CN106964892A - 一种大面积复合板爆炸焊接生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，包括以下步骤：1）拼焊、退火、校平，对复板进行拼焊，对基板进行退火，分别对对基板和复板进行校平；2）抛光；3）涂抹保护层，在步骤2）的复板表面人工涂上保护层，保护层厚度为0.5‑1.5mm；4）布置间隙柱，将复板放置于基板上，并在复板与基板之间布置若干间隙柱，且布置于中间部位的间隙柱与布置于外围的间隙柱的安装角度α为0.7^o‑2^o；5）布置药框，沿复板边缘一圈上布置药框，药框内均匀布上低爆速炸药；6）插入雷管，起爆，完成焊接；7）后期处理，本发明能够有效解决爆炸焊接生产大面积复合板时，由于基、复板间空气层未及时排出，造成的不复合等质量问题。

Description

一种大面积复合板爆炸焊接生产工艺

技术领域

本发明涉及爆炸焊接生产工艺技术领域，特别涉及一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺。

背景技术

近年来, 随着工业技术的发展,越来越多的金属复合材料凭借其优异的性能和低廉的价格，受到人们的亲睐，发展迅猛，正在众多领域逐渐取代单一金属材料的应用。

爆炸焊接是生产金属复合板的方法之一，其工艺简单、适用性强，可生产200多种金属复合板。产品已广泛地应用于石油化工、航空航天、汽车、电子、结构装饰、环保等领域,在这些应用领域中,使用大面积复合板可降低焊接费用、减少焊接缺陷、缩短设备制造工期、提高生产效率，其市场需求量较大。随着装备制造技术及爆炸焊接技术的不断发展，多品种、多规格、大面积已成为爆炸复合材料发展的趋势。

然而在大面积爆炸复合板的生产中，界面结合率往往达不到预定要求，除边界效应引起的不复合缺陷外，还可以发现在复合板面上随机分散着界面熔化、鼓包等不良现象，严重影响了复合板的整体质量，增加了产品的制造成本，实践证明，其原因是在爆炸焊接过程中，随着碰撞点的移动，复板与基板间隙中的空气层没有完全被排出，空气层将待焊接和待撞击的两层金属阻隔开来，致使爆炸焊接过程不能顺利进行。另外，部分未及时排出的空气经过绝热压缩使基、复板间出现大面积的熔化，鼓包，以致焊接失败或者焊接质量降低。

已公布的专利《局部爆炸焊接方法》、《超长超宽复合板爆炸焊接工艺》虽然均可以解决大面积复合板爆炸焊接的缺陷问题，但前者结构装置复杂、工艺繁琐、操作不便，后者布药工艺采用分段式布药，布药工艺繁琐。因此，急需一种工艺简单、适用性强的大面积复合板生产工艺，顺应爆炸焊接复合板的发展趋势，满足人类对各种新材料的应用需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决爆炸焊接生产大面积复合板时，由于基、复板间的空气层未及时有效排出，造成的不复合、鼓包等质量缺陷问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，包括以下步骤：

1）拼焊、退火、校平，对复板进行拼焊，对基板进行退火，分别对对基板和复板进行校平；

2）抛光，采用抛光设备分别对步骤1）的基板和复板待复合面进行表面清理，抛光至表面的粗糙度Ra≤0.0065mm；

3）涂抹保护层，在步骤2）的复板表面涂上保护层，保护层厚度为0.5-1.5mm；

4）布置间隙柱，将复板放置于基板上，并在复板与基板之间布置若干间隙柱，间隙柱之间保持间隔115-150mm，布置于中间部位的间隙柱高度小于布置于外围的间隙柱的高度，其中，布置于中间部位的间隙柱与布置于外围的间隙柱的安装角度α为0.7^o-2^o，其中，中间部位的间隙柱的高度通过以下公式计算:

h=0.2 (δ₁+δ₀)，

δ₁—复板厚度，

δ₀— 炸药厚度；

5）布置药框，沿复板边缘一圈上布置药框，药框内均匀布上低爆速炸药，其中，所述炸药的单位面积装药量通过以下公式计算:

W_g=K_g﹒(ρ₁δ₁)^0.5

W_g—单位面积装药量，g/cm²

K_g— 计算系数,取决于材料的性能；

ρ₁—复板的密度, g/cm³;

δ₁— 复板的厚度，cm，

其中，炸药厚度通过以下公式计算:

δ₀= W_g／ρ₀，

δ₀— 炸药厚度，

W_g—单位面积装药量，

ρ₀—炸药的密度；

6）插入雷管，低爆速炸药的中心部位上插入雷管，起爆，完成焊接；

7）后期处理：

a. 超声波检测，利用超声波检测设备对形成的复合板进行检测，检测爆炸焊接后的复合板的未结合区的位置和大小;

b. 热处理，通过热处理，消除复合板的加工硬化；

c. 校平，经校平处理后的复合板不平度≤9mm；

d. 切边，切除边部缺陷区，切除毛边；

e. 抛光处理，使用抛光机将复合板表面抛光到NO.1级别。

其中，步骤1）中，经校平处理后的基板整板不平度≤15㎜，复板整板不平度≤6㎜

为了更好的保护复板表面光洁度，防止爆炸时损伤复板，所述的保护层为黄油或水玻璃。

其中，低爆速炸药为多孔粒铵油炸药。

本发明的有益效果是：由于采用中心部位作为起爆点，在爆炸时，爆炸所产生的能量是从复板中心部位向两边释放，因此，复板与基板结合是从中间部位开始，即首先是复板与基板中间部位相互贴合，在贴合过程中，将其中的空气向外挤出，而由于，在复板与基板之间布置有若干间隙柱，且布置于中间部位的间隙柱高度小于布置于外围的间隙柱高度的设计，因此，在快速的爆炸过程中，由于不同高度的间隙柱的支撑作用，复板的中间部位向基板方向变形，成为弧形板面，在持续的熔化变形过程中，复板首先将中间部位的间隙柱熔化挤压，之后与基板结合，然后逐渐由内向外，将外围的间隙柱熔化挤压，之后与基板结合，在这个过程中，复板与基板之间的空气，由中心向四周依次被挤出，直至全部被排除，有效地避免了爆炸复合过程中，由于空气没有排出，造成的复合板鼓包、不复合、表面熔化等质量缺陷问题，提高了爆炸焊接界面结合率和结合强度。

附图说明

图1是本发明的原理图。

其中，1. 基板，2. 复板，3. 间隙柱，4. 低爆速炸药，5. 雷管。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，其具体步骤如下：

复板2选用SUS30408，厚度3mm，拼焊成宽度2660 mm，长度9060mm后进行焊缝修磨，再进行校平，校平处理后整板不平度≤6㎜，基板1选用Q245R，厚度20mm，宽度2600mm，长度9000mm，进行退火、校平处理，校平处理后整板不平度≤15㎜；

采用砂轮机对基板1、复板2待复合面进行表面清理，消除氧化铁皮、凹坑等缺陷，只至露出新鲜的金属表面基体，抛光至表面的粗糙度Ra≤0.0065mm；

在复板2上表面涂上1.5mm厚的水玻璃；

将复板2放置于基板1上，并在复板2与基板1之间布置若干间隙柱3，间隙柱3之间的间隔距离为150mm，中间区域采用8mm高M型黄铜材质间隙柱3，外围区域采用10 mm高M型黄铜材质间隙柱3，其中，间隙住的高度确定如下：

中间区域间隙住根据公式：h=0.2 (δ₁+δ₀)，

δ₁—复板厚度，取3mm；

δ₀— 炸药厚度，取37mm；

经计算h=8mm，安装角取0.7°，则外围区域间隙住的高度h₁=8+150×tan0.7=10mm；

复板2上部布置药框，沿复板2边缘一圈上布置药框，药框内均匀布上多孔粒铵油炸药，单位面积装药量经计算，可得W_g=2.24 g/cm²，复板2面积计算可得，2660×9060﹦20475600mm²﹦204756 cm²，204756×2.24﹦458653.44 g，炸药厚度经计算，可得δ₀=3.7cm，即在药框内布置厚3.7cm，458653.44 g的多孔粒铵油炸药，爆速ν=2250m/s，密度ρ=0.61g/cm³，

单位面积装药量通过以下公式计算:

W_g=K_g﹒(ρ₁δ₁)^0.5

W_g—单位面积装药量，g/cm²

K_g— 计算系数,取决于材料的性能,不锈钢取1.45；

ρ₁—复板的密度, 7.93g/cm³;

δ₁— 复板的厚度， 0.3cm；

经计算W_g=2.24 g/cm²

其中，炸药厚度通过以下公式计算:

δ₀= W_g／ρ₀，

δ₀— 炸药厚度，cm

W_g—单位面积装药量，2.24 g/cm²

ρ₀—炸药的密度；0.61g/cm³

经计算δ₀=3.7cm；

采用中心起爆法，即在多孔粒铵油炸药的中心部位插入8#工业电雷管，连线警戒后进行起爆，完成爆炸焊接；

⑦对爆炸后的复合板进行超声波检测、热处理、校平、切边、抛光处理。

采用此爆炸焊接工艺制备的大面积复合板，经超声波检测，其界面结合率能够达到99.2%，经力学性能检测，剪切强度达到了375MPa，满足爆炸焊接质量要求。

实施例2

如图1所示，一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，其具体步骤如下：

复板2选用TA2，厚度8.0mm，宽度3100 mm，长度8100mm后进行焊缝修磨，再进行校平，校平处理后整板不平度≤6㎜；基板1选用Q345R，厚度40mm，宽度3160mm，长度8160mm，进行退火、校平处理，校平处理后整板不平度≤15㎜；

采用砂轮机对基板1、复板2待复合面进行表面清理，消除氧化铁皮、凹坑等缺陷，只至露出新鲜的金属表面基体，抛光至表面的粗糙度Ra≤0.0065mm；

在复板2上表面涂上0.5mm厚的黄油；

将复板2放置于基板1上，并在复板2与基板1之间布置若干间隙柱3，间隙柱3之间的间隔距离为115mm，中间区域采用10mm高N型黄铜材质间隙柱3，外围区域采用14 mm高N型黄铜材质间隙柱3。

间隙住的高度确定如下：

中间区域间隙住根据公式：h=0.2 (δ₁+δ₀)，

δ₁—复板厚度，8mm；

δ₀— 炸药厚度；45mm

经计算h=10.6mm，通常取1cm，安装角取2°，则外围区域间隙住的高度h₁=10+115×tan2=14mm。

复板2上部布置药框，沿复板2边缘一圈上布置药框，药框内均匀布上多孔粒铵油炸药，单位面积装药量经计算，可得W_g=2.24 g/cm²，复板2面积计算可得，3100×8100﹦25110000mm²﹦251100 cm²，251100×2.24﹦562464 g，炸药厚度经计算，可得δ₀=4.5cm，即在药框内布置厚4.5cm，562464 g的多孔粒铵油炸药，爆速ν=2400m/s，密度ρ=0.60g/cm³，

单位面积装药量通过以下公式计算:

W_g= K_g﹒(ρ₁δ₁)^0.5

W_g—单位面积装药量，g/cm²

K_g— 计算系数,取决于材料的性能,TA2取1.52；

ρ₁—复板的密度, 4.5g/cm³;

δ₁— 复板的厚度， 0.8cm；

经计算W_g=28.8 g/cm²

其中，炸药厚度通过以下公式计算:

δ₀= W_g／ρ₀，

δ₀— 炸药厚度，cm

W_g—单位面积装药量，28.8 g/cm²

ρ₀—炸药的密度；0.64g/cm³

经计算δ₀=4.5cm。

采用中心起爆法，即在多孔粒铵油炸药的中心部位插入8#工业电雷管，连线警戒后进行起爆，完成爆炸焊接。

⑦对爆炸后的复合板进行超声波检测、热处理、校平、切边、抛光处理。

采用此爆炸焊接工艺制备的大面积复合板，经超声波检测，其界面结合率能够达到99.2%，经力学性能检测，剪切强度达到了275MPa，满足爆炸焊接质量要求。

Claims (4)

1.一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）拼焊、退火、校平，对复板（2）进行拼焊，对基板（1）进行退火，分别对对基板（1）和复板（2）进行校平；

2）抛光，采用抛光设备分别对步骤1）的基板（1）和复板（2）待复合面进行表面清理，抛光至表面的粗糙度Ra≤0.0065mm；

3）涂抹保护层，在步骤2）的复板（2）表面涂上保护层，保护层厚度为0.5-1.5mm；

4）布置间隙柱（3），将复板（2）放置于基板（1）上，并在复板（2）与基板（1）之间布置若干间隙柱（3），间隙柱（3）之间保持间隔115-150mm，布置于中间部位的间隙柱（3）高度小于布置于外围的间隙柱（3）的高度，其中，布置于中间部位的间隙柱（3）与布置于外围的间隙柱（3）的安装角度α为0.7^o-2^o，其中，中间部位的间隙柱（3）的高度通过以下公式计算:

h=0.2 (δ₁+δ₀)，

δ₁—复板厚度，

δ₀— 炸药厚度；

5）布置药框，沿复板（2）边缘一圈上布置药框，药框内均匀布上低爆速炸药（4），其中，所述炸药的单位面积装药量通过以下公式计算:

W_g=K_g﹒(ρ₁δ₁)^0.5

W_g—单位面积装药量，g/cm²

K_g— 计算系数,取决于材料的性能；

ρ₁—复板的密度, g/cm³;

δ₁— 复板的厚度，cm，

其中，炸药厚度通过以下公式计算:

δ₀= W_g／ρ₀，

δ₀—炸药厚度，

W_g—单位面积装药量，

ρ₀—炸药的密度；

6）插入雷管（5），低爆速炸药（4）的中心部位上插入雷管（5），起爆，完成焊接；

7）后期处理：

a. 超声波检测，利用超声波检测设备对形成的复合板进行检测，检测爆炸焊接后的复合板的未结合区的位置和大小;

b. 热处理，通过热处理，消除复合板的加工硬化；

c. 校平，经校平处理后的复合板不平度≤9mm；

d. 切边，切除边部缺陷区，切除毛边；

e. 抛光处理，使用抛光机将复合板表面抛光到NO.1级别。

2.根据权利要求1所述的一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：步骤1）中，经校平处理后的基板（1）整板不平度≤15㎜，复板（2）整板不平度≤6㎜。

3.根据权利要求1所述的一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：所述的保护层为黄油或水玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种大面积爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：低爆速炸药为多孔粒铵油炸药。