CN107252965B - 一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法 - Google Patents

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    • B23K20/08—Explosive welding

Abstract

本发明涉及一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，包括如下步骤：a.设置一个操作台，所述操作台上自下而上依次设置有基板、薄片或膜状的金属复板、含能工质盒，所述基板与复板之间存在间隙，所述含能工质盒为四个侧面组成的框形结构；b.在含能工质盒中填充含能工质，所述含能工质覆盖于复板的上表面；c.将激光聚焦能量作用于含能工质，诱导含能工质迅速发生热分解以应，产生冲击波，从而驱动复板朝向基板高速运动，形成基、复板间按照激光的轨迹进行高速的碰撞实现焊接。本发明可实现薄片（膜）复板与基体非完整性面－面、线－线焊接，为蜂窝结构、层间导电增强纳米线、电子封装界面间的基体与薄片（膜）连接提供方案。

Description

一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法
技术领域
本发明属于金属薄带与基体复合技术领域，是一种金属薄带与基体复合的精密控制关键技术，具体的说，是涉及一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法。
背景技术
爆炸焊接（explosive welding）是一种固相焊接方法，利用炸药爆炸产生的冲击力造成焊件的迅速碰撞，实现连接焊件，焊缝形成在两层或多层同种或异种金属材料间，通常用于异种金属之间的焊接，如钛、铜、铝、钢等金属之间的焊接，可以获得强度很高的焊接接头。而这些化学成分和物理性能各异的金属材料的焊接，用其他的焊接方法很难实现。现代工业需要多种多样的金属复合材料，爆炸焊接工艺应运而生。
爆炸焊接技术制备的金属复合板材可将异质金属物理、化学、力学等优良特性形成互补，可实现耐腐蚀、耐磨损及比强度高、节约贵金属等功能设计，作为结构材料在石油、化工管道、压力容器、舰船、核工业及军用装甲等诸多领域得到广泛应用，形成较大的产业。然而随着工业科技的发展，对结构材料提出了更高的要求，而爆炸焊接金属复合板制备通常在野外实施，存在工艺可控性差，受气候、环境影响大及制约因素众多，所制备的材料品质均一性弱，对贵金属实施的复合成品率较低等缺点，而且不适宜连续化生产，难以实施微小尺度的复合制备，使得爆炸焊接技术的推广受到限制。
鉴于此，本发明旨在开发一种激光诱导含能工质热分解可控爆炸焊接方法，可将爆炸焊接制备场地从野外移至车间，一方面克服其制备过程受气候、环境影响大及制约因素众多，可控性及精密性差等缺点，另一方面传承其生产效率高，可实施线－线、面－面大尺寸连接且快速等优点。
针对本案中出现的专业术语做如下解释：
爆轰：又称爆震，它是一个伴有大量能量释放的化学反应传输过程。反应区前沿为一以超声速运动的激波，称为爆轰波。爆轰波扫过后，介质成为高温高压的爆轰产物。能够发生爆轰的系统可以是气相、液相、固相或气－液、气－固和液－固等混合相组成的系统。
爆轰的临界尺寸：指的是爆炸能稳定传播的最小装药直径。
含能工质：能够被能量激发迅速产生热分解的工质。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：
一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，包括如下步骤：
a.设置一个操作台，所述操作台上自下而上依次设置有基板、复板、含能工质，所述复板为厚度为微米量级的金属薄片或薄膜类结构材料，所述基板与复板之间存在间隙，所述含能工质盒为四个侧面组成的框形结构；
b.在含能工质盒中填充含能工质，所述含能工质覆盖于复板的上表面；
c.将激光聚焦能量作用于含能工质，诱导含能工质迅速发生热分解反应，产生冲击波，从而驱动复板朝向基板高速运动，形成基、复板间按照激光的轨迹进行高速的碰撞实现焊接。
所述基板与复板之间的间隙由两块板表面的粗糙度颗粒自然形成。
所述基板为电路板或蜂窝材料板或铺设有导电增强纳米线的金属板。
所述含能工质为液体或胶状工质。
所述含能工质为单质、混合、高爆速或低爆速含能工质中的一种或几种的混合物。
所述含能工质的厚度小于其稳定爆轰所需的临界厚度。
所述激光聚焦能量可根据焊接区域规划路线进行移动，从而实现复板与基板的焊接区域与焊接图线的精确控制。
本发明的有益效果在于：
（1）可根据焊接区域设计规划，通过匹配激光移动线路，实现薄片（膜）复板与基体非完整性面－面、线－线焊接，为蜂窝结构、层间导电增强纳米线、电子封装界面间的基体与薄片（膜）连接提供方案。
（2）采用激光诱导，区别于爆炸焊接的可控性差，无成套装备、制备场地要求高等缺点，采用本发明实施的工艺具有精确可控性，可在实验室或生产车间实现薄片（膜）平方米级到平方毫米，甚至平方微米量级的结构材料连接。
（3）激光作为含能工质热分解自持反应诱导能量，一方面利用其具有的较高能量密度方可触发含能工质热分解，以保证整个工艺方案具有较好的稳定性；另一方面又不完全依赖于激光能量驱动薄壁与基体材料进行连接，以克服激光脉冲能量局限，实现高效的线－线与面－面结构连接。
（4）可对毫、微米级厚度的薄层复板进行含能工质涂覆厚度匹配设计，并与诱导激光聚焦能量结合，实现对焊接驱动能量的按需设计，从而区别于现有爆炸焊接技术装药厚度必须大于炸药稳定爆轰所需要最小尺寸（对毫、微米级厚度的薄层复板而言，存在能量过剩），为微米级厚度薄片（膜）与基体间面－面、线－线焊接提供解决方案。
附图说明
下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。
图1为本发明一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法的结构示意图；
图2为图1纵截面示出的本发明一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法的原理图；
图中，1为操作台，2为基板，3为间隙，4为复板，5为含能工质，6为含能工质盒，7为激光移动路径，8激光聚焦能量，9为基板与复板相对表面之间自然存在的粗糙度颗粒，10为爆炸气体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1-2。
本发明公开了一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，包括如下步骤：
a.设置一个操作台1，所述操作台1上自下而上依次设置有基板2、薄片或膜状的金属复板4、含能工质盒6，所述基板1与复板4之间存在间隙，所述含能工质盒6为四个侧面组成的框形结构；
b.在含能工质盒6中填充含能工质5，所述含能工质5覆盖于复板4的上表面；
c.将激光聚焦能量8作用于含能工质，诱导含能工质迅速发生热分解反应，产生冲击波，从而驱动复板4朝向基板2高速运动，形成基、复板间按照激光的轨迹进行高速的碰撞实现焊接。且当撤去激光能量（或未受激光能量作用区域）作用，含能工质不发生热分解，相应区域无驱动能量作用，从而实现精确控制薄片与基体结构材料的连接。
该方法针对精密器件结构存在的薄片或膜状金属复板与基板的面-面、线-线焊接要求，液体或胶状含能工质涂覆于薄片或膜状金属上表面，利用激光聚焦能量8诱导含能工质5热分解，形成爆炸冲击波，驱动复板高速运动，并与基板碰撞，实现面-面或线-线焊接。诱导激光聚焦能量的作用一方面触发含能工质热分解而形成爆炸冲击波；另一方面对小于稳定爆轰所需尺寸的含能工质进行能量补给以维持其稳定的热分解。
所述基板2与复板4之间的间隙3由两块板表面的粗糙度颗粒9自然形成。
所述基板2为电路板或蜂窝材料板或铺设有导电增强纳米线的金属板等，推而广之，一切对冲击变形较为敏感的结构，也即焊接后不宜再进行修整加工的结构材料等均可被选择和使用。
所述复板为厚度为微米量级的金属薄片或薄膜类单位面积质量极小的结构材料，其实现爆炸焊接所要求的驱动能量较低，通常导致对应能量配匹的含能工质铺设厚度小于临界爆轰所需最小尺寸。所述含能工质5为液体或胶状工质，以克服粉末状或颗粒状炸药爆炸焊接铺设密实度与厚度的不均匀性，从而使热分解形成的爆炸冲击波特征参数均匀、一致。
所述含能工质为单质、混合、高爆速或低爆速含能工质中的一种或几种的混合物，无品种、爆速特殊要求。如硝酸铵胶质炸药、硝化甘油胶质炸药等。由于薄片或膜状的金属复板4单位面积质量较小，实现爆炸焊接所需的驱动能量较低，使得合理的装药设计要求的含能工质涂覆厚度一般小于其稳定爆轰所需的临界厚度；因此，为了实现爆炸焊接过程的可控，必须使涂覆于复板上表面的含能工质5的厚度小于其稳定爆轰所需的临界厚度。由于涂覆于复板上表面的含能工质厚度较薄，低于其稳定爆轰所要求的涂覆厚度，当激光聚焦能量于含能工质时能触发热分解形成爆炸冲击波，而当激光撤去时，含能工质热分解旋即停止。
所述聚焦能量的诱导激光可根据焊接区域规划路线进行移动，从而实现复板4与基板2的焊接区域与焊接图线的精确控制。
本发明是针对野外实施爆炸焊接复合板制备存在工艺可控性差，受气候、环境影响大及制约因素众多，所制备的材料品质均一性弱，对贵金属实施的复合成品率较低，不适宜连续化生产等缺点，开发的激光诱导含能工质热分解可控爆炸焊接方法。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.设置一个操作台（1），所述操作台（1）上自下而上依次设置有基板（2）、复板（4）、含能工质盒（6），所述复板（4）为厚度为微米量级的金属薄片，所述基板（2）与复板（4）之间存在间隙（3），所述含能工质盒（6）为四个侧面组成的框形结构；
b.在含能工质盒（6）中填充含能工质（5），所述含能工质（5）覆盖于复板（4）的上表面,所述含能工质的厚度小于其稳定爆轰所需的临界厚度；
c.将激光聚焦能量（8）作用于含能工质，诱导含能工质迅速发生热分解反应，产生冲击波，从而驱动复板（4）朝向基板（2）高速运动，形成基、复板间按照激光的轨迹进行高速的碰撞实现焊接。
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，其特征
在于：所述基板（2）与复板（4）之间的间隙（3）由两块板表面的粗糙度颗粒（9）自然形成。
3.根据权利要求1所述的一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，其特征
在于：所述基板（2）为电路板或蜂窝材料板或铺设有导电增强纳米线的金属板。
4.根据权利要求1所述的一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，其特征
在于：所述含能工质（5）为液体或胶状工质。
5.根据权利要求4所述的一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，其特征
在于：所述含能工质（5）为单质、混合、高爆速或低爆速含能工质中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种激光诱导含能工质热分解的可控爆炸焊接方法，其特征
在于：所述激光聚焦能量（8）可根据焊接区域规划路线进行移动，从而实现复板（4）与基板（2）的焊接区域与焊接图线的精确控制。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109454322B (zh) * 2018-12-06 2021-02-09 南昌大学 模块化爆炸焊接炸药装药单元及其模块化装药拼铺方法
CN115138958B (zh) * 2022-07-06 2023-08-08 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 水下双面金属复合板爆炸焊接方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4752455A (en) * 1986-05-27 1988-06-21 Kms Fusion, Inc. Pulsed laser microfabrication
DE10155246A1 (de) * 2001-11-09 2003-07-17 Schneider Alexander Verfahren und Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung von Werkstücken
CN1751820A (zh) * 2005-08-31 2006-03-29 江苏大学 激光冲击爆炸成形的方法和装置
CN1792545A (zh) * 2005-08-31 2006-06-28 江苏大学 激光冲击焊接制备梯度材料的方法和装置
JP2007015018A (ja) * 2005-06-08 2007-01-25 Asahi Kasei Chemicals Corp マグネシウム複合材およびその製造方法
CN101239418A (zh) * 2008-02-19 2008-08-13 江苏大学 一种飞片驱动式激光微焊接方法及装置
CN102489877A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 河南科技大学 一种激光冲击方法及其装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4469674B2 (ja) * 2004-07-15 2010-05-26 株式会社東芝 流路構造体の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4752455A (en) * 1986-05-27 1988-06-21 Kms Fusion, Inc. Pulsed laser microfabrication
DE10155246A1 (de) * 2001-11-09 2003-07-17 Schneider Alexander Verfahren und Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung von Werkstücken
JP2007015018A (ja) * 2005-06-08 2007-01-25 Asahi Kasei Chemicals Corp マグネシウム複合材およびその製造方法
CN1751820A (zh) * 2005-08-31 2006-03-29 江苏大学 激光冲击爆炸成形的方法和装置
CN1792545A (zh) * 2005-08-31 2006-06-28 江苏大学 激光冲击焊接制备梯度材料的方法和装置
CN101239418A (zh) * 2008-02-19 2008-08-13 江苏大学 一种飞片驱动式激光微焊接方法及装置
CN102489877A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 河南科技大学 一种激光冲击方法及其装置

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