CN112846646A - 一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法 - Google Patents

一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法 Download PDF

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肖庆生
韩潇
张磊
刘高同
吕世增
郭峰
张燚
龚洁
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本申请提供一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法，包括以下步骤：将碳素结构钢板与不锈钢板分别进行第一次表面处理；依次设置不锈钢板、支架、碳素结构钢板及爆炸装置，不锈钢板设置在底层；引燃爆炸装置，使得碳素结构钢板与不锈钢板焊接成双层复合板；将双层复合板进行热处理；将热处理后的双层复合板进行第二次表面处理，得到复合钢材板。本申请的有益效果是：通过将强度高、耐腐蚀性好、孔隙少的不锈钢板与成本低廉的碳素结构钢板爆炸焊接可获得满足空间环境模拟容器性能要求的复合钢材板，同时降低了模拟容器的生产成本。

Description

一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法
技术领域
本公开涉及钢材复合材料技术领域，具体涉及一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法。
背景技术
空间环境模拟容器作为航天器进行热试验的主要设备，内部为高真空环境，外部为地球常压环境，因此空间环境模拟容器要承受一个大气压压差。容器的内表面一般要求材料放气率小，不生锈，容器内表面需要抛光，因此材料要求强度高，焊接、加工性能好，耐腐蚀，因此空间环境模拟容器一般都采用奥氏体不锈钢制作。但大型空间环境模拟容器尺寸大，钢板厚，材料消耗量很大，奥氏体不锈钢材料价格昂贵，不锈钢制作的大型空间环境模拟容器成本高。
碳素钢成本比不锈钢成本低很多，代表性的有Q235和20钢，但由于结构问题其存在大量微小孔隙，导致其放气量大，不易保持真空状态。如果在普通碳素钢板内表面复合具有良好耐蚀性的不锈钢制成的复合材料既满足空间环境模拟容器使用性能要求又降低成本的有效途径。目前常用的不锈钢-碳钢复合方法为热轧复合法，但是使用这种方法制备出的复合材料板材存在较大的加工应力，影响焊接；另外，用热轧工艺制备的复合板材结合性能较差，往往达不到使用要求。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法。
第一方面，本申请提供一种复合钢材板制造方法，包括以下步骤：
将碳素结构钢板与不锈钢板分别进行第一次表面处理；
依次设置不锈钢板、支架、碳素结构钢板及爆炸装置，不锈钢板设置在底层；
引燃爆炸装置，使得碳素结构钢板与不锈钢板焊接成双层复合板；
将双层复合板进行热处理；
将热处理后的双层复合板进行第二次表面处理，得到复合钢材板。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将碳素结构钢板与不锈钢板分别进行第一次表面处理，具体包括：分别去除碳钢结构钢板及不锈钢板表面的杂物及氧化层，使得板平整度小于2.8mm/m，表面粗糙度小于12.5um。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述依次设置不锈钢板、支架、碳素结构钢板及爆炸装置，具体包括以下步骤：
将不锈钢板平放；
在不锈钢板上表面放置若干支架；
将碳素结构钢板放置在各个支架上；
在碳素结构钢板上表面放置纸质盛药盒；
将定量的炸药倒入盛药盒内，使得炸药均匀分布在盛药盒内；
将雷管插入盛药盒中心。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述引燃爆炸装置，使得碳素结构钢板与不锈钢板焊接成双层复合板，具体包括：点燃雷管引爆炸药，通过控制炸药质量使得爆炸速度达到2000mm/s-3100mm/s，使得碳素结构钢板与不锈钢板发生形变焊接在一起形成双层复合板。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将热处理后的双层复合板进行第二次表面处理，具体包括：去除热处理后的双层复合板表面的氧化层，并清洁表面。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将双层复合板进行热处理，具体包括：将双层复合板进行应力退火处理。
第二方面，本申请提供一种空间环境模拟容器制造方法，包括以下步骤：
按照复合钢材板制造方法制造复合钢材板；
将复合钢材板裁切成板材；
将板材分别成型为筒体及封头；
将两个封头分别焊接在筒体的两端；
将筒体法兰焊接在筒体上；
将若干接管法兰焊接在筒体上，形成空间环境模拟容器。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将板材分别成型为筒体及封头，具体包括以下步骤：
通过卷板机将板材卷圆；
将卷圆后的板材对应缝隙的两条侧边上进行坡口打磨；
将板材对应缝隙的两条侧边进行直焊缝焊接；
回圆，使得圆度小于等于3mm，形成筒体。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将两个封头分别焊接在筒体的两端，具体包括以下步骤：
将筒体与封头对应环焊的侧边分别进行坡口打磨；
将两个封头分别点焊在筒体的两端；
将筒体与封头装夹至自动环焊缝机，使得筒体与封头环焊连接在一起，形成容器主体。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将筒体法兰焊接在筒体上，具体包括以下步骤：
在筒体上对应筒体法兰焊接的位置进行坡口打磨，并进行擦洗；
将筒体法兰点焊在筒体的相应位置；
将筒体法兰及筒体装夹至自动环焊缝机，使得筒体法兰与筒体环焊连接在一起。
本发明的有益效果：本申请提供一种复合钢材板制造方法及空间环境模拟容器制造方法，通过将强度高、耐腐蚀性好、孔隙少、放气率小的不锈钢板与成本低廉的碳素结构钢板爆炸焊接可获得满足空间环境模拟容器具有良好耐腐蚀性等良好性能要求的复合钢材板，既满足了使用需求同时降低了模拟容器的生产成本。
附图说明
图1为本申请第一种实施例的流程图；
图2为本申请第一种实施例的结构示意图；
图3为图1中S12步骤的具体流程图；
图4为本申请第二种实施例的流程图；
图5为本申请第二种实施例的结构示意图；
图6为图4中S30步骤的具体流程图；
图7为图4中S40步骤的具体流程图；
图8为图4中S50步骤的具体流程图；
图9为图4中S60步骤的具体流程图；
图10为本申请第二种实施例中手工点焊时焊层结构示意图；
图中所述文字标注表示为：1、不锈钢板；2、碳素结构钢板；3、支架；4、盛药盒；5、炸药；6、雷管；10、复合钢材板；20、封头；30、筒体法兰；40、接管法兰。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
如图1及图2所示，包括以下步骤：
S11、将碳素结构钢板2与不锈钢板1分别进行第一次表面处理。
本实施例中，碳素结构钢板2采用中低碳钢或低合金钢，优选地，选用Q235、20钢、20Cr、40钢或45钢的任一种。不锈钢板1采用奥氏体不锈钢，优选地，选用304、316、316L的任一种。本实施例中，碳素结构钢板2的规格为：长6000mm-10000mm，宽1500mm-2000mm；不锈钢板1的规格为：长6000mm-10000mm，宽1500mm-2000mm。本实施例中，碳素结构钢板2与不锈钢板1的尺寸设置的一致，以满足爆炸高压脉冲载荷加载分布平均的需要。
本实施例中，优选地，碳素结构钢板2的厚度设置为大于10mm，不锈钢板1的厚度设置为大于3mm。
在一优选实施方式中，本步骤具体包括：分别去除碳钢结构钢板及不锈钢板1表面的杂物及氧化层，使得板平整度小于2.8mm/m，表面粗糙度小于12.5um。
本优选实施方式中，采用砂轮打磨方式去除氧化层。本优选实施方式中，去除表面杂物时采用酒精或者丙酮溶剂。
S12、依次设置不锈钢板1、支架3、碳素结构钢板2及爆炸装置，不锈钢板1设置在底层。
本实施例中，支架3的高度范围为12mm-26mm。
在一优选实施方式中，如图3所示，本步骤具体包括以下步骤：
S121、将不锈钢板1平放。
S122、在不锈钢板1上表面放置若干支架3。
S123、将碳素结构钢板2放置在各个支架3上。
S124、在碳素结构钢板2上表面放置纸质盛药盒4。
S125、将定量的炸药5倒入盛药盒4内，使得炸药5均匀分布在盛药盒4内。
本步骤中，将炸药5倒入盛药盒4内后，用刮板将堆放的炸药5刮平，以使得爆炸焊接全过程稳定进行。
S126、将雷管6插入盛药盒4中心。
S13、引燃爆炸装置，使得碳素结构钢板2与不锈钢板1焊接成双层复合板。
在一优选实施方式中，本步骤具体包括：点燃雷管6引爆炸药5，通过控制炸药5质量使得爆炸速度达到2000mm/s-3100mm/s，使得碳素结构钢板2与不锈钢板1发生形变焊接在一起形成双层复合板。
本实施例中，爆炸瞬间产生的高温、高压在两种板材间形成高速喷射的射流，碰撞产生的压力使两种金属在界面附近产生剧烈的局部塑性变形，在高压和塑性变形的共同作用下，使得碰撞区域形成波纹状的结合。
S14、将双层复合板进行热处理。
本步骤，将双层复合板进行应力退火处理。
S15、将热处理后的双层复合板进行第二次表面处理，得到复合钢材板10。
本步骤具体包括：去除热处理后的双层复合板表面的氧化层，并清洁表面。经过去氧化层及清洁后的钢板即为想要获取的用于制造空间环境模拟容器的复合钢材板10。
实施例2
如图4及图5所示，包括以下步骤：
S10、按照S11-S15步骤制造复合钢材板10。
S20、将复合钢材板10裁切成板材。
本实施中，模拟容器包括筒体以及连接在筒体两端的封头20，因此本步骤中，裁切的板材根据筒体及封头20的尺寸裁切为不同尺寸。
S30、将板材分别成型为筒体及封头20。
在一优选实施例中，如图6所示，本步骤具体包括：
S31、通过卷板机将板材卷圆。
经过本步骤将板材卷成圆筒状。
S32、将卷圆后的板材对应缝隙的两条侧边上进行坡口打磨。
本步骤中，打磨的坡口深度5mm，钝边长度2mm。
S33、将板材对应缝隙的两条侧边进行直焊缝焊接。
本步骤将圆筒焊接为一体式结构，焊接时要避免熔透，避免产生夹气层。
S34、回圆，使得圆度小于等于3mm，形成筒体。
本步骤之后还包括：对焊接后的筒体进行RT检测，满足使用需求后继续下一步。
S40、将两个封头20分别焊接在筒体的两端。
本步骤之前，在封头20与筒体焊接之前，先要将封头20与筒体进行尺寸适配，以确保焊接后无台阶。
在一优选实施例中，如图7所示，本步骤具体包括：
S41、将筒体与封头20对应环焊的侧边分别进行坡口打磨。
本步骤中，打磨的坡口深度6mm，钝边长度2mm。
S42、将两个封头20分别点焊在筒体的两端。
本实施例中，封头20与筒体焊接时采用外坡口焊接。
S43、将筒体与封头20装夹至自动环焊缝机，使得筒体与封头20环焊连接在一起，形成容器主体。
本步骤中，自动环焊时避免熔透，避免产生夹气层。
S50、将筒体法兰30焊接在筒体上。
在一优选实施例中，如图8所示，本步骤具体包括：
S51、在筒体上对应筒体法兰30焊接的位置进行坡口打磨，并进行擦洗。
本步骤中，焊接筒体法兰30前，在筒体的相应位置先进行开口，在开口位置进行坡口打磨，坡口深度4mm，钝边长度2mm，最后用酒精对待焊接部位进行擦拭清洁。
S52、将筒体法兰30点焊在筒体的相应位置。
本步骤中，筒体与筒体法兰30采用内坡口焊接。
S53、将筒体法兰30及筒体装夹至自动环焊缝机，使得筒体法兰30与筒体环焊连接在一起。
本步骤中，自动焊接时避免熔透，避免产生夹气层。
S60、将若干接管法兰40焊接在筒体上，形成空间环境模拟容器。
在一优选实施例中，如图9所示，本步骤具体包括：
S61、将接管和法兰进行焊接形成接管法兰40。
S62、在接管法兰40上对应筒体焊接的位置进行线切割，使得切割后的位置与筒体贴合。
S63、将接管法兰40点焊在筒体上。
S64、测量接管法兰40的法兰面距离筒体的距离，满足要求后继续下一步。
S65、将接管法兰40与筒体进行满焊。
S66、将接管法兰40与筒体对应满焊的位置的外侧进行加强焊，加强焊焊缝长度大于等于满焊焊缝长度的1/3。
在上述S42及S52的步骤中，点焊采用手工电弧焊，如图10所示，焊缝按照①-⑤层的顺序进行焊接，具体包括：
①层：选用碳钢焊条J507，焊条直径3.2mm；
②层：选用碳钢焊条J507，焊条直径4.0mm；
③层：选用碳钢焊条J507，焊条直径4.0mm；
④层：选用铬镍不锈钢焊条，例如可选用A302，焊条直径3.2mm；
⑤层：选用铬镍不锈钢焊条，例如可选用A102，焊条直径4.0mm。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合钢材板制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳素结构钢板与不锈钢板分别进行第一次表面处理；
依次设置不锈钢板、支架、碳素结构钢板及爆炸装置，不锈钢板设置在底层；
引燃爆炸装置，使得碳素结构钢板与不锈钢板焊接成双层复合板；
将双层复合板进行热处理；
将热处理后的双层复合板进行第二次表面处理，得到复合钢材板。
2.根据权利要求1所述的复合钢材板制造方法，其特征在于，所述将碳素结构钢板与不锈钢板分别进行第一次表面处理，具体包括：分别去除碳钢结构钢板及不锈钢板表面的杂物及氧化层，使得板平整度小于2.8mm/m，表面粗糙度小于12.5um。
3.根据权利要求1所述的复合钢材板制造方法，其特征在于，所述依次设置不锈钢板、支架、碳素结构钢板及爆炸装置，具体包括以下步骤：
将不锈钢板平放；
在不锈钢板上表面放置若干支架；
将碳素结构钢板放置在各个支架上；
在碳素结构钢板上表面放置纸质盛药盒；
将定量的炸药倒入盛药盒内，使得炸药均匀分布在盛药盒内；
将雷管插入盛药盒中心。
4.根据权利要求3所述的复合钢材板制造方法，其特征在于，所述引燃爆炸装置，使得碳素结构钢板与不锈钢板焊接成双层复合板，具体包括：点燃雷管引爆炸药，通过控制炸药质量使得爆炸速度达到2000mm/s-3100mm/s，使得碳素结构钢板与不锈钢板发生形变焊接在一起形成双层复合板。
5.根据权利要求1所述的复合钢材板制造方法，其特征在于，所述将热处理后的双层复合板进行第二次表面处理，具体包括：去除热处理后的双层复合板表面的氧化层，并清洁表面。
6.根据权利要求1所述的复合钢材板制造方法，其特征在于，所述将双层复合板进行热处理，具体包括：将双层复合板进行应力退火处理。
7.一种空间环境模拟容器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照如权利要求1-6中任一项所述的复合钢材板制造方法制造复合钢材板；
将复合钢材板裁切成板材；
将板材分别成型为筒体及封头；
将两个封头分别焊接在筒体的两端；
将筒体法兰焊接在筒体上；
将若干接管法兰焊接在筒体上，形成空间环境模拟容器。
8.根据权利要求7所述的空间环境模拟容器制造方法，其特征在于，所述将板材分别成型为筒体及封头，具体包括以下步骤：
通过卷板机将板材卷圆；
将卷圆后的板材对应缝隙的两条侧边上进行坡口打磨；
将板材对应缝隙的两条侧边进行直焊缝焊接；
回圆，使得圆度小于等于3mm，形成筒体。
9.根据权利要求8所述的空间环境模拟容器制造方法，其特征在于，所述将两个封头分别焊接在筒体的两端，具体包括以下步骤：
将筒体与封头对应环焊的侧边分别进行坡口打磨；
将两个封头分别点焊在筒体的两端；
将筒体与封头装夹至自动环焊缝机，使得筒体与封头环焊连接在一起，形成容器主体。
10.根据权利要求9所述的空间环境模拟容器制造方法，其特征在于，所述将筒体法兰焊接在筒体上，具体包括以下步骤：
在筒体上对应筒体法兰焊接的位置进行坡口打磨，并进行擦洗；
将筒体法兰点焊在筒体的相应位置；
将筒体法兰及筒体装夹至自动环焊缝机，使得筒体法兰与筒体环焊连接在一起。
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