪切强度达160MPa，爆炸焊接结合程度达98.6％，焊接过程安全可靠，是制备铝镁铝合金复合板的可靠有效方法。
附图说明
图1、铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型状态图
图2、铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型后界面结合形貌图
图3、铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型后界面显微组织形貌图
图4、铝镁铝合金复合板X射线衍射强度图谱
图5、铝镁铝合金复合板线扫描能谱图
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、镁合金板，4、上空位槽，5、左侧铝合金板，6、右侧铝合金板，7、左侧间隙柱，8、右侧间隙柱，9、左侧黄油保护层，10、右侧黄油保护层，11、左侧铵油炸药，12、右侧铵油炸药，13、第一电雷管，14、第二电雷管，15、木制卡具，16、砂粒，17、地坑，18、地平面。
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，为铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型状态图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。
铝镁铝合金复合板爆炸焊接使用的化学物质材料是按预先设置的范围确定的，以克、毫升、毫米为计量单位。
铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型在地坑内进行的，是在地坑内的木制卡具中，在铵油炸药的瞬时爆炸下完成的；
在地平面18上用铁锹挖制地坑17，地坑17呈矩形，在地坑17内垂直置放木制卡具15；木质卡具15呈矩形槽状，在木质卡具15内中间垂直置放镁合金板3，镁合金3上部为上空位槽4，在镁合金板3的左、右侧面均匀涂覆黄油层，黄油层厚度为1mm；在镁合金板3的左侧部置放左侧间隙柱7，左侧间隙柱7共6个，均间距置放，并由黄油粘连连接；在镁合金板3的右侧部置放右侧间隙柱8，右侧间隙柱8共6个，均间距置放，并由黄油粘连连接；在左侧间隙柱7左部垂直置放左侧铝合金板5，左侧铝合金板5右侧部涂覆黄油层1mm，并与左侧间隙柱7粘连；在右侧间隙柱8右部垂直置放右侧铝合金板6，右侧铝合金板6左侧部涂覆黄油层1mm，并与右侧间隙柱8粘连；在左侧铝合金板5左部涂覆左侧黄油保护层9，左侧黄油保护层9厚度为1mm，左侧黄油保护层9左部置放左侧铵油炸药11；在右侧铝合金板6右部涂覆右侧黄油保护层10，右侧黄油保护层10厚度为1mm，右侧黄油保护层10右部置放右侧铵油炸药12；在左侧铵油炸药11上部垂直置放第一电雷管13，在右侧铵油炸药12上部垂直置放第二电雷管14，第一电雷管13、第二电雷管14连接屏蔽电缆2，屏蔽电缆2连接电雷管引爆器1。
图2所示，为铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型后界面结合形貌图，图中所示，中间部位为镁合金板，两侧部为铝合金板，结合紧密，无缝隙，成合金复合板。
图3所示，为铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型后界面显微组织形貌图，图中可见，结合界面发生剧烈的塑性变形，无过渡熔化及分层现象，铝镁铝紧密结合在一起。
图4所示，为铝镁铝合金复合板X射线衍射强度图谱，图中所示，纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，图中所示，铝镁铝为最高峰，出现微量镁锌峰，铝镁之间未发生界面反应。
图5所示，为铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型后铝镁界面的线扫描能谱图，图中可见，铝镁界面出现了扩散界面，扩散区厚度为1.8μm。

Claims (2)

1.一种铝镁铝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、木板、铵油炸药、硝酸铵、柴油、木粉、雷管、引线、铝箔、黄油、砂粒、无水乙醇，其准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位
铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型方法如下：
(1)打磨并清洗镁合金板、铝合金板的待焊接表面，确认镁合金板为中间板、铝合金板为侧板；
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；
(2)卷制铝箔间隙柱
将铝箔置于钢质平板上，用夹钳卷制成圆筒状，成共12块，各块尺寸一致；
(3)制备木制卡具
将柳木板置于钢质平板上，用木锯制作卡具，卡具呈矩形槽状，竖板和底部横板要相互垂直，底部要平整，竖板和横板夹角为90°，卡具尺寸为900mm×500mm×300mm；
(4)制备铵油炸药
将硝酸铵8500g±10g，柴油800mL±10mL，木粉280g±10g置于不锈钢容器中，搅拌混合10min，成混合粉体；
铵油炸药性能：爆炸速度2300-2800m/s、密度0.89g/cm3、爆炸力2000-2300MPa；
(5)工艺配制安装
①挖地坑
在空旷平整地面上挖掘爆炸地坑，地坑呈矩形槽状，尺寸为900mm×500mm×300mm；
②安装木制卡具
将制备的木制卡具垂直置于地坑内，木制卡具槽底部横板与地坑地面平面接触，保证木制卡具在地坑内呈横平竖直状态；
③垂直置放中间镁合金板、两侧铝合金板
将镁合金板垂直置于木制卡具槽底部中间位置；
在镁合金板两侧部均匀涂覆黄油，黄油层厚度为1mm；
将铝箔间隙柱按上、下、左、右均匀置放在镁合金板两侧部，每侧部6个；
在铝合金板焊接面涂抹黄油，黄油厚度1mm；
将铝合金板垂直置于镁合金板两侧部，两侧部铝合金板与镁合金板上的铝箔间隙柱接触；
在两侧铝合金板外部涂覆黄油保护层，保护层厚度1mm；
④在两侧铝合金板与木制卡具之间置放铵油炸药，铵油炸药均匀置放、置满；
⑤在两侧部铵油炸药上部的中间位置安装电雷管；
两电雷管上部连接屏蔽电缆，屏蔽电缆长度60m；
屏蔽电缆与地面上部的电雷管控制器连接；
⑥在木质卡具外部的地坑内均匀疏松加满河沙；
(6)爆炸焊接成型
①操纵电雷管控制器，通过屏蔽电缆引爆两电雷管，铵油炸药瞬时爆炸；
②炸药爆炸产生的爆炸冲击波瞬时冲击两侧铝合金板，两侧铝合金板高速运动，黄油熔化消失，两侧间隙柱铝箔向周边飞出；
两侧铝合金板和中间镁合金板发生强烈碰撞接触，使两侧铝合金板与中间镁合金板瞬时完成焊接，成铝镁铝合金复合板；
(7)清理爆炸焊接成型现场
将爆炸焊接后现场进行清理，清除砂粒，保存爆炸焊接成型的铝镁铝合金复合板；
(8)机械切割铝镁铝合金复合板
将铝镁铝合金复合板置于钢质平板上，用机械切割周边及正反表面，使周边齐整，然后用砂纸打磨正反表面及周边，使其光洁；
(9)中温回火
将铝镁铝合金复合板置于热处理回火炉中，进行回火处理，回火温度350℃，回火时间120min，以消除焊接内应力及结合面缺陷；
(10)清理、清洗
将回火后的铝镁铝合金复合板用400目砂纸打磨周边及正反表面，使其光洁；
然后用无水乙醇清洗铝镁铝合金复合板，使周边及正反表面洁净；
(11)检测、分析、表征
对爆炸焊接成型后的铝镁铝合金复合板的形貌、界面金相组织、爆炸焊接面结合程度进行检测、分析、表征；
用超声波探伤仪测量爆炸焊接面的结合程度；
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X射线衍射法进行界面物相分析；
用电子万能试验机进行结合强度分析；
结论：爆炸焊接成型的铝镁铝合金复合板为银灰色板形，铝镁铝界面呈正弦波纹形形貌，结合紧密，无过渡熔化及分层现象，铝镁铝合金复合板的界面剪切强度达160MPa，爆炸焊接结合率达98.6％。
2.根据权利要求1所述的一种铝镁铝合金复合板爆炸焊接成型方法，其特征在于：铝镁铝合金复合板的爆炸焊接成型在地坑内进行的，是在地坑的木制卡具中，在铵油炸药的瞬时爆炸下完成的；
在地平面(18)上用铁锹挖制地坑(17)，地坑(17)呈矩形，在地坑(17)内垂直置放木制卡具(15)；木质卡具(15)呈矩形槽状，在木质卡具(15)内中间垂直置放镁合金板(3)，镁合金(3)上部为上空位槽(4)，在镁合金板(3)的左、右侧面均匀涂覆黄油层，黄油层厚度为1mm；在镁合金板(3)的左侧部置放左侧间隙柱(7)，左侧间隙柱(7)共6个，均间距置放，并由黄油粘连连接；在镁合金板(3)的右侧部置放右侧间隙柱(8)，右侧间隙柱(8)共6个，均间距置放，并由黄油粘连连接；在左侧间隙柱(7)左部垂直置放左侧铝合金板(5)，左侧铝合金板(5)右侧部涂覆黄油层1mm，并与左侧间隙柱(7)粘连；在右侧间隙柱(8)右部垂直置放右侧铝合金板(6)，右侧铝合金板(6)左侧部涂覆黄油层1mm，并与右侧间隙柱(8)粘连；在左侧铝合金板(5)左部涂覆左侧黄油保护层(9)，左侧黄油保护层(9)厚度为1mm，左侧黄油保护层(9)左部置放左侧铵油炸药(11)；在右侧铝合金板(6)右部涂覆右侧黄油保护层(10)，右侧黄油保护层(10)厚度为1mm，右侧黄油保护层(10)右部置放右侧铵油炸药(12)；在左侧铵油炸药(11)上部垂直置放第一电雷管(13)，在右侧铵油炸药(12)上部垂直置放第二电雷管(14)，第一电雷管(13)、第二电雷管(14)连接屏蔽电缆(2)，屏蔽电缆(2)连接电雷管引爆器(1)。
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