CN113601000A - 一种硬脆材料的爆炸焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硬脆材料的爆炸焊接方法，属于材料加工技术领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种可以明显减少龟裂的硬脆材料的爆炸焊接方法。本发明硬脆材料的爆炸焊接方法，包括如下步骤：a、根据需要选择复板和基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间布设多个支撑柱；b、在步骤a中铺设于基板上的复板的上表面铺设水层，然后将药框置于覆有水层的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；c、引爆，得到爆炸复合板。本发明方法得到的复合板结合率、结合强度均较高，且所得复合板性能均匀一直，板型良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬脆材料的爆炸焊接方法，属于材料加工技术领域。
背景技术
爆炸复合技术即大面积的层状爆炸焊接，通过该技术生产的产品可以用于火电厂烟筒内衬，核电冷凝器管板，化学反应容器等多个领域，且效率高、污染小，已经广泛的应用于金属加工领域，创造了巨大的社会价值。目前钛、不锈钢、铜、镍等硬度低，延展性能好的金属材料已经取得突飞猛进的进展，无论从规格、结合率，还是结合强度等方面都已经可以满足大规模工业生产的需要。但是一些硬脆材料，如钨、钼、陶瓷等硬度是上述金属的几倍，延伸率确只有10％不到，这些材料在爆炸复合后会出现大面积的龟裂，结合率及结合强度，以及表面和板型等均无法达到工业生产的要求。
国内外针对这些硬脆材料的爆炸焊技术接做了大量的研究工作，主要有以下几种：
1、采用黄油、机油、沥青等一些油类软质覆于复板表面，充当缓冲层，此种方法可以减少20％～30％的龟裂，但是还是存在大量的龟裂，且不能有效的传递爆炸能量，结合率及结合强度很低，无法达到工业生产的需求；
2、采用纸板、石膏板、木板、塑料、玻璃钢等硬质材料充当缓冲层，此方法可以减少50％以上的龟裂，但也不能彻底解决龟裂问题，结合强度只有几十兆帕，结合率低于70％，无法用于工业生产；
3、水下爆破，将整个结构至于水下，这种方法虽然可以有效的保证爆炸焊接的均匀性，但炸药的能量还是直接作用于复板上，无法减轻龟裂的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以明显减少龟裂的硬脆材料的爆炸焊接方法。
本发明硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、根据需要选择复板和基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间布设多个支撑柱；
b、在步骤a中铺设于基板上的复板的上表面铺设水层，然后将药框置于覆有水层的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；
c、引爆，得到爆炸复合板。
其中，为了使复合板的层间结合率更高，上述步骤a中所述的多个支撑柱优选均匀布设。
进一步的，上述步骤a中所布设的支撑柱高度优选为6～20mm(支撑柱的高度即为钴板和钢板之间的间隙大小)，支撑柱的高度决定了碰撞角和碰撞速度，支撑柱高度为6～20mm可以使产品的结合强度最佳。
更进一步的，支撑柱的直径大小对产品性能也有较大影响，支撑柱的直径过下，则复合板的结合强度不够高，如果支撑柱的直径过大，则爆炸焊接时无法融化，会造成不结合，综合考虑，步骤a中所述的支撑柱的直径优选为0.1～0.2mm。
另外，相邻两个支撑柱之间的距离也会影响复合板的性能，为了使产品的结合强度和结合率更好，步骤a中所述的多个支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离优选为300～600mm。
其中，上述硬脆材料的爆炸焊接方法，其步骤a中所述的支撑柱的材质优选与复板相同，如果材质与基板相同，则可能会产生点状不结合，降低产品性能。
其中，上述硬脆材料的爆炸焊接方法，步骤a中所述基板和复板的厚度可以根据具体需要进行调节，比如：调节复板的厚度为2～15mm。另外，复板的长度和宽度优选均大于基板。
其中，本发明硬脆材料的爆炸焊接方法，所述的基板适用于材料领域的常用基板，比如钢板、不锈钢板、铜板、镍板或铝板；所述的复板可以为材料领域常用的硬脆材料，比如钨、钼、硬质合金或陶瓷等，进一步的，所述的硬质合金可以为工业常用的硬质合金，比如钛合金、钨合金或钼合金等。
进一步的，为了减少龟裂发生，上述步骤a中的复板优选先进行加热预处理，将复板加热至60～150℃。根据复板材质不同，对事先的预加热温度可以进行调整，比如：复板为钨板时，钨板加热到80℃；复板为钼板时，钼板加热到70℃；复板为钛合金板时，钛合金板加热到100℃；复板为陶瓷时，加热到150℃。
其中，综合考虑防止或减少龟裂状况的发生，以及产品的结合强度和结合率，上述b步骤所述水层厚度优选为2～5mm。所述水层可以采用密封的防高温塑料袋，或者在材料四周焊上挡板直接加水，再盖一层塑料板，再放置炸药的方式进行设置。
进一步的，根据复板的厚度不同，综合考虑防止或减少龟裂状况的发生，以及产品的结合强度和结合率，复板厚度为2～4mm时，水层厚度优选设置为2mm；复板厚度为5～7mm时，水层厚度优选设置为3mm；复板厚度为8～10mm时，水层厚度优选设置为4mm；复板厚度为10mm以上时，水层厚度优选设置为5mm。
本发明方法的c步骤中的引爆可以采用常规方法，比如：可以将起爆药置于爆炸复合用炸药上，然后引爆。
本发明方法中所用的爆炸复合用炸药可以采用常规爆炸焊接用炸药，比如：岩石改性铵油炸药、黑索金等。
本发明方法所制备的复合板的结合状态采用超声检测方法，按NB/T 47013.3的规定检测；复合板的剪切试验、拉伸试验、弯曲试验按GB/T 6396的规定检测。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明成功实现了硬脆材料的爆炸焊接，爆炸后硬脆材料无龟裂，得到的爆炸复合板结合率、结合强度均较高；
2、本发明方法通过对硬脆材料预先加热到合理的温度，降低了其硬度，提高了其延伸率，可以进一步降低龟裂发生可能性；
3、本发明在传统的爆炸焊接结构中增加了水层作为缓冲层，水廉价易得，水层加工简单方便，但因为水的不可压缩性和其高度均匀性，稳定均匀的将爆炸能量传递到复板上，成功避免了复板的龟裂现象，且所得复合板性能均匀一直，板型良好。
附图说明
图1为本发明方法的爆炸焊接结构复合前的使用状态图。
附图标记说明：
1—基板；2—复板；3—支撑柱；4—药框；5—爆炸复合用炸药；6—起爆药包；7—水层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1采用本发明方法制备钨钢金属复合板
本实施例钨钢金属复合板由以下材料组成：钨板厚度2mm，钢板厚度30mm，钨板做为复板，钢板作为基板。
制备方法具体步骤如下(爆炸焊接结构复合前的使用状态图如图1所示)：
步骤一、根据所要制备的爆炸复合板的材质选择基板1和复板2，然后将复板2铺设于基板1顶部，并在基板1和复板2之间均匀布设多个支撑柱3，使基板1和复板2的间隙为6mm；所述基板1为一张尺寸为1000mm×1000mm×50mm的普碳钢板，所述复板2为一张尺寸为1040mm×1040mm×2mm的钨板；多个所述支撑柱3均为尺寸为Φ5mm×8mm的钨柱，且相邻两个支撑柱之间的距离均为300mm；
步骤二、将制作好的2mm密封水层7至于复板2上；
步骤三、然后将药框4置于覆有水层7的复板2顶部，之后将爆炸复合用炸药5均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药5的铺覆面积不小于基板1的板面面积；所述爆炸复合用炸药5的铺覆厚度为20mm，铺覆面积为1000mm×1000mm；所述药框4的尺寸为1040mm×1040mm×50mm；
步骤四、将起爆药包6通过置于步骤二中铺覆后的爆炸复合用炸药5上，位于复板2的几何中心处，然后利用起爆药包6将爆炸复合用炸药5引爆，使基板1和复板2进行爆炸复合，得到钨/钢爆炸复合板；所述起爆药包6为捆扎有8号工程电雷管的直径Φ15mm的黑索金。
经检测，本实施例制备的钨钢金属复合板无龟裂，层间结合率为100％，结合强度为190MPa。
实施例2采用本发明方法制备钼钢金属复合板
本实施例钼钢金属复合板由以下材料组成：钼板厚度3mm，钢板厚度30mm，钼板做为复板，钢板作为基板。
制备方法具体步骤如下：
步骤一、根据所要制备的爆炸复合板的材质选择基板和复板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，使基板和复板的间隙为6mm；所述基板为一张尺寸为1000mm×1000mm×50mm的普碳钢板，所述复板为一张尺寸为1040mm×1040mm×2mm的钼板；多个所述支撑柱均为尺寸为Φ0.1mm×6mm的钼柱，且相邻两个支撑柱之间的距离均为400mm；
步骤二、将制作好的2mm密封水层至于复板上；
步骤三、然后将药框置于覆有水层的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；所述爆炸复合用炸药的铺覆厚度为20mm，铺覆面积为1000mm×1000mm；所述药框的尺寸为1040mm×1040mm×50mm；
步骤四、将起爆药包通过置于步骤二中铺覆后的爆炸复合用炸药上，位于复板的几何中心处，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钼/钢爆炸复合板；所述起爆药包为捆扎有6号工程电雷管的直径Φ15mm的黑索金。
经检测，本实施例制备的钼钢金属复合板无龟裂，层间结合率为100％，结合强度为201MPa。
实施例3采用本发明方法制备钛合金钢金属复合板
本实施例钛钢金属复合板由以下材料组成：钛合金厚度8mm，钢板厚度50mm，钛板做为复板，钢板作为基板。
制备方法具体步骤如下：
步骤一、根据所要制备的爆炸复合板的材质选择基板和复板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，使基板和复板的间隙为12mm；所述基板为一张尺寸为1000mm×1000mm×50mm的普碳钢板，所述复板为一张尺寸为1040mm×1040mm×2mm的钛板；多个所述支撑柱均为尺寸为Φ0.15mm×12mm的钛柱，且相邻两个支撑柱之间的距离均为500mm；
步骤二、将制作好的4mm密封水层至于复板上；
步骤三、然后将药框置于覆有水层的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；所述爆炸复合用炸药的铺覆厚度为20mm，铺覆面积为1000mm×1000mm；所述药框的尺寸为1040mm×1040mm×50mm；
步骤四、将起爆药包通过置于步骤二中铺覆后的爆炸复合用炸药上，位于复板的几何中心处，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到钛/钢爆炸复合板；所述起爆药包为捆扎有6号工程电雷管的直径Φ15mmΦ15mm的黑索金。
经检测，本实施例制备的钛钢金属复合板无龟裂，层间结合率为100％，结合强度为198MPa。
实施例4采用本发明方法制备陶瓷钢金属复合板
本实施例陶瓷钢金属复合板由以下材料组成：陶瓷板厚度12mm，钢板厚度60mm，陶瓷板做为复板，钢板作为基板。
制备方法具体步骤如下：
步骤一、根据所要制备的爆炸复合板的材质选择基板和复板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间均匀布设多个支撑柱，使基板和复板的间隙为14mm；所述基板为一张尺寸为1000mm×1000mm×50mm的普碳钢板，所述复板为一张尺寸为1040mm×1040mm×2mm的陶瓷板；多个所述支撑柱均为尺寸为Φ0.15mm×8mm的陶瓷柱，且相邻两个支撑柱之间的距离均为600mm；
步骤二、将制作好的5mm密封水层至于复板上；
步骤三、然后将药框置于覆有水层的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；所述爆炸复合用炸药的铺覆厚度为20mm，铺覆面积为1000mm×1000mm；所述药框的尺寸为1040mm×1040mm×50mm；
步骤四、将起爆药包通过置于步骤二中铺覆后的爆炸复合用炸药上，位于复板的几何中心处，然后利用起爆药包将爆炸复合用炸药引爆，使基板和复板进行爆炸复合，得到陶瓷/钢爆炸复合板；所述起爆药包为捆扎有6号工程电雷管的直径Φ15mm的Φ15mm的黑索金。经检测，本实施例制备的陶瓷钢金属复合板无龟裂，层间结合率为95％，结合强度为80MPa。
Claims (10)
1.硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、根据需要选择复板和基板，然后将复板铺设于基板顶部，并在基板和复板之间布设多个支撑柱；
b、在步骤a中铺设于基板上的复板的上表面铺设水层，然后将药框置于覆有水层的复板顶部，之后将爆炸复合用炸药均匀铺覆于药框内；所述爆炸复合用炸药的铺覆面积不小于基板的板面面积；
c、引爆，得到爆炸复合板。
2.根据权利要求1所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：步骤a中所述的多个支撑柱均匀布设；步骤a中所布设的支撑柱高度优选为6～20mm；步骤a中所述的支撑柱的直径优选为0.1～0.2mm。
3.根据权利要求2所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：步骤a中所述的多个支撑柱中相邻两个支撑柱之间的距离为300～600mm。
4.根据权利要求1或2所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：步骤a中所述的支撑柱的材质与复板相同；步骤a中所述复板的厚度优选为2～15mm，复板的长度和宽度优选均大于基板。
5.根据权利要求1所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：所述的基板为钢板、不锈钢板、铜板、镍板或铝板，所述的复板为硬脆材料。
6.根据权利要求2所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：所述的硬脆材料为钨、钼、硬质合金或陶瓷；所述的硬质合金优选为钛合金、钨合金或钼合金。
7.根据权利要求5或6所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：所述步骤a中的复板先进行加热预处理，将复板加热至60～150℃。
8.根据权利要求7所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：复板为钨板时，钨板加热到80℃；复板为钼板时，钼板加热到70℃；复板为钛合金板时，钛合金板加热到100℃；复板为陶瓷时，加热到150℃。
9.根据权利要求1～8任一项所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：b步骤所述水层厚度为2～5mm。
10.根据权利要求9所述的硬脆材料的爆炸焊接方法，其特征在于：复板厚度为2～4mm时，水层厚度设置为2mm；复板厚度为5～7mm时，水层厚度设置为3mm；复板厚度为8～10mm时，水层厚度设置为4mm；复板厚度为10mm以上时，水层厚度设置为5mm。
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