CN109986192B - 铝钢接头爆炸焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铝钢接头爆炸焊接方法，包括作为基板的钢板和作为复板的铝板，所述钢板与所述铝板之间设有铝锥体，铝锥体主要起到支撑的效果，所述铝板面上铺设炸药层，所述炸药层上端铺设有矿物质。所述铝钢接头采用一次爆炸焊接，且所述炸药的爆速为1400‑1800m/s，所述炸药的厚度为10‑18mm。本发明一次性实现铝钢接头的爆炸焊接成型，且制得的铝钢接头的焊接界面拉伸强度在100MP以上，高者达160MP，弯曲强度试验复合要求，180度弯曲，界面无裂隙，同时本发明不仅节约了时间，提高生产效率达35‑50％，而且显著地节约生产成本，生产成本节约50‑70％，提高经济效益。同时，爆炸噪音能够降低50‑80％。
Description
技术领域
本发明涉及爆炸焊接技术领域，尤其涉及铝钢接头爆炸焊接方法。
背景技术
金属板材的复合常用爆炸焊接法，即利用炸药爆炸产生的冲击力造成金属板之间的迅速碰撞，实现金属板的界面连接，形成两层或多层异种材质的金属复合材料。爆炸焊接时，通常把炸药直接敷在复板表面，炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使复板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，同时使金属间连接在一起。
铝钢接头，是工业铝冶炼、船舶制造过程中常用的复合材料，一般是在碳钢块上焊接一层铝，铝层厚度大致在8-18mm。铝钢接头的工作环境非普通金属复合板材可比，一是加工过程中，焊接工艺对铝层的要求，一般要求铝层厚度不小于10mm，二是工作环境的酸碱度对焊接界面的要求，力学强度达到工艺规范的要求。对铝钢接头的制造工艺，目前在《铝钢过渡接头规范》(CB1343-98)要求采用过渡层二次爆炸焊接方式制造，即先以薄层铝板在碳钢上爆炸焊接，然后再在铝层面爆炸焊接厚铝层，形成铝-铝-钢复合接头构造。也有以铝-钛-钢构造形式的铝钢接头(《铝钛钢过渡接头焊接技术条件》(CB/T3953-2002))并以行业工艺规范要求施工制造。显然，这种爆炸焊接工艺，费时耗材，非常不经济。
为了克服铝钢焊接的缺陷，随着科学技术的研究与进步，采用纯锌或者铝锌薄片作为铝钢接头的中间过渡层，可以抑制铝钢之间形成脆性金属间化合物，使得钢板和铝板形成有效的搭接，最后可以获得焊缝成形美观、力学性能优异、强度可靠的铝钢异种材料搭接接头(CN201410102666.8一种适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法)。有专利(CN201610953317.6一种铝钢钎焊方法)表述了一种新工艺技术，即铝基焊料为填充材料，采用钎焊工艺将带渗铬层的铝材与钢材进行连接。显然，这些技术进步，都存在着巨大的能量消耗和繁琐的生产工艺。对普通工业铝钢复合材料制品来说，生产成本很高。
虽然有制造普通金属复合板的相关专利技术，但其专有技术并没有考虑铝钢复合材料的特殊性，而使目前的铝钢接头生产依然采用二次爆炸焊接技术。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了铝钢接头爆炸焊接方法，一次性实现铝钢接头的爆炸焊接成型。
本发明提出的铝钢接头爆炸焊接方法，包括作为基板的钢板和作为复板的铝板，所述钢板与所述铝板之间设有铝锥体，铝锥体主要起到支撑的效果，所述铝板面上铺设炸药层，炸药位于所述铝板的面上，所述炸药层上端铺设有矿物质。所述铝钢接头采用一次爆炸焊接，且所述炸药的爆速为1400-1800m/s，所述炸药的厚度为10-18mm。
优选地，所述铝板为5-20mm厚度的工业铝板材。
优选地，所述铝板的端部设有起爆点。
优选地，所述起爆点设有直径20mm、高10mm的粉状炸药。
优选地，所述炸药的爆速为1500-1600m/s。
优选地，所述炸药层为粉状乳化炸药，且所述粉状乳化炸药内添加有有色矿物质。
优选地，所述有色矿物质为有色金刚沙、有色滑石粉、有色食盐中的一种或几种，且所述有色矿物质的颜色为红色、绿色、黄色中的一种或几种。
优选地，所述矿物质与所述炸药层之间还设有聚乙烯塑料薄膜，所述聚乙烯塑料薄膜四边下垂5-15mm。
本发明提出的爆炸焊接方法，制得的铝钢接头。
作用机理：
现有的铝钢复合接头之所以采用二次爆炸焊接，主要在于普通的爆炸焊接时，炸药能量利用率低，其中一半的能量都释放在空中，产生无效功。因此，普通爆炸焊接时，炸药使用量相对比较高。对铝钢接头而言，铝—钢间难以熔合。炸药使用量低，铝钢间无法完成铝钢间的焊接；炸药量使用高，容易导致铝材硬化而弱化铝钢焊接界面的强度。所以，对铝钢接头而言，不适用于普通一次性爆炸焊接工艺。因此，才有行业的二次爆炸焊接工艺规范。
如果合理控制爆炸焊接炸药使用量，特别是有效控制炸药的爆炸能量利用，就能够克服铝钢接头爆炸焊接中的技术缺陷。即，通过控制炸药使用量和有效利用炸药的爆炸能量，通过爆炸冲击波，促使铝—钢间能够形成铁铝化合物或者固溶体，增强铝—钢间的物理化学融合，而又不致造成铝材的硬化或者烧蚀，从而实现铝板在爆炸冲击波的作用下对基板的焊接。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明提供一种铝钢复合板的爆炸焊接方法，克服铝钢接头的传统生产工艺二次爆炸焊接的缺陷，只需通过一次性爆炸焊接即可完成，制得的铝钢接头的焊接界面拉伸强度在100MP以上，高者达160MP。弯曲强度试验符合要求，180度弯曲，界面无裂隙；本发明专利技术，不仅节约了时间，提高生产效率达35-50％，而且显著的节约生产成本，提高经济效益，生产成本节约50-70％，同时，爆炸噪音能够降低50-80％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
本发明提出的铝钢接头爆炸焊接方法，包括作为基板的钢板和作为复板的铝板，所述钢板与所述铝板之间设有铝锥体，铝锥体主要起到支撑的效果，所述铝板面上铺设炸药层，所述炸药层上端铺设有矿物质，所述矿物质为河沙、盐沙、尾矿石、泥沙中的一种或几种，所述矿物质与所述炸药层之间还设有聚乙烯塑料薄膜，所述聚乙烯塑料薄膜四边下垂5-15mm。所述铝钢接头采用一次爆炸焊接，且所述炸药的爆速为1400-1800m/s，炸药的最优爆速为1500-1600m/s，该炸药是粉状乳化炸药添加粉状无机矿物质。为了识别矿物质与粉状乳化炸药的混合均匀性，在矿物质中添加微量的色料并保证混合均匀性，这样，有色矿物质与粉状乳化炸药混合均匀度就能够及时把握而得以保证。敷设的炸药厚度，是炸药使用量的最直接量度，一般在10mm厚度以上，则能够保证铝板与碳钢的焊接，过高厚度的炸药，不仅造成生产成本高，而且对焊接效果而言，可能却适得其反。所以，最优的敷设炸药厚度在12-18mm。
焊接的铝板，可以是高厚度板，也可以是薄厚度板，铝板为5-20mm厚度的工业铝板材。
铝板的端部设有起爆点，起爆点设有有直径20mm、高10mm的粉状炸药。
炸药层为粉状乳化炸药，且所述粉状乳化炸药内添加有有色矿物质，有色矿物质为有色金刚沙、有色滑石粉、有色食盐中的一种或几种，且所述有色矿物质的颜色为红色、绿色、黄色中的一种或几种。
产品性能试验
以500mm×80mm×12mm的铝/碳钢复合板的爆炸形成为例。铝钢厚度比为1:4，实验方案如下：
(1)将表面清理后的作为基板的碳钢板放置在平整后的炮台上，在基板碳钢板上均匀布置预制的10mm高的锥体铝支撑架，将表面清理后的铝板平放在锥体铝支撑架上，并保证铝板长、宽方向均预留切割飞边余量；
(2)将红色或黄色或绿色混合粉状乳化炸药缓缓铺设在铝板上，用刮药板刮平，测量炸药厚度；在铝板的端部设置起爆点，在起爆点上放置直径为20mm高10mm的粉状炸药，作为起爆炸药；
(3)在炸药面上，覆盖一层聚乙烯塑料薄膜，塑料膜四边下垂10mm，再覆盖40-50mm沙石。
(4)最后进行爆前检查，重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求，无关人员撤离至安全地带、实施警戒，爆破员检查起爆线路，确认通畅后再连接电雷管，将其固定在复板的起爆点，爆破员撤离现场，发出预警信号，最后按爆破安全操作规程起爆，爆破确认安全后，才能进入现场检查焊后的复合板。
表1试验参数列表
| 爆速/(m/s) | 药厚/(mm) | 铝板厚度/(mm) | |
| 对照组(原粉状炸药) | 3600 | 13 | 15 |
| 实施例1 | 1400 | 13 | 20 |
| 实施例2 | 1500 | 13 | 14 |
| 实施例3 | 1500 | 15 | 14 |
| 实施例4 | 1600 | 13 | 14 |
| 实施例5 | 1800 | 13 | 14 |
| 实施例6 | 2000 | 10 | 5 |
表2试验结果
综上所述，本发明制得的铝钢接头性能良好，焊接界面拉伸强度在100MP以上，高者达160MP，弯曲强度试验复合要求，180度弯曲，界面无裂隙；本发明专利技术，不仅节约了时间，提高生产效率达35-50％，而且显著的节约生产成本，提高经济效益，生产成本节约50-70％。同时，爆炸噪音能够降低50-80％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.铝钢接头爆炸焊接方法，其特征在于，包括作为基板的碳钢板和作为复板的铝板，所述碳钢板与所述铝板之间设有锥体铝支撑架，所述铝板面上铺设炸药层，所述炸药层上端铺设有沙石，所述铝钢接头采用一次爆炸焊接，且所述炸药的爆速为1500-1600m/s，所述炸药的厚度为10-18mm；所述铝板的端部设有起爆点；所述起爆点设有直径20mm、高10mm的粉状炸药；所述沙石与所述炸药层之间还设有聚乙烯塑料薄膜，所述聚乙烯塑料薄膜四边下垂10mm；所述铝板为14mm厚度的工业铝板材；
所述铝钢接头爆炸焊接的方法步骤如下：
(1)将表面清理后的作为基板的碳钢板放置在平整后的炮台上，在基板碳钢板上均匀布置预制的10mm高的锥体铝支撑架，将表面清理后的铝板平放在锥体铝支撑架上，并保证铝板长、宽方向均预留切割飞边余量；
(2)将红色或黄色或绿色混合粉状乳化炸药缓缓铺设在铝板上，用刮药板刮平，测量炸药厚度；在铝板的端部设置起爆点，在起爆点上放置直径为20mm高10mm的粉状炸药，作为起爆炸药；
(3)在炸药面上，覆盖一层聚乙烯塑料薄膜，塑料薄膜四边下垂10mm，再覆盖40-50mm沙石；
(4)最后进行爆前检查，重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求，无关人员撤离至安全地带、实施警戒，爆破员检查起爆线路，确认通畅后再连接电雷管，将其固定在复板的起爆点，爆破员撤离现场，发出预警信号，最后按爆破安全操作规程起爆，爆破确认安全后，才能进入现场检查焊后的复合板。
2.根据权利要求1所述的铝钢接头爆炸焊接方法，其特征在于，所述混合粉状乳化炸药为粉状乳化炸药内添加有色矿物质。
3.根据权利要求2所述的铝钢接头爆炸焊接方法，其特征在于，所述有色矿物质为有色金刚沙、有色滑石粉、有色食盐中的一种或几种，且所述有色矿物质的颜色为红色、绿色、黄色中的一种或几种。
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