CN110977134A - 一种用于铝板上的铝钢复合系固件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铝板上的铝钢复合系固件，涉及交通运输领域铝钢复合系固件技术领域，具体制备过程如下：选取钢部和铝部，经预处理后，与支撑架、纤维板、炸药包套在一起，使用爆炸复合方法，将钢棒与铝板焊接在一起，形成铝钢包套式复合结构，再加工成可在铝板上进行焊接的系固件结构。由本发明所制得的铝钢复合系固件，实现了铝与钢的冶金结合，螺纹强度高，抗腐蚀能力强，系固稳定性和安全性好，可应用于建筑、造船、轨道交通、输配电、车辆制造等领域。
Description
技术领域
本发明涉及交通运输领域紧固件技术领域，尤其涉及一种用于铝板上的铝钢复合系固件及其制备方法。
背景技术
铝及铝合金材料，因其防腐蚀性好、密度低、质量轻等特点，广泛应用于建筑、造船、轨道交通、输配电、车辆制造等领域。但是，由于铝及铝合金材料强度比钢小，螺纹硬度小，螺纹结构在使用过程容易脱丝，导致铝制系固件绑扎能力不强，尤其是在高负荷环境下，铝制系固件极有可能带来巨大安全隐患。因此有必要提供一种方案以解决这一技术问题。
当前，将两种不同金属复合到一起，形成金属复合材料以克服单一金属的不足。复合的技术通常有轧制复合、爆炸复合、扩散焊复合、摩擦焊复合、钎焊等，但传统工艺中轧制复合、扩散焊复合、摩擦焊复合、钎焊难以形成均一的冶金截面，其废品率较高，结合强度低，而爆炸复合可以克服这些缺点。
现有技术中，强度高的金属材料主要有碳钢、不锈钢、钛钢、钛、钛合金、铸铁等。如何有效的将强度高的金属材料高效复合在比其强度小的材料上，并同时满足实际运用的需要，需要本领域技术人员发挥主观能动性。据检索，国内尚未有将爆炸复合技术应用于铝钢复合系固件的报道以解决本申请需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于铝板上的铝钢复合系固件，通过采用复合技术，将铝或铝合金材料和另外一种高强度的金属连接在一起，以增加螺纹结构的硬度和强度，解决实际运用过程中容易出现脱丝的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供一种用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，包括如下步骤：
1)选取铝板，刷磨表面除去氧化层，作为铝部；另选取一钢棒，除去外周氧化层，作为钢部；
2)使用工业清洗剂将铝部和钢部的焊接面进行清洗，吹干；
3)爆炸复合前，从内至外依次排布有钢部、支撑架、铝部、纤维板；铝部焊接面紧密地包套在支撑架上，纤维板紧密地包裹在铝部外面，将炸药布置在纤维板上，由纤维板中央向两侧梯次均匀减少，炸药与雷管连接，最外层围有网状隔板，以对炸药、纤维板、铝部、钢部进行固定；
4)点燃雷管，铝部在炸药的爆炸驱动下达到可焊速度，冲破支撑架，与钢部形成铝钢包套式复合结构；
5)使用切割机，将铝钢包套式复合结构进行加工，并在钢部中心加工内螺纹、横杆或孔洞，制备成铝钢复合系固件前体；
6)将铝钢复合系固件前体的铝部与铝合金板焊接在一起，制备出铝钢复合系固件。
进一步地，步骤3)中，所述排布具体为：将支撑架安置在钢部外周焊接面上，把铝部焊接面，紧密地包套在支撑架上，铝部与钢部之间保持一定的距离，把纤维板紧密地包裹在铝部外面，将炸药均匀布置在纤维板上，由纤维板中央向两侧梯次减少，炸药与电雷管连接，外面围有网状隔板，以对炸药、纤维板、铝部、钢部进行固定。
进一步地，本发明所述铝板可以是纯铝、铝合金，优选地，本发明所述铝板材质为纯铝。
进一步地，本发明所述钢棒材质可以是碳钢、不锈钢、钛钢、钼钢，进一步地，本发明所述钢棒材质为不锈钢。
进一步地，本发明所述工业清洗剂可以是工业酒精、工业丙酮、工业甲苯、工业异丙醇、工业丁醇、工业戊烷、工业丁酮、工业异丙酮醇，进一步地，本发明所述工业清洗剂通常为工业酒精、工业丙酮、工业甲苯，优选地，本发明所述工业清洗剂为工业酒精。
进一步地，本发明所述支撑架的材质可以是不锈钢、碳钢、钛钢、钼钢、纯铝、铝合金中的之一，进一步地，本发明所述支撑架的材质为不锈钢、纯铝、铝合金，优选地，本发明所述支撑架的材质为不锈钢。
进一步地，本发明所述铝部与钢部之间的距离为5mm-20mm，进一步地，本发明所述铝部与钢部之间的距离为5mm-15mm，优选地，本发明所述铝部与钢部之间的距离为5mm、8mm、10mm.
进一步地，本发明所述炸药可以是膨化硝铵、2号岩石硝铵炸药、94.5％多孔硝酸铵+5.5％柴油、粉状乳化炸药+食盐、铵梯炸药，爆速为2000-4000m/s，进一步地，本发明所述炸药为膨化硝铵、2号岩石硝铵炸药、铵梯炸药，爆速为2100-3500m/s，优选地，本发明所述炸药为铵梯炸药，爆速为≥2600m/s。
进一步地，本发明所述纤维板中央位置炸药用量为10.0-40.0mg/mm2，进一步地，本发明所述中央位置炸药用量为15.0-38.0mg/mm2，优选地，本发明所述中央位置炸药用量为27.0mg/mm2、32.0mg/mm2、35.0mg/mm2。
进一步地，本发明所述炸药间距为1.0-10.0mm，进一步地，本发明所述炸药间距为1.0-5.0mm，，优选地，本发明所述炸药间距为3.0mm、4.0mm、5.0mm。
进一步地，本发明所述炸药递减量为1.0-10.0mg/mm2，进一步地，本发明所述炸药递减量为1.0-5.0mg/mm2，优选地，本发明所述炸药递减量为3.0mg/mm2、4.0mg/mm2、5.0mg/mm2。
进一步地，本发明所述边缘位置炸药用量为10.0-30.0mg/mm2，进一步地，本发明所述边缘位置炸药用量为10.0-20.0mg/mm2，优选地，本发明所述边缘位置炸药用量为15.0mg/mm2、18.0mg/mm2、20.0mg/mm2。
通过炸药中部位置、边缘位置、炸药递减量和炸药间距的控制，有效避免爆炸复合的失败，提高产品的均一性和产品质量。
另一方面，本发明提供一种用于铝板上的铝钢复合系固件，包括钢部、铝部、铝合金板；所述钢部被铝部包覆在内；所述钢部中心设置有内螺纹、横杆或孔洞；所述铝合金板通过焊接与铝部连接。
另一方面，本发明提供一种可用于建筑、造船、轨道交通、输配电、车辆制造等领域的铝钢复合系固件。
本发明通过将铝钢复合系固件的铝部与铝或铝合金板通过焊接连接在一起，在铝钢复合系固件的钢部连接螺钉、钩或插销，从而实现铝钢复合系固件的系固作用。
相比现有技术，本发明具有如下有益技术效果：
1)本发明使用爆炸复合技术，将铝和不锈钢进行包覆连接，制成铝钢复合系固件，可同时满足螺纹强度高、密度低、防腐蚀性强等要求，同时可与铝或铝合金板进行焊接，实现与铝制件的系固作用。
2)通过使用本发明所述的铝钢复合系固件，使得在铝或铝合金板上仍然可以使用钢制材料实现系固作用，提高了系固的稳定性和安全性。
3)本发明优选的爆炸复合工艺能够实现铝和钢之间的冶金结合，结合强度高，结合界面抗腐蚀性强，具有较高的安全性和使用寿命。爆炸复合工艺过程中，采用支撑架，可保证铝部与钢部的间距，进而确保力度的均匀性；炸药以纤维板中部向两侧递次均匀减少，确保复合的两金属之间的紧密度和结合强度，保证力度的均匀；外围的网状隔板，保证固定的稳固和爆炸复合后所得产品的均一性。
4)本发明有效解决了单一铝制系固件强度低、绑扎能力低、易脱丝等缺陷；
5)本发明操作简单，成本低廉，边角废料少，可应用于批量生产，具有较好的经济前景和广泛的应用领域。
附图说明
图1铝钢复合系固件爆炸复合结构示意图，其中1-雷管，2-网状挡板，3-炸药，4-纤维板，5-支撑架，6-钢部，7-铝部，8-平台；
图2铝钢复合系固件剖面图，其中6-钢部，7-铝部，13-铝合金板，14-焊点，111-内螺纹。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为，本发所述主题范围仅限于以下实施例，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有试剂均可来自于商购。
实施例1：
一种用于铝板上的铝钢复合系固件制备方法，包括如下步骤：
1)选取一块500×160×5mm铝板，刷磨其中一面，除去氧化层，作为铝部7，另将直径为50mm的不锈钢棒，除去外周氧化层，作为钢部6；
2)使用工业酒精将铝部7和钢部6进行清洗，然后吹干；
3)将不锈钢支撑架5安置在钢部6外周焊接面上，把铝部7焊接面，紧密地包套在不锈钢支撑架5上，铝部与钢部之间的距离为10mm，把纤维板4紧密地包裹在铝部7外面，将铵梯炸药3均匀布置在纤维板4上，由纤维板中央向两侧梯次减少，炸药间距为5m，中央装药量为35.0mg/mm2，递减量为5.0mg/mm2，边缘装药量为20.0mg/mm2，铵梯炸药3与电雷管1连接，外面围有网状隔板2，以对铵梯炸药3、纤维板4、铝部7、钢部6进行固定，结构设置如图1所示；
4)点燃雷管1，铝部7在铵梯炸药3的爆炸驱动下达到一定的可焊速度，冲破不锈钢支撑架5，与钢部8形成铝钢包套式复合结构；
5)使用切割机，将铝钢包套式复合结构，加工成系固件，并在钢部加工出直径为30mm、深度为20mm的内螺纹、横杆或孔洞；
6)将铝钢复合系固件的铝部与铝合金板焊接在一起，在钢部连接螺钉、钩或插销，从而实现铝钢复合系固件的系固作用，如图2所示。
实施例2：
一种用于铝板上的铝钢复合系固件制备方法，包括如下步骤：
1)选取一块500×160×5mm铝板，刷磨其中一面，除去氧化层，作为铝部7，另将直径为50mm的不锈钢棒，除去外周氧化层，作为钢部6；
2)使用工业酒精将铝部7和钢部6进行清洗，然后吹干；
3)将不锈钢支撑架5安置在钢部6外周焊接面上，把铝部7焊接面，紧密地包套在不锈钢支撑架5上，铝部与钢部之间的距离为8mm，把纤维板4紧密地包裹在铝部7外面，将铵梯炸药3均匀布置在纤维板4上，由纤维板中央向两侧梯次减少，炸药间距为4m，中央装药量为32.0mg/mm2，递减量为4.0mg/mm2，边缘装药量为18.0mg/mm2，铵梯炸药3与电雷管1连接，外面围有网状隔板2，以对铵梯炸药3、纤维板4、铝部7、钢部6进行固定，结构设置如图1所示；
4)点燃雷管1，铝部7在铵梯炸药3的爆炸驱动下达到一定的可焊速度，冲破不锈钢支撑架5，与钢部8形成铝钢包套式复合结构；
5)使用切割机，将铝钢包套式复合结构，加工成系固件，并在钢部加工出直径为30mm、深度为20mm的内螺纹、横杆或孔洞；
6)将铝钢复合系固件的铝部与铝合金板焊接在一起，在钢部连接螺钉、钩或插销，从而实现铝钢复合系固件的系固作用，如图2所示。
实施例3：
一种用于铝板上的铝钢复合系固件制备方法，包括如下步骤：
1)选取一块500×160×5mm铝板，刷磨其中一面，除去氧化层，作为铝部7，另将直径为50mm的不锈钢棒，除去外周氧化层，作为钢部6；
2)使用工业酒精将铝部7和钢部6进行清洗，然后吹干；
3)将不锈钢支撑架5安置在钢部6外周焊接面上，把铝部7焊接面，紧密地包套在不锈钢支撑架5上，铝部与钢部之间的距离为5mm，把纤维板4紧密地包裹在铝部7外面，将铵梯炸药3均匀布置在纤维板4上，由纤维板中央向两侧梯次减少，炸药间距为3m，中央装药量为27.0mg/mm2，递减量为3.0m g/mm2，边缘装药量为15.0mg/mm2，铵梯炸药3与电雷管1连接，外面围有网状隔板2，以对铵梯炸药3、纤维板4、铝部7、钢部6进行固定，结构设置如图1所示；
4)点燃雷管1，铝部7在铵梯炸药3的爆炸驱动下达到一定的可焊速度，冲破不锈钢支撑架5，与钢部8形成铝钢包套式复合结构；
5)使用切割机，将铝钢包套式复合结构，加工成系固件，并在钢部加工出直径为30mm、深度为20mm的内螺纹、横杆或孔洞；
6)将铝钢复合系固件的铝部与铝合金板焊接在一起，在钢部连接螺钉、钩或插销，从而实现铝钢复合系固件的系固作用，如图2所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选取铝板，刷磨表面除去氧化层，作为铝部；另选取一钢棒，除去外周氧化层，作为钢部；
2)使用工业清洗剂将铝部和钢部的焊接面进行清洗，吹干；
3)爆炸复合前，从内至外依次排布有钢部、支撑架、铝部、纤维板；铝部焊接面紧密地包套在支撑架上，纤维板紧密地包裹在铝部外面，将炸药布置在纤维板上，由纤维板中央向两侧梯次均匀减少，炸药与雷管连接，最外层围有网状隔板，以对炸药、纤维板、铝部、钢部进行固定；
4)点燃雷管，铝部在炸药的爆炸驱动下达到可焊速度，冲破支撑架，与钢部形成铝钢包套式复合结构；
5)使用切割机，将铝钢包套式复合结构进行加工，并在钢部中心加工内螺纹、横杆或孔洞，制备成铝钢复合系固件前体；
6)将铝钢复合系固件前体的铝部与铝合金板焊接在一起，制备出铝钢复合系固件。
2.根据权利要求1所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述铝板为纯铝或铝合金；所述钢棒材质为碳钢、不锈钢、钛钢或钼钢。
3.根据权利要求1所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述工业清洗剂为工业酒精、工业丙酮、工业甲苯、工业异丙醇、工业丁醇、工业戊烷、工业丁酮或工业异丙酮醇；所述支撑架的材质为不锈钢、碳钢、钛钢、钼钢、纯铝、铝合金中的之一。
4.根据权利要求1所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述铝部与钢部之间的距离为5mm-20mm。
5.根据权利要求1所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述炸药为膨化硝铵、2号岩石硝铵炸药、94.5％多孔硝酸铵+5.5％柴油、粉状乳化炸药+食盐、铵梯炸药，爆速为2000-4000m/s。
6.根据权利要求1所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述纤维板中央位置炸药用量为10.0-40.0mg/mm2，
所述炸药间距为1.0-10.0mm。
7.根据权利要求6所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述炸药递减量为1.0-10.0mg/mm2。
8.根据权利要求1所述的用于铝板上的铝钢复合系固件的制备方法，其特征在于，所述边缘位置炸药用量为10.0-30.0mg/mm2。
9.一种用于铝板上的铝钢复合系固件，其特征在于，包括钢部、铝部、铝合金板；所述钢部被铝部包覆在内；所述钢部中心设置有内螺纹、横杆或孔洞；所述铝合金板通过焊接与铝部连接。
10.一种用于建筑、造船、轨道交通、输配电、车辆制造领域的铝钢复合系固件，其特征在于，其由权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。
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