CN110102865A - 一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，其具体步骤为将准备的爆炸焊接原材料中，调整起爆点之间的间距，从而使爆炸焊接的复合板达到最好的结合效果。本发明通过复合板的爆炸焊接工艺方法实现钛/不锈钢法兰环的一次成型，降低稀贵金属材料的损耗，提高材料的利用率；且通过改进复合板爆炸焊接中起爆点之间间距，来调节复合板的结合效果，保证复合板的结合率在99.9％以上，且剪切强度等满足标准指标的要求。
Description
技术领域
本发明属于复合金属爆炸焊接技术领域，具体涉及一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法。
背景技术
法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接，也有用在设备进出口上的法兰，可以用于两个设备之间的连接，其用途非常广泛；在一些石化装备行业中，会采用复合材料来制备法兰；目前，传统的符合材料的法兰环件多采用整体板坯进行爆炸复合，然后进行车加工，该方法的制造成本昂贵，且对稀贵金属浪费较大，其市场竞争力小。而采用复合板爆炸焊接工艺来制备复合金属法兰环可以解决这一问题，但在复合板爆炸焊接过程中，还需要对具体细节进行进一步的研究来进一步提高材料利用率、降低材料损耗，从而达到理想的复合材料法兰环的爆炸焊接效果。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，包括以下步骤：
步骤S1：爆炸焊接原料的准备
将不锈钢法兰环设置为基层，钛金属法兰环作为复层设置于所述基层的上端面，在所述复层表面设置炸药层，所述炸药层由内至外依次包括若干雷管、震源药柱和混合炸药；
步骤S2：设置起爆点雷管之间的距离
将步骤S1中的雷管之间的距离设置均匀，为100-200mm，引爆炸药层进行爆炸焊接；
步骤S3：爆炸焊接法兰环件的消应力热处理
取步骤S2中焊接的法兰环件在540℃下进行2小时炉冷消应力热处理；
步骤S4：爆炸焊接法兰环件表面整平
将步骤S3获得的消应力后的法兰环件进行表面校平处理；
步骤S5：爆炸焊接法兰环件的无损检测
对步骤S4获得的法兰环件进行超声波检测后，对雷管放置区剔除复层后的法兰环件表面的波纹形貌的观测。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中的雷管之间的放置距离为100mm。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中炸药层中各雷管的引爆线长度保持一致。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S5中无损检测的具体步骤为：超声波检测后，通过等离子切割法分别在雷管放置区、雷管对应圆弧进行切取，剔除复层后观测切除后金属法兰环的内部波纹的波深、波宽及分布情况。
本发明的有益效果在于：
1)本发明通过复合板的爆炸焊接工艺方法实现钛/不锈钢法兰环的一次成型，降低贵金属材料的损耗，提高材料的利用率；
2)本发明通过改进复合板爆炸焊接中起爆点之间间距，来调节法兰环件的结合效果，保证复合板的结合率在99.9％以上，且剪切强度等满足标准指标的要求；
3)本发明设计的法兰环件爆炸焊接工艺可以解决炸药不定常爆轰现象，并为钛/钢法兰环件的爆炸焊接提供一定的技术基础；
4)本发明在雷管区附近铺设高爆速炸药，可以有效的控制起爆点之间的相互影响，从而使爆炸焊接达到理想的爆炸复合效果。
附图说明
图1是本发明中矩形复合板的炸药层设置；
图2是本发明中起爆点间距为200mm的矩形复合板形貌；
图3是本发明中起爆点间距为150mm的矩形复合板形貌；
图4是本发明中起爆点间距为150m与100mm之间的的矩形复合板形貌；
图5是本发明中起爆点间距为100mm的矩形复合板形貌；
图6是本发明的实验例2中第六与第七起爆点之间的复合板形貌；
图7是本发明的实验例2中雷管端面的复合板形貌；
图8是本发明中环形复合板的炸药层设置；
图9是本发明中从环形复合板上剪去的雷管处的复合板形貌；
图10是本发明中环形复合板外侧边缘区域波纹形貌。
图中：1、混合炸药；2、震源药柱；3、雷管。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1-3所示，一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，包括以下步骤：
步骤S1：爆炸焊接原料的准备
将不锈钢法兰环设置为基层，钛金属法兰环作为复层设置于所述基层的上端面，在所述复层内圈环绕设置炸药层，所述炸药层由内至外依次包括若干雷管3、震源药柱2和混合炸药1；
步骤S2：设置起爆点雷管3之间的距离
将步骤S1中的雷管3之间的距离设置均匀，为100-200mm，优选的雷管3间距为100mm，引爆炸药层进行爆炸焊接；
步骤S3：爆炸焊接法兰环件的消应力热处理
取步骤S2中焊接的法兰环件在540℃下进行2小时炉冷消应力热处理；
步骤S4：爆炸焊接法兰环件表面整平
将步骤S3获得的消应力后的法兰环件进行表面校平处理；
步骤S5：法兰环件的无损检测
对步骤S4获得的法兰环件进行无损检测后，对雷管3放置区剔除复层后的金属法兰环表面的波纹形貌的观测。
需要说明的是，所述步骤S2中炸药层中各雷管3的引爆线长度保持一致；所述步骤S5中渗透检测的具体步骤为：超声波检测后，通过等离子切割法分别在雷管3放置区、雷管3对应圆弧进行切取，剔除复层后观测切除后法兰环件的内部波纹的波深、波宽及分布情况。
实验例1：矩形复合板爆炸焊接中起爆点之间间距对焊接结果的影响
对于钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接过程中，考虑到炸药不定常爆轰现象，在起爆时如多点放置起爆雷管3，炸药在起爆后会出现爆轰波对冲情况，从而引起局部缺陷，如复层被射流击穿、局部大面积未结合等；因此，通过实验对钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接中起爆点距离对焊接结果进行研究，考虑实验的可操作性，以矩形板材作为实验对象，以便分析起爆点之间的距离对爆炸焊接结果的影响，如图1，实验中雷管3之间的距离分别设置为100mm、150mm和200mm，由于雷管3之间的距离在100mm以下，爆炸引起的爆轰波效应对复合板的影响过大，无实际操作的必要性，故而不对100mm以下雷管3之间的距离进行实验。
按照上述复合材料的爆炸焊接工艺流程，对实验中的金属板进行爆炸焊接，实验中的相关数据如下表1：
爆炸焊接结束后，对获得的金属复合板进行结合强度的检测，通过超声波检测基层与复层之间的结合强度，实验结果表明，通过爆炸焊接的金属复合板，其起爆点之间的结合率达到99.9％；为了进一步探究起爆点之间距离对爆炸焊接效果的影响，将金属复合板的复层祛除后直接观察结合界面的形貌特征，如图2-5所示，分别显示了起爆点之间的距离为200mm之间、150mm之间、150与100mm之间、100mm之间的结合界面的形貌，结果表明：起爆点间距为100-150mm时，会存在射流对冲情况，从结合界面来看，射流现象从起爆端贯穿整件板材；而两起爆点放置距离在200mm时，由于起爆点间距较远，由于射流对冲，结合界面未形成结合波纹，射流堆积物多，从而影响复合板的结合强度，且这种复合板很难满足标准要求。
当起爆点之间间距控制在100mm时，由于雷管3放置区安装放置震源药柱2作为起爆药，炸药爆速高于射流传导速度，结合界面可以在较短的时间内形成可靠、一致的结合波纹，这种起爆点间距的设置，所形成的复合板结合强度高，本组实验的检测结果正如下表2所示：
根据上述检测结果，进行的二次实验中，将实验中的板材宽度加长至1000mm，以验证起爆雷管3按100mm安装时的射流对冲情况，其结果如下表3所示：
实验结果表明：采用100mm间距放置起爆雷管3没有出现不合理的情况，且如图6和7所示，在第六雷管3放置区产生的射流与第七雷管3在炸药爆轰稳定后波纹一致，按此工艺参数可以保障复合板的结合质量、基本可以解决爆轰波汇聚造成的不利影响。
实验例2：环形复合板爆炸焊接实验
实验例1的实验结果得出起爆点间距为100mm时，复合板的焊接效果最好，由此，验证上述工艺条件在环件复合板上是否可行，下面将这一结论运用到环形复合板的爆炸焊接过程中，从而获得环形复合板的最佳爆炸焊接结果，如图8所述，在环形复合板的环内多点安装瞬发导爆管雷管3，起爆雷管3之间的距离为100mm，雷管3在雷管区附近取高爆速炸药来消除起爆点之间的相互影响。
爆炸复合后的环形金属复合板经超声检测后，未发现缺陷回波，表明该环形复合板结合情况复合标准NB/T470002.3-2009B1级要求；如图9和10所示，采用等离子切割发，分别在环形板的雷管放置区、雷管3对应圆弧处切取60mm样品，剔除复层观测，环内瞬发导爆管引爆炸药后，炸药在短距离内开始爆轰稳定，且对应四周部分波形均匀一致，波深、波宽均达到理想状态，再次表明，在复合金属爆炸焊接工艺中，起爆点间距为100mm时，获得的金属板的结合效果最佳。
为了验证该工艺获得的环形金属板在实际生产应用过程中具有复合标准的性能，对上述获得的环形复合板进行相关力学新能的检测，需要说明的是，表中各点的取样位置是以环形复合板的圆心位置为原点建立的坐标系，其结果如下表4：
结果表明：这种环形复合板的抗拉强度及屈服强度均满足标准要求，且其延伸率远超过标准所述的40％指标，环形复合板的剪切强度均超过了177Mpa，相较于标准NB/T47002.3-2009中要求的140Mpa，均满足要求，说明按这种爆炸焊接工艺获得的金属复合板不仅具有很好的结合率，且在先关的力学性能上均满足业内标准要求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：爆炸焊接原料的准备
将不锈钢法兰环设置为基层，钛金属法兰环作为复层设置于所述基层的上端面，在所述复层表面设置炸药层，所述炸药层由内至外依次包括若干雷管、震源药柱和混合炸药；
步骤S2：设置起爆点雷管之间的距离
将步骤S1中的雷管之间的距离设置均匀，为100-200mm，引爆炸药层进行爆炸焊接；
步骤S3：爆炸焊接法兰环件的消应力热处理
取步骤S2中焊接的法兰环件在540℃下进行2小时炉冷消应力热处理；
步骤S4：爆炸焊接法兰环件表面整平
将步骤S3获得的消应力后的法兰环件进行表面校平处理；
步骤S5：爆炸焊接法兰环件的无损检测
对步骤S4获得的法兰环件进行超声波检测后，对雷管放置区剔除复层后的金属法兰环表面的波纹形貌的观测。
2.根据权利要求1所述的一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，其特征在于：所述步骤S2中的雷管之间的放置距离为100mm。
3.根据权利要求1所述的一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，其特征在于：所述步骤S2中炸药层中各雷管的引爆线长度保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种钛/不锈钢法兰环件爆炸焊接的工艺方法，其特征在于，所述步骤S5中无损检测的具体步骤为：超声波检测后，通过等离子切割法分别在雷管放置区、雷管对应圆弧进行切取，剔除复层后观测切除后法兰环件的内部波纹的波深、波宽及分布情况。
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