CN113478064A - 铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法 - Google Patents

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朱磊
李颖
曹磊
龙裕轩
侯元剑
刘林杰
高建峰
黄超
马永哲
王贝
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Abstract

本发明公开了一种铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，该方法采用铝板作为基板，铜板作为复板，先在基板的上层和下层均叠放复板，并在复板与基板之间均设置铝制支撑柱，然后在背离基板的上层复板一侧均匀涂抹黄油形成黄油层，再在黄油层上铺设炸药层并安放雷管，进行一次爆炸焊接成型，得到铜铝铜三层复合板，且炸药层的厚度为20mm～35mm，炸药的爆速为1300m/s～2500m/s。本发明通过限定爆炸层的厚度和炸药的爆速，保证了铜板与铝板之间形成性能牢固可靠的焊接界面，并避免焊接界面上产生较多的氧化物对界面强度形成不利影响，一次性实现铜铝铜三层复合板的爆炸焊接成型，工艺简单，生产周期短，成本较低，适宜推广应用。

Description

铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法
技术领域
本发明属于爆炸焊接技术领域，具体涉及一种铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法。
背景技术
异种金属板材的焊接常用爆炸焊接法，即以炸药为能源，通过引爆炸药产生的能量加速复板，复板以极高的速度与基板进行倾斜碰撞，从而实现异种金属板材的双层或多层复合。在复板与基板的高速碰撞下，碰撞点附近形成高温、高压区，产生金属射流，在金属射流的冲刷下，板材表面达到洁净状态，为异种金属板材的焊接提供条件。
铝、铜作为重要的金属原料，被广泛应用于工业和生活中。铜铝铜三层复合板作为一种新兴的金属复合材料，由于兼顾铝板易成型、耐腐蚀和铜板较高强度、导电性好的优点，在电力、航空、化工等领域具有良好的应用前景。
专利CN112622365A提供了一种先将铜、铝合金冷轧，随后向铜、铝界面灌注熔融铝液，冷却后多道次精轧再热处理的生产技术；该生产工艺复杂，成本较高。专利CN110773741A提供了一种包括融化、雾化的喷射成型铜铝铜三层复合板技术，但铜铝铜三层复合板中的铜板厚度不能超过1.5mm，生产工艺要求严格，生产周期较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法。该方法以铜板作为基板、铝板作为复板制备铜铝铜三层复合板，通过限定爆炸层的厚度和炸药的爆速，保证了铜板与铝板之间形成性能牢固可靠的焊接界面，并避免焊接界面上产生较多的氧化物对界面强度形成不利影响，一次性实现铜铝铜三层复合板的爆炸焊接成型。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，该方法采用铝板作为基板，铜板作为复板，先在基板的上层和下层均叠放复板，并在复板与基板之间均设置铝制支撑柱，然后在背离基板的上层复板一侧均匀涂抹黄油形成黄油层，再在黄油层上铺设炸药层并安放雷管，进行一次爆炸焊接成型，得到铜铝铜三层复合板；所述炸药层的厚度为20mm～35mm，所述炸药的爆速为1300m/s～2500m/s。
与现有技术中采用两次爆炸焊接，即与铝板两侧焊接铜板需要分两次进行爆炸复合生产铜铝铜三层复合板相比，本发明将复板铜板叠放在基板铝板的上层和下层，并在复板与基板之间均设置铝制支撑柱，起到支撑作用，在背离基板的上层复板一侧均匀涂抹黄油形成黄油层，以防止爆炸焊接过程中铜板上表面烧伤受损，结合限定炸药层的厚度和炸药的爆速，保证了铜板与铝板之间形成性能牢固可靠的焊接界面，并避免焊接界面上产生较多的氧化物对界面强度形成不利影响，一次性即仅需要一次爆炸焊接实现铜铝铜三层复合板的爆炸焊接成型，工艺简单，生产周期短，成本较低。
上述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述铜板的厚度为1mm～5mm，铝板的厚度为4mm～10mm。该优选厚度制备的铜铝铜三层复合板更易形成牢固的焊接界面，从而顺利成型，且满足了市场对不同厚度匹配的铜铝铜三层复合板的需要。
上述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述叠放在铝板上层的铜板一端设置有起爆点。
上述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述黄油层的厚度为0.2mm。该优选厚度的黄油层实现了对上层铜板上表面的有效保护，保证了铜铝铜三层复合板的质量。
上述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述炸药层中的起爆点处添加黑索金炸药作为起爆炸药。优选添加黑索金炸药作为起爆炸药，有利于对雷管区聚能，便于控制雷管区尺寸，控制成品尺寸。通常，添加的黑索金炸药的直径为20mm，高度为15mm。
上述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述炸药层含有粉状乳化炸药，且粉状乳化炸药中含有质量分数20％～25％的细沙和质量分数8％～15％的玻璃微球。通过添加细沙和玻璃微球，提高了炸药层爆轰过程的稳定性，进而提高了焊接质量。
上述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述叠放在铝板上层的铜板的长、宽尺寸均比铝板大50mm，其余铜板与铝板的长、宽尺寸相同。通过该限定，将铜板中超出铝板的部分作为飞边余量，有效避免了因复板边部炸药能量损失而发生边部不结合的“边界效应”，保证了铝板与铜板边部的结合质量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用爆炸焊接方法，以铜板作为基板、铝板作为复板制备铜铝铜三层复合板，通过限定爆炸层的厚度和炸药的爆速，保证了铜板与铝板之间形成性能牢固可靠的焊接界面，并避免焊接界面上产生较多的氧化物对界面强度形成不利影响，一次性实现铜铝铜三层复合板的爆炸焊接成型。
2、本发明的工艺简单，生产周期短，成本较低，制备的铜铝铜三层复合板中界面性能稳定可靠，适宜推广应用。
3、本发明将本需要进行两次爆炸焊接才能生产的铜铝铜三层复合板改进为仅需要一次爆炸焊接即可完成铜铝铜三层复合板的生产，极大地缩短了生产周期，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明铜铝铜三层复合板爆炸焊接的组配示意图。
附图标记说明:
1—基板； 2—铝制支撑柱； 3—第一复板；
4—黄油层； 5—炸药层； 6—雷管；
7—第二复板。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的具体过程为：采用4mm×300mm×500mm(厚度×宽度×长度)的铝板作为基板1，1mm×350mm×550mm(厚度×宽度×长度)的铜板作为第一复板3，1mm×300mm×500mm作为第二复板7，将经打磨、抛光处理后的第二复板7放置于预先平整好的炮台上并与炮台完全接触，在第二复板7上表面均匀布置预制的4mm高的铝制支撑柱2，随后放置基板1，同样在基板1上表面均匀布置预制的4mm高的铝制支撑柱2，在第一复板3上表面均匀涂抹黄油形成厚度为0.2mm的黄油层4，再将含有质量分数20％细沙和8％玻璃微球的粉状乳化炸药均匀铺设在第一复板3的黄油层上并用刮药板刮平，形成厚度为20mm的炸药层5，然后在第一复板3的一端设置起爆点，并在起爆点处添加黑索金炸药作为起爆炸药，且黑索金炸药的直径为20mm，高度为15mm，将雷管6安放在起爆点处，并将雷管6与起爆线连接，经爆前安全检查后，启动起爆器经起爆线触发雷管6一次引爆起爆炸药和炸药进行爆炸焊接，炸药的爆速为1300m/s，得到铜铝铜三层复合板。
实施例2
如图1所示，本实施例的具体过程为：采用10mm×300mm×500mm(厚度×宽度×长度)的铝板作为基板1，5mm×350mm×550mm(厚度×宽度×长度)的铜板作为第一复板3，5mm×300mm×500mm作为第二复板7，将经打磨、抛光处理后的第二复板7放置于预先平整好的炮台上并与炮台完全接触，在第二复板7上表面均匀布置预制的6mm高的铝制支撑柱2，随后放置基板1，同样在基板1上表面均匀布置预制的6mm高的铝制支撑柱2，在第一复板3上表面均匀涂抹黄油形成厚度为0.2mm的黄油层4，再将含有质量分数25％细沙和15％玻璃微球的粉状乳化炸药均匀铺设在第一复板3的黄油层上并用刮药板刮平，形成厚度为35mm的炸药层5，然后在第一复板3的一端设置起爆点，并在起爆点处添加黑索金炸药作为起爆炸药，且黑索金炸药的直径为25mm，高度为30mm，将雷管6安放在起爆点处，并将雷管6与起爆线连接，经爆前安全检查后，启动起爆器经起爆线触发雷管6一次引爆起爆炸药和炸药进行爆炸焊接，炸药的爆速为2500m/s，得到铜铝铜三层复合板。
对比例1
本对比例与实施例2的不同之处在于：采用不含有细沙和玻璃微球的普通粉状乳化炸药均匀铺设在第一复板3的黄油层上并用刮药板刮平，形成厚度为35mm的炸药层5，炸药的爆速为2700m/s。
根据实施例1～2的爆炸焊接过程，对应改变爆速、炸药层厚度和铝板、铜板厚度进行实施例3～5，实施例1～实施例5和对比例1中的爆速、炸药层厚度和铝板厚度参数如下表1所示。
表1
Figure BDA0003171466840000051
对本发明实施例1～实施例5和对比例1制备的铜铝铜三层复合板的表面质量和力学性能进行观察和检测，结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003171466840000061
从表2可知，本发明实施例1～实施例5制备的铜铝铜三层复合板的表面状态良好，剪切断口处的焊接界面纹理均匀，呈柔性断裂，说明铜铝铜三层复合板中铜板与铝板的焊接界面处脆性相含量得到了良好控制，未形成连续分布的脆性化合物；而铜铝铜三层复合板的剪切强度在80MPa以上，说明本发明的铜铝铜三层复合板中铜板与铝板之间形成性能牢固可靠的焊接界面，焊接质量可靠，且工艺简单，生产周期短，成本较低，具有较高的应用价值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，该方法采用铝板作为基板，铜板作为复板，先在基板的上层和下层均叠放复板，并在复板与基板之间均设置铝制支撑柱，然后在背离基板的上层复板一侧均匀涂抹黄油形成黄油层，再在黄油层上铺设炸药层并安放雷管，进行一次爆炸焊接成型，得到铜铝铜三层复合板；所述炸药层的厚度为20mm～35mm，所述炸药的爆速为1300m/s～2500m/s。
2.根据权利要求1所述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述铜板的厚度为1mm～5mm，铝板的厚度为4mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述叠放在铝板上层的铜板一端设置有起爆点。
4.根据权利要求1所述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述黄油层的厚度为0.2mm。
5.根据权利要求1所述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述炸药层中的起爆点处添加黑索金炸药作为起爆炸药。
6.根据权利要求1所述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述炸药层含有粉状乳化炸药，且粉状乳化炸药中含有质量分数20％～25％的细沙和质量分数8％～15％的玻璃微球。
7.根据权利要求1所述的铜铝铜三层复合板爆炸焊接方法，其特征在于，所述叠放在铝板上层的铜板的长、宽尺寸均比铝板大50mm，其余铜板与铝板的长、宽尺寸相同。
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