CN112935726B - 一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法及得到的超长板材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法及得到的超长板材，属于材料加工领域。本发明的基于爆炸焊接的超长板材的制造方法，采用母材合金制成飞板和基板，之后采用爆炸焊接方法将飞板和基板复合成具有复合板材预成品，之后对复合预成品进行变形加工和再结晶处理，使复合板材成为无焊缝一体化大尺寸板材；重复以上操作，直至得到预设长度的超长复合板材；本发明基于爆炸焊接在制造复合板材过程中形成的焊接界面，通过大变形和再结晶退火处理消除，结合强度能达到母材本身；变形加工处理可以获得满足要求的超长板材，再结晶处理恢复板材变形能力，细化组织晶粒，提高性能，并进一步作为高性能基板使用。

Description

一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法及得到的超长板材

技术领域

本发明属于材料加工领域，尤其是一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法及得到的超长板材。

背景技术

在当今社会发展中，由于板材形状简单，国民经济的发展中用量很大，采用常规的制造技术生产的板材产品，外形扁平，宽厚比大和比表面积都很大，因此生产中轧制压力很大，可达数百万至数千万牛顿，轧机设备复杂庞大，而且对生产大吨位超长板材及表面质量的控制也变得十分困难和复杂。传统单一大吨位的板材铸锭在生产中难以加工，效率较低，且对设备要求较高，产品性能水平低，质量控制难精确保证。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法及得到的超长板材。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法，包括以下步骤：

1)根据预设的超长板材的材料参数，确定母材合金；

2)根据飞板和基板材料的规格尺寸，将母材合金加工成相应厚度；

3)计算爆炸焊接窗口并确定爆炸焊接参数，进行爆炸焊接实验，得到复合板材预成品；

4)对所述复合板材预成品进行冷变形处理；

5)对经冷变形处理的复合板材预成品进行再结晶退火处理；

6)以所述复合板材预成品为基板，以母材合金为飞板，重复步骤3)-5)，直至得到预设长度的超长复合板材。

进一步的，步骤1)中，所述预设的超长板材的材料参数包括尺寸规格、力学性能以及服役条件。

进一步的，步骤1)中，计算爆炸焊接窗口以爆炸焊接理论和经验公式为基础结合所选择的母材合金材料的相关常数；

超长板材在爆炸焊接中基板和飞板平行放置。

进一步的，步骤4)中，所述冷变形处理工艺的参数范围为：

冷轧的变形量大于等于50％小于等于80％。

进一步的，步骤4)中，结合变形量大小根据《热处理工艺规范数据手册》确定再结晶退火温度。

进一步的，保温时间1-6h。

进一步的，步骤6)中还包括，对超长板材进行宏观平整、余量加工、表面精修。

进一步的，步骤4)中还包括所述复合板材预成品进行无损检测，切除未焊合区域。

一种超长板材，由本发明所述的基于爆炸焊接的超长板材的制造方法制造得到。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于爆炸焊接的超长板材的制造方法，采用母材合金制成飞板和基板，之后采用爆炸焊接方法将飞板和基板复合成具有复合板材预成品，之后对复合预成品进行变形加工和再结晶处理，使复合板材成为无焊缝一体化大尺寸板材；重复以上操作，直至得到预设长度的超长复合板材；本发明基于爆炸焊接在制造复合板材过程中形成的焊接界面，通过大变形和再结晶退火处理消除，结合强度能达到母材本身；变形加工处理可以获得满足要求的超长板材，再结晶处理恢复板材变形能力，细化组织晶粒，提高性能，并进一步作为高性能基板使用。

本发明的超长板材由铜合金通过爆炸焊接及轧制、再结晶退火等制备，根据实际需要，一次、两次和多次地爆炸焊接，以获得既定目标的爆炸焊接材料。爆炸焊接复合材料的冷变形可以提高复合板材的厚度尺寸精度，提高复合板材的结合强度。在轧制过程中采用大变形，结合区缺陷的数量可以减小到最小的限度，复合板材波形界面的缓和以及微观裂纹和气孔类型的局部缺陷的减少，爆炸焊接时所形成的的脆性相被轧碎分散，可以明显地提高结合强度。复合板材在不同工艺退火以后，结合区的组织形态发生变化，铜的晶粒长大，开始再结晶，变形组织消失，新相区连接成带，界面与基体成为一整体退火后采用空气中冷却，金属在高温下的组织形态基本都保留了下来。本发明的超长板材在高温退火后的组织成分均匀，晶粒与母材合金相比得到细化，提高了复合板的力学性能。

附图说明

图1为实施例1采用爆炸焊接方法制造的固溶态的铜合金复合板的微观组织图：其中，图1(a)为焊接界面微观组织形貌，图1(b)为合金基体微观组织形貌；

图2为实施例1经过冷变形处理的固溶态的铜合金复合板预成品的微观组织图；

图3为实施例1经过退火处理的固溶态的铜合金复合板材的微观组织图。

图4为本发明的基于爆炸焊接的超长板材的制造方法的示意图，其中，图4(a)为爆炸焊接实验中按平行方式布置的飞板和基板材料，图4(b)为通过爆炸焊接实验获得的复合板材预成品，图4(c)为复合板材预成品焊合区域进行冷变形处理后的复合板材，图4(d)为再结晶处理得到的超长复合板材。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合实施例1的附图，对实施例1的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

爆炸焊接技术在制造大尺寸复合材料上具有显著优势，爆炸焊接对板材质量无限制，结合强度能达到母材本身，焊接质量好，效率高，适合进行超长板材的制造。首先使用传统方式制造长度较小且质量良好的铸锭，采用爆炸焊接方法复合成具有一定厚度的长度较小的母材合金板材，然后对复合板材进行变形加工和再结晶处理，使复合板材成为无焊缝一体化大尺寸板材。爆炸焊接在制造复合板材过程中形成的焊接界面，可以通过大变形和再结晶处理消除，变形加工处理可以获得满足要求的超长板材，再结晶处理又可以恢复板材变形能力，细化组织晶粒，提高性能，并进一步作为高性能基板使用。

参见图4，图4为本发明一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法的示意图，本发明的流程为爆炸焊接实验中按平行方式布置的飞板和基板材料，之后通过爆炸焊接实验获得的复合板材预成品，之后将复合板材预成品焊合区域进行冷变形处理后的复合板材，之后将冷变形处理后的复合板材再结晶处理得到的超长复合板材，各个步骤的示意图分别见图4(a)、图4(b)、图4(c)和图4(d)。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

铜合金，冷变形60％，再结晶温度850℃

以铜合金作为制造复合板材的母材合金，飞板和基板厚度分别为5mm和15mm，按板材尺寸规格将铜合金加工成相应厚度，并清洁合金表面，参见图1(b)，图1(b)为合金基体微观组织形貌，合金基体组织主要为α固溶体，晶粒从几十到数百微米，致密性良好，无孔隙杂质等缺陷，可以作为爆炸焊接的母材合金进行下一步工序。

以爆炸焊接理论和经验公式为基础，并结合铜合金材料的相关常数，计算铜合金的爆炸焊接窗口，确定爆炸焊接参数，飞板和基板平行安装间距10mm，碰撞角20°，炸药爆速2200-2300m/s，进行爆炸焊接实验，制造得到具有一定长度的铜合金复合板材预成品；参见图1(a)，图1(a)为焊接界面微观组织形貌，爆炸焊接制备的铜合金复合板材预成品，结合界面呈连续和规则的波形，波长约400μm，波幅约200μm，波形界面特征主要是由炸药爆炸后产生的爆轰波传播所形成的，波状结合界面增加了铜的飞板和基板的结合面积，对提高结合强度有利。从接合界面处的组织可以看出，界面两侧有塑性变形，且距界面越近，塑性变形程度越大，塑性很好的铜在巨大的压力作用下强烈的变形，形成密集的流线，铜组织晶粒被拉长且平行于冲击方向。

对铜合金复合板材预成品进行冷变形处理，冷轧的总下压量60％，获得总厚度8mm的复合板。将冷轧后的复合板置于850℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到再结晶退火处理后的铜合金复合板材；参见图2，图2为经冷变形处理的固溶态的铜合金复合板预成品的微观组织图，在60％的轧制后，结合区的波形界面消失，变得平直，由于变形量较大，界面两侧基体内均呈不同程度的纤维状变形组织。

将退火后的铜合金复合板材进行微观形貌检测，结果为：接合界面的波形界面特征不明显，复合板可视为一整体的板材。参见图3，图3为经退火处理的固溶态的铜合金复合板材的微观组织图，铜复合板在退火时会经历回复、再结与晶粒长大三个不同的阶段，利用这些可改变金属的组织来获得可靠的性能，在850℃进行退火后，铜复合板材的结合区的组织形态发生变化，变形基体中重新生成无畸变的新晶粒，随退火时间的延续，会发生晶粒长大，界面两侧元素彼此扩散，在一定的退火时间之后，接合界面处的组织完全扩散，波形界面消失，板材成为一整体。

以退火后的铜合金复合板预成品作为基板，与初始铜合金的飞板再次进行爆炸焊接实验，得到厚度为13mm的铜合金复合板。厚度为13mm的铜合金复合板进行冷变形，冷轧的总下压量60％，得到厚度为5mm的铜合金复合板。将冷轧后的复合板置于850℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到退火处理后的铜合金复合板材。将退火后的铜合金复合板材进行微观形貌检测，结果为：接合界面的波形界面特征不明显，符合使用要求，对铜合金复合板材进行宏观平整、余量加工及表面精修，完成铜合金超长板材的制造。

实施例2

铜合金，冷变形70％，再结晶温度900℃

以铜合金作为制造复合板材的母材合金，飞板和基板厚度分别为5mm和15mm，按板材尺寸规格将铜合金加工成相应厚度，并清洁合金表面；

以爆炸焊接理论和经验公式为基础，并结合铜合金材料的相关常数，计算铜合金的爆炸焊接窗口，确定爆炸焊接参数，飞板和基板平行安装间距10mm，碰撞角20°，炸药爆速2200-2300m/s，进行爆炸焊接实验，制造得到具有一定长度的铜合金复合板材预成品。

对铜合金复合板材预成品进行冷变形处理，冷轧的总下压量70％，获得总厚度6mm的复合板。将冷轧后的复合板置于900℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到再结晶退火处理后的铜合金复合板材。将退火后的铜合金复合板材进行微观形貌检测，结果为：接合界面的波形界面特征不明显，复合板可视为一整体的板材。

以退火后的铜合金复合板预成品作为基板，与初始铜合金的飞板再次进行爆炸焊接实验，得到厚度为11mm的铜合金复合板。厚度为11mm的铜合金复合板进行冷变形，冷轧的总下压量70％，得到厚度为3mm的铜合金复合板。将冷轧后的复合板置于900℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到退火处理后的铜合金复合板材。将退火后的铜合金复合板材进行微观形貌检测，结果为：接合界面的波形界面特征不明显，符合使用要求，对铜合金复合板材进行宏观平整、余量加工及表面精修，完成铜合金超长板材的制造。

实施例3

铜合金，冷变形60％，再结晶温度950℃

以铜合金作为制造复合板材的母材合金，飞板和基板厚度分别为5mm和15mm，按板材尺寸规格将铜合金加工成相应厚度，并清洁合金表面。以爆炸焊接理论和经验公式为基础，并结合铜合金材料的相关常数，计算铜合金的爆炸焊接窗口，以爆炸焊接参数，飞板和基板平行安装间距10mm，碰撞角20°，炸药爆速2200-2300m/s，进行爆炸焊接实验，制造得到具有一定长度的铜合金复合板材预成品。

对铜合金复合板材预成品进行冷变形处理，冷轧的总下压量60％，获得总厚度8mm的复合板。将冷轧后的复合板置于950℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到再结晶退火处理后的铜合金复合板材。将退火后的铜合金复合板材进行微观形貌检测，结果为：接合界面的波形界面特征不明显，复合板可视为一整体的板材。

以退火后的铜合金复合板预成品作为基板，与初始铜合金的飞板再次进行爆炸焊接实验，得到厚度为13mm的铜合金复合板。厚度为13mm的铜合金复合板进行冷变形，冷轧的总下压量60％，得到厚度为5mm的铜合金复合板。将冷轧后的复合板置于950℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到退火处理后的铜合金复合板材。将退火后的铜合金复合板材进行微观形貌检测，结果为：接合界面的波形界面特征不明显，符合使用要求，对铜合金复合板材进行宏观平整、余量加工及表面精修，完成铜合金超长板材的制造。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以铜合金作为制造复合板材的母材合金，飞板和基板厚度分别为5mm和15mm；

所述铜合金的冷变形为60％，再结晶温度为850℃；

2)按板材尺寸规格将铜合金加工成相应厚度；

3)以爆炸焊接理论和经验公式为基础，并结合铜合金材料的相关常数，计算铜合金的爆炸焊接窗口，确定爆炸焊接参数，飞板和基板平行安装间距10mm，碰撞角20°，炸药爆速2200-2300m/s，进行爆炸焊接实验，制造得到铜合金复合板材预成品；

4)对铜合金复合板材预成品进行冷变形处理，冷轧的总下压量60％，获得总厚度8mm的复合板；

5)将冷轧后的复合板置于850℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到再结晶退火处理后的铜合金复合板材；

6)以所述铜合金复合板材预成品为基板，以母材合金为飞板，重复步骤3)-5)，直至得到预设长度的超长复合板材。

2.一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以铜合金作为制造复合板材的母材合金，飞板和基板厚度分别为5mm和15mm；

所述铜合金的冷变形为70％，再结晶温度为900℃；

2)按板材尺寸规格将铜合金加工成相应厚度；

3)以爆炸焊接理论和经验公式为基础，并结合铜合金材料的相关常数，计算铜合金的爆炸焊接窗口，确定爆炸焊接参数，飞板和基板平行安装间距10mm，碰撞角20°，炸药爆速2200-2300m/s，进行爆炸焊接实验，制造铜合金复合板材预成品；

4)对铜合金复合板材预成品进行冷变形处理，冷轧的总下压量70％，获得总厚度6mm的复合板；

5)将冷轧后的复合板置于900℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到再结晶退火处理后的铜合金复合板材；

6)以所述铜合金复合板材预成品为基板，以母材合金为飞板，重复步骤3)-5)，直至得到预设长度的超长复合板材。

3.一种基于爆炸焊接的超长板材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以铜合金作为制造复合板材的母材合金，飞板和基板厚度分别为5mm和15mm；

所述铜合金的冷变形为60％，再结晶温度为950℃；

2)按板材尺寸规格将铜合金加工成相应厚度；

3)以爆炸焊接理论和经验公式为基础，并结合铜合金材料的相关常数，计算铜合金的爆炸焊接窗口，以爆炸焊接参数，飞板和基板平行安装间距10mm，碰撞角20°，炸药爆速2200-2300m/s，进行爆炸焊接实验，制造得到的铜合金复合板材预成品；

4)对铜合金复合板材预成品进行冷变形处理，冷轧的总下压量60％，获得总厚度8mm的复合板；

5)将冷轧后的复合板置于950℃的管式炉中保温1h，然后空冷，得到再结晶退火处理后的铜合金复合板材；

6)以所述铜合金复合板材预成品为基板，以母材合金为飞板，重复步骤3) -5)，直至得到预设长度的超长复合板材。

4.一种超长板材，其特征在于，根据权利要求1-3任一项所述的基于爆炸焊接的超长板材的制造方法制造得到。

Images