CN108145303A - 大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法 - Google Patents

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潘玉龙
孙建
许成武
蒋济仁
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
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Abstract

本发明公开了大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法，采用目前通用的以钛金属为过渡层的爆炸复合工艺，并且在爆炸复合之前选定一个起爆点位置，先在基板上爆炸复合一块直径为280～320mm且厚度为2mm的钛层作为过渡层，然后以此过渡层作为起爆点，实施大面积的锆钛一次性连续焊接，使得板材全面积贴合，最小剪切强度τb≥137.9Mpa，从而实现大面积全贴合爆炸复合焊接。本发明的方法能够生产出面积达6～15m2且100％贴合的大面积锆钢复合板，实现了大面积锆钢复合板的国产化，满足了我国化学工业发展的需要。

Description

大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法。
背景技术
锆属于稀有金属，价格昂贵，但它具有高温强度高、耐蚀性好、可加工性好和热中子吸收截面低等综合性能，是核反应堆的重要结构材料，在核工业中得到大量应用。由于其非常活泼，室温下在空气或水溶液中就能很容易发生氧化反应，形成一层致密的氧化膜，使锆具有优异的抗酸、碱腐蚀的能力，因此近来在化学工业中的应用也逐渐增多。但在国内由于受材料和价格的限制，应用还是较少，所以在保证不降低设备使用寿命和性能的前提下，采用锆钢复合板，不仅充分利用了材料的特性——由锆作为接触腐蚀介质的复层，由钢作为承受载荷的基层，而且还大大降低了设备的造价。
国内锆钢复合板的研发工作因受复层锆材的限制(因国内海绵锆及熔炼技术的限制，至今仍无法生产出能满足爆炸要求的锆板材)，一直到本世纪初才开始从美国进口R60702锆板进行锆钢复合板的研发工作，经大量的试验发现R60702材料含氧量太高，大于0.1％，典型数据约为0.15％，从而导致材料抗拉强度高、延伸率低，在单块锆板面积大于0.5m2时，不可能实现与钢的直接复合。目前国内压力容器所用的锆钢复合板大多是依靠从国外进口，不但价格昂贵，而且交货周期很长，这样不利于国内锆钢复合板设备的推广应用，更不利于民族工业的发展。因此必须自主创新，研发出锆钢复合板的生产方法，经过多年的努力国内一些厂家基本可以生产出面积不是很大(基本在2-5m2左右)的锆钢复合板，这对降低设备制造成本、缩短设备制造周期将起到重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法，采用目前通用的以钛金属为过渡层的爆炸复合工艺，在爆炸复合之前选定一个起爆点位置，先在基板上爆炸复合一块直径为280～320mm且厚度为2mm的钛层作为过渡层，然后以此过渡层作为起爆点，使之实现大面积的锆钛一次性连续焊接，使得板材全面积贴合，最小剪切强度τb≥137.9Mpa，从而实现面积为6～15m2的全贴合爆炸复合焊接。
作为优选，上述的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先选定起爆点，并完成过渡层的爆炸复合：即用厚度为2mm、直径为280～320mm的钛层在已选定的起爆点位置与作为基板的钢板爆炸复合，形成过渡层；采用专用砂轮机磨去该过渡层中不贴合的钛层，并对已经贴合的钛层周围打磨圆滑过渡到钢板层；
(2)然后进行一次爆炸复合锆钛层：在现场安装时将锆板放置在最上面作为第一层，第二层放置钛板作为中间过渡层，第三层放置钢板作为最下面一层基板；为避免第一层锆板爆炸过程弯折角过大，将锆板与钛板的支撑间距设为6mm，钛板与钢板之间的支撑间距设为8mm；
(3)在锆板上隔着保护层铺设炸药，引爆点设在锆板的几何中心，即矩形锆板的两条对角线的交点；然后引爆炸药进行爆炸复合；
(4)爆炸复合完成后，用砂轮打磨并去除过渡层上面的不贴合的锆层和钛层，并从已经去除锆层和钛层的的过渡层，用相适配的焊丝进行堆焊，直至与母材平齐；
(5)对爆炸复合后的锆/钛/钢爆炸复合板进行热处理、矫平，按ASTM B898-2005《活性和难熔金属复合板》标准，对贴合率及剪切强度进行检测。
作为优选，在步骤(2)中，锆板的厚度为3mm，钛板的厚度为2mm；锆板与钛板的板幅尺寸均为3000～5000mm×2000～2500mm。
作为优选，在步骤(2)中，基板是厚度为20mm、型号为Q345R的钢板，其板幅尺寸为2950～4950mm×1950～2450mm。
作为优选，在步骤(3)中，选用的炸药为粉状乳化炸药，且粉状乳化炸药的参数为：爆速≥3200m/s，爆热3500KJ/Kg，爆温2500℃，爆压500Mpa，密度0.8～1.4g/cm3，猛度即铅柱压缩值≥15mm。
作为优选，锆板型号为R60702。
在本发明中，锆钢复合板的爆炸复合是把锆板作为接触腐蚀介质的第一层，钢板作为承受载荷的第三层，把钛板放在第二层以起到过渡的作用，并在第二层钛板起爆点处再加一处局部的钛层作为过渡层。因锆和钛属同族元素，在850℃以下时，晶格结构均是密排六方晶格的α锆和α钛，其互熔性较好，爆炸过程不会产生脆性的金属间化合物，可获得高的结合强度和好的延展性，而钛和钢之间的复合技术国内已经非常成熟，并已得到广泛应用，因此，通过过渡层钛板承上启下的作用，变相的实现了锆和钢之间的直接复合。
本发明的有益效果是：
采用本发明的爆炸复合的工艺方法能够生产出面积达6～15m2且100％贴合的大面积锆钢复合板，实现了大面积锆钢复合板的国产化，满足了我国化学工业发展的需要。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的爆炸安装示意图。
图中标记：1-雷管，2-炸药，3-保护层，4-锆层，5-上支撑间距，6-钛层，7-下支撑间距，8-基板，9-过渡层。
具体实施方式
一种大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法，包括以下步骤：
1、如图1所示，首先选定起爆点，完成位于起爆点的过渡层9的爆炸复合：即用厚度为2mm、直径为300mm的钛层在选定的起爆点位置爆炸复合形成一过渡层9。过渡层复合好之后，把该起爆点位置用专用砂轮机磨去不贴合的钛层，并对已经贴合的钛层周围打磨圆滑过渡到钢板层(基板8)。
2、然后进行一次爆炸复合锆钛层，在现场安装时将锆板4放置在最上面作为第一层，第二层放置钛板6作为中间过渡层，第三层放置钢板作为最下面一层基板8。
在第一层的锆板4与第二层钛板6之间设置上支撑间距3，在第二层的钛板与第三层的基板之间设置了下支撑间距7。为避免第一层锆板爆炸过程弯折角过大，使得锆板与钛板之间的上支撑间距要小于钛板与钢板之间的下支撑间距，即将上支撑间距设为6mm，将下支撑间距设为8mm。
第一层的锆板厚度δ＝3mm，第二层的钛板厚度δ＝2mm，两者的板幅尺寸均为5000mm×2500mm(长×宽)。基板钢板则采用厚度为20mm的Q345R钢板，板幅尺寸为4950mm×24500mm(长×宽)。
选用的主体炸药为粉状乳化炸药，粉状乳化炸药的参数为：爆速≥3200m/s，爆热3500KJ/Kg，爆温2500℃，爆压500Mpa，密度(0.8～1.4)g/cm3，猛度(铅柱压缩值)≥15mm。
3、在锆板4上隔着保护层3铺设炸药2，将雷管1的引爆点设在锆板的几何中心，即为矩形的锆板上的两条对角线的交点。
4、复合完成后，用砂轮打磨并去除不贴合的锆层和钛层区域。同时从已经打磨去除锆层和钛层的过渡层，采用匹配的焊丝进行堆焊至于母材平齐。爆炸复合后，经热处理、矫平，按ASTM B898-2005《活性和难熔金属复合板》标准，对贴合率及剪切强度进行检测，贴合率可达到100％，剪切强度τb≥137.9Mpa。
本实施例提供全贴合大面积R60702材料，通过起爆点堆焊的方式达到100％贴合率，单块复合板具备了面积达15m2的大面积全贴合的特性。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.大面积全贴合率锆/钛/钢爆炸复合板的制备方法，采用目前通用的以钛金属为过渡层的爆炸复合工艺，其特征在于，在爆炸复合之前选定一个起爆点位置，先在基板上爆炸复合一块直径为280～320mm且厚度为2mm的钛层作为过渡层，然后以此过渡层作为起爆点，实施大面积的锆钛一次性连续焊接，使得板材全面积贴合，最小剪切强度τb≥137.9Mpa，从而实现面积为6～15m2的全贴合爆炸复合焊接。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先选定起爆点，并完成过渡层的爆炸复合：即用厚度为2mm、直径为280～320mm的钛层在已选定的起爆点位置与作为基板的钢板爆炸复合，形成过渡层；采用专用砂轮机磨去该过渡层中不贴合的钛层，并对已经贴合的钛层周围打磨圆滑过渡到钢板层；
(2)然后进行一次爆炸复合锆钛层：在现场安装时将锆板放置在最上面作为第一层，第二层放置钛板作为中间过渡层，第三层放置钢板作为最下面一层基板；为避免第一层锆板爆炸过程弯折角过大，将锆板与钛板的支撑间距设为6mm，钛板与钢板之间的支撑间距设为8mm；
(3)在锆板上隔着保护层铺设炸药，引爆点设在锆板的几何中心，即矩形锆板的两条对角线的交点；然后引爆炸药进行爆炸复合；
(4)爆炸复合完成后，用砂轮打磨并去除过渡层上面的不贴合的锆层和钛层，并从已经去除锆层和钛层的的过渡层，用相适配的焊丝进行堆焊，直至与母材平齐；
(5)对爆炸复合后的锆/钛/钢爆炸复合板进行热处理、矫平，按ASTM B898-2005《活性和难熔金属复合板》标准，对贴合率及剪切强度进行检测。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述锆板的厚度为3mm，钛板的厚度为2mm；所述锆板与钛板的板幅尺寸均为3000～5000mm×2000～2500mm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述基板是厚度为20mm、型号为Q345R的钢板，其板幅尺寸为2950～4950mm×1950～2450mm。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，选用的炸药为粉状乳化炸药，且粉状乳化炸药的参数为：爆速≥3200m/s，爆热3500KJ/Kg，爆温2500℃，爆压500Mpa，密度0.8～1.4g/cm3，猛度即铅柱压缩值≥15mm。
6.根据权利要求2-5任何一项所述的制备方法，其特征在于：所述锆板型号为R60702。
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