CN114850808A - 具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料，所述方法包括：步骤S1：对原料板材进行切割下料，分别制备成碳钢板、纯铝板、铝合金板；步骤S2：对碳钢板、纯铝板、铝合金板的复合面进行预处理；步骤S3：在碳钢板的复合面上预制若干机械啮合槽；步骤S4：将碳钢板作为基层，纯铝板作为中间层，铝合金板作为复层，进行爆炸焊接，经一次爆炸焊接形成三层层状的铝钢复合材料。本发明通过在碳钢板表面预制机械啮合槽，然后采用一次爆炸焊接制备三层层状金属复合板，使得纯铝板与碳钢板的结合界面形成了具有机械噬合和爆炸焊接冶金结合界面的特征，形成机械啮合和冶金融合的双重加强连接结构，同时还提高了铝钢复合材料的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合材料爆炸焊接技术领域，具体而言，涉及一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料。
背景技术
随着船舶的建造技术发展，单一金属船体结构材料已难以满足高速船舶的设计要求，为减轻质量，降低重心，改善稳定性，提高航速，船舶上层建筑或某些构件采用铝合金结构是近代船舶发展的一大趋势，如图1所示。因为铝和钢之间的溶解度很低，相互熔合时还会形成多种金属间脆化相，不能采用传统熔化焊方式进行连接，在以往的船舶建造中上层建筑与主船体的连接采用铆接或机械连接的方法。20世纪80年代以来，出现了采用铝合金-钢爆炸焊接金属复合板作为船舶上层铝建筑和钢船体之间连接的过渡接头，通过焊接方法实现铝合金与钢之间的连接。由于这种连接方式在改善铝合金与钢结合部的水密性、耐蚀性、简化施工工艺等方面较铆接等有突出的优点，因此逐渐替代了传统连接方法而获得了普遍应用。
目前常见的铝钢金属过渡接头主要采用爆炸焊接方法制备。一般的铝层材料选择与船用铝合金材料牌号相同，比如5083铝合金。钢层选择船用碳钢板，比如B级钢等。但由于5083铝合金和碳钢的直接爆炸焊接性较差，实际应用中，通常会在铝合金板和钢板中添加一层纯铝材料作为过渡层，例如1060工业纯铝板。增加纯铝过渡层能够对5083铝合金与碳钢板的直接爆炸焊接形成的结合界面性能不稳定现象有所改善，但纯铝板与碳钢的爆炸焊接焊接也属于异种金属焊接，在结合界面局部仍不可避免产生气孔、金属间化合物等缺陷，如图3所示，在使用过程中存在着一定的技术风险。另外，增加1060纯铝过渡层通常会采用逐层爆炸焊接方式，即先爆炸焊接形成纯铝/碳钢复合板，然后在纯铝层上继续爆炸焊接一层铝合金板。此种方式存在着技术路线长，质量风险增加的缺点。在船舶实际应用过程中，铝钢接头在船舶上的开裂现象时有发生，如图2所示，带来了较大的损失，而且开裂位置一般都是从纯铝-碳钢结合界面处缺陷产生开裂。
发明内容
本发明解决的问题是，现有技术中，铝钢复合材料需要先爆炸焊接形成纯铝/碳钢复合板，然后再在纯铝层上爆炸焊接一层铝合金板，技术路线长，质量风险点多，生产合格率不高，而且纯铝与碳钢的焊接属于异种金属的焊接，在结合界面存在产生气孔和金属间化合物的风险，导致铝钢接头在使用时经常发生开裂，损失较大。
本发明公开了一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：对原料板材进行切割下料，分别制备成碳钢板、纯铝板、铝合金板；
步骤S2：对碳钢板、纯铝板、铝合金板的复合面进行预处理；
步骤S3：在碳钢板的复合面上预制若干机械啮合槽；
步骤S4：将所述碳钢板作为基层，纯铝板作为中间层，铝合金板作为复层，进行爆炸焊接，经一次爆炸焊接形成三层层状的铝钢复合材料。
由于机械啮合槽的存在，在爆炸焊接过程中，首先铝合金板与纯铝板在炸药爆轰的载荷下产生碰撞先形成铝合金/纯铝复合板，然后铝合金/纯铝复合板继续向下飞行与含有机械啮合槽的碳钢板产生碰撞，粘流的纯铝金属在压力的作用下挤入机械啮合槽内形成铝合金和碳钢的机械啮合，再配合纯铝板与碳钢板之间在爆炸焊接时的冶金结合，使得纯铝板与碳钢板的结合界面形成了机械噬合和爆炸焊接冶金结合界面的特征，从而形成了机械啮合和冶金融合的双重加强连接结构，在扩大结合面积的同时提升了结合强度，接头性能稳定可靠，此外，仅采用一次爆炸焊接即可完成生产，显著提高了铝钢复合材料的生产效率。
进一步的，在步骤S1中，所述纯铝板、铝合金板的长宽尺寸比所述碳钢板的长宽尺寸大30-50mm。
该设置有助于炸药保证能量的稳定传递，避免在碳钢板的表面形成边界效应区，从而保证爆炸焊接的焊接质量，提高所述纯铝板和碳钢板的界面复合效率。
进一步的，步骤S2中的预处理包括：对所述碳钢板的复合面、所述铝合金板的复合面、所述纯铝板的两面进行打磨抛光。
通过上述设置，使得所述碳钢板、纯铝板和铝合金板的复合面上无锈无污物，有利于提高所述碳钢板和纯铝板、纯铝板和铝合金板的复合面之间的焊接质量，保证铝钢复合材料的性能。
进一步的，所述机械啮合槽为矩形槽，所述矩形槽的长度与碳钢板的长度或宽度一致，且所述矩形槽的槽宽在2-5mm，槽深在1-3mm，相邻两个槽的间隔在2-5mm。
矩形槽的结构简单易于加工，可以有效控制生产成本，且矩形槽容易在所述碳钢板的复合面上均匀设置，从而使得所述碳钢板的复合面在爆炸焊接中受力均匀，降低应力集中的情况，以保证铝钢复合板的使用性能。
进一步的，所述步骤S4包括：
步骤S41：设置碳钢板作为基层，在所述碳钢板上设置第一支撑块，在所述第一支撑块上设置纯铝板，在所述纯铝板上设置第二支撑块，在所述第二支撑块上设置铝合金板；
步骤S42：在所述铝合金板的边缘围设药框，在药框内放置炸药和雷管；
步骤S43：引爆雷管进行爆炸焊接，形成三层层状的铝钢复合材料。
通过上述设定，在爆炸焊接过程中，所述铝合金板先与所述纯铝板冶金融合形成铝合金/纯铝复合材料，然后铝合金/纯铝复合材料继续飞向所述碳钢板，在与所述碳钢板接触时，所述纯铝板中的一部分材料被挤压变形进入所述机械啮合槽中形成机械啮合，还有一部分纯铝材料与所述碳钢板发生冶金融合，从而形成同时具备机械啮合和冶金融合界面特征的结合界面，相对于现有技术大大提高了纯铝板与碳钢板的结合强度。
进一步的，所述炸药为粉状乳化炸药和棕刚玉矿粉混合后形成，其中，所述棕刚玉矿粉的质量比例在40％-60％。
通过上述方式配备的炸药可以实现慢速爆炸，爆速稳定，有助于提高爆炸焊接的质量，形成符合要求的复合材料。
进一步的，所述炸药的稳定爆轰速度在1900-2200m/s。
当所述炸药的爆轰速度在上述范围内时，爆炸焊接后形成的三层层状的铝钢复合材料中，所述纯铝板与所述碳钢板之间的机械啮合和冶金融合均处于较佳的状态，可以获得理想的复合材料。
进一步的，所述炸药的装药量与所述铝合金板单位面积的关系在4.5-8.0g/cm2。
上述装药量在爆炸焊接时可以使所述铝合金板与纯铝板、纯铝板与碳钢板之间均形成良好的结合界面，保证了生产出的铝钢层状金属复合材料具有良好的使用性能。
进一步的，所述第一支撑块的支撑高度在5-7mm，所述第二支撑块的支撑高度在6-10mm。
所述第一支撑块、第二支撑块在上述范围内时，可以保证爆炸时形成的冲击能量稳定地传递至纯铝板和碳钢板上，从而使其形成稳定的复合接头，保证了铝钢层状金属复合材料的性能。
本发明还公开了一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料，采用如上所述的制备方法生产。
本实施例提供的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料与上述的制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
相对于现有技术，本发明所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料具有以下优势：
本发明通过在碳钢板表面预制机械啮合槽，然后采用一次爆炸焊接制备三层层状金属复合板，在爆炸焊接过程中，首先铝合金板与纯铝板在炸药爆轰的载荷下产生碰撞先形成铝合金和工业纯铝板的结合，然后铝合金/纯铝复合板继续向下飞行与含有槽型特征的碳钢板产生碰撞，粘流的纯铝金属在压力的作用下挤入机械啮合槽内，同时界面处产生较大的塑性变形，再配合纯铝板与碳钢板之间在爆炸焊接下的冶金结合，使得纯铝板与碳钢板的结合界面形成了具有机械噬合和爆炸焊接冶金结合界面的特征，从而使得纯铝板和碳钢板之间形成了机械啮合和冶金融合的双重加强连接结构，在扩大结合面积的同时提升了结合强度，此外，仅采用一次爆炸焊接即可完成生产，显著提高了铝钢复合材料的生产效率。
附图说明
图1为现有技术中船舶轻量化示意图；
图2为现有技术中出现的铝钢复合材料接头开裂的示意图；
图3为现有技术中纯铝/碳钢接头结合界面的金相示意图；
图4为现有技术中铝钢复合材料生产过程中第一次爆炸焊接结构示意图；
图5为现有技术中铝钢复合材料生产过程中第二次爆炸焊接结构示意图；
图6为现有技术生产的铝钢复合材料接头结合界面示意图；
图7为本发明实施例所述的制备方法爆炸焊接结构示意图；
图8为本发明实施例所述的制备方法生产的铝钢复合材料接头结合界面示意图；
图9为本发明实施例所述的作为基层的碳钢板上预制机械啮合槽的结构示意图；
图10为本发明实施例所述的作为基层的碳钢板上预制机械啮合槽的另一角度的结构示意图；
图11为本发明实施例所述的将预制有机械啮合槽的碳钢板作为基层时，采用一次爆炸焊接生产三层层状铝钢复合材料的结构示意图。
附图标记说明：
1、碳钢板；11、机械啮合槽；2、纯铝板；3、第一支撑块；4、炸药；5、雷管；6、第二支撑块；7、铝合金板；8、纯铝/碳钢复合板。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
现有技术中，如图4-图6所示，由于铝合金板7与碳钢板1之间直接爆炸焊接的焊接性较差，因此通常采用两次爆炸焊接的方式进行生产，第一次爆炸焊接如图4所示，先将碳钢板1作为基层、纯铝板2作为复层进行爆炸焊接，具体在，在所述碳钢板1上设置第一支撑块3，在所述第一支撑块3上设置纯铝板2，在所述纯铝板2上设置炸药4和雷管5，起爆雷管5进行爆炸焊接，形成纯铝/碳钢复合板8，第二次爆炸焊接如图5所示，将纯铝/碳钢复合板8作为基层、铝合金板7作为复层进行爆炸焊接，具体的，在所述纯铝/碳钢复合板8上设置第二支撑块6，在所述第二支撑块6上设置铝合金板7，在所述铝合金板7上设置炸药4和雷管5，起爆雷管5进行爆炸焊接，形成最终三层层状的铝钢复合板，其中，所述纯铝板2与碳钢板1的结合界面、铝合金板7与纯铝板2的结合界面如图6所示，采用该方法制备的三层层状铝钢复合板，在纯铝板2和碳钢板1之间容易形成气孔和金属间化合物，严重影响两者的结合强度，容易出现接头开裂的情况。
下面结合附图具体描述本发明实施例的一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料。
实施例1
本实施例提供一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：对原料板材进行切割下料，分别制备成碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7；
步骤S2：对碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7的复合面进行预处理；
步骤S3：在碳钢板1的复合面上预制若干机械啮合槽11；
步骤S4：将所述碳钢板1作为基层，纯铝板2作为中间层，铝合金板7作为复层，进行爆炸焊接，经一次爆炸焊接形成三层层状的铝钢复合材料。
在本实施例中，由于机械啮合槽11的存在，在爆炸焊接过程中，首先铝合金板7与纯铝板2在炸药4爆轰的载荷下产生碰撞先形成铝合金/纯铝复合板，然后铝合金/纯铝复合板继续向下飞行与含有机械啮合槽11的碳钢板1产生碰撞，粘流的纯铝金属在压力的作用下挤入机械啮合槽11内形成铝合金和碳钢的机械啮合，再配合纯铝板2与碳钢板1之间在爆炸焊接时的冶金结合，使得纯铝板2与碳钢板1的结合界面形成了机械噬合和爆炸焊接冶金结合界面的特征，从而形成了机械啮合和冶金融合的双重加强连接结构，在扩大结合面积的同时提升了结合强度，接头性能稳定可靠，此外，仅采用一次爆炸焊接即可完成生产，显著提高了铝钢复合材料的生产效率。应当理解，步骤S1中，切割下料形成的碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7的具体尺寸可以根据具体需求进行设置，在此不再限定。碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7的复合面是指，在爆炸焊接中与其他板材发生焊接融合的面，其中碳钢板1和铝合金板7各自有一个复合面，所述纯铝板2的上下两个表面均为复合面。所述需要说明的是，所述机械啮合槽11的形状可以是矩形槽，如图9、图10所示，也可以是其他形状如圆形、椭圆等，均可以实现爆炸焊接时，纯铝板2和碳钢板1同步产生机械啮合和冶金融合的界面特征，大大提高了纯铝板2和碳钢板1之间的结合强度，提高了铝钢复合材料的机械性能。作为其中可选的实施例，所述铝合金板7可选择符合标准GB/T 3880标准的5083、5383、5086等牌号，所述纯铝板2可选择符合标准GB/T 3880标准的1060、1050、1050A等牌号，所述碳钢板1为低碳钢，可选择符合GB/T 712标准的A/B/D/E级的一般强度船舶与海洋工程结构钢。
作为本发明的实施例，在步骤S1中，所述纯铝板2、铝合金板7的长宽尺寸比所述碳钢板1的长宽尺寸大30-50mm。应当理解，所述纯铝板2的长度比所述碳钢板1的长度大30-50mm，所述纯铝板2的宽度比所述碳钢板1的宽度大30-50mm，所述铝合金板7的长度比所述碳钢板1的长度大30-50mm，所述铝合金板7的宽度比所述碳钢板1的宽度大30-50mm，该设置有助于炸药4保证能量的稳定传递，避免在碳钢板1的表面形成边界效应区，从而保证爆炸焊接的焊接质量，提高所述纯铝板2和碳钢板1的界面复合效率。
作为其中一个实施例，所述碳钢板1的厚度小于30mm，所述纯铝板2的厚度在2-5mm，所述铝合金板7的厚度在6-12mm。当所述碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7的厚度在上述范围内时，通过上述制备方法可以在纯铝板2和碳钢板1之间形成良好的机械啮合和冶金融合同步存在的结合界面，显著提升了两者的结合强度，提高了铝钢复合材料的使用性能。
在本实施例中，步骤S2中的预处理包括：对所述碳钢板1的复合面、所述铝合金板7的复合面、所述纯铝板2的两面进行打磨抛光。通过上述设置，使得所述碳钢板1、纯铝板2和铝合金板7的复合面上无锈无污物，有利于提高所述碳钢板1和纯铝板2、纯铝板2和铝合金板7的复合面之间的焊接质量，保证铝钢复合材料的性能。在部分可选的实施例中，所述碳钢板1的复合面、所述铝合金板7的复合面、所述纯铝板2的两面抛光至粗糙度3.2微米以下。
在部分可选的实施例中，如图9、图10所示，所述机械啮合槽11为矩形槽。矩形槽的结构简单易于加工，可以有效控制生产成本，且矩形槽容易在所述碳钢板1的复合面上均匀设置，从而使得所述碳钢板1的复合面在爆炸焊接中受力均匀，降低应力集中的情况，以保证铝钢复合板的使用性能。
作为其中的一个实施例，如图9、图10所示，所述矩形槽的长度与碳钢板1的长度或宽度一致，且所述矩形槽的槽宽在2-5mm，槽深在1-3mm，相邻两个槽的间隔在2-5mm。该设置使得机械啮合区域与冶金融合区域间隔设置，由于纯铝板2具有良好的塑性变形能力，从而使其在爆炸焊接时与所述碳钢板1之间既发生挤压变形又发生冶金融合，挤压变形使得纯铝材料充满所述机械啮合槽11，冶金融合使得纯铝板2和碳钢板1的结合面形成爆炸焊接结合面，此外，由于所述矩形槽的长度与碳钢板1的长度或宽度一致是指，所述矩形槽的两端贯穿所述碳钢板1复合面的长度方向或者宽度方向设置，该设置使得纯铝材料塑性变形填充所述机械啮合槽11时将槽内的空气排出，以免槽内的空气影响两者之间的机械啮合效果，同时，冶金融合部位的空气也可以从所述机械啮合槽11中排出，从而降低冶金融合位置发生气孔的概率，提高其焊接质量。在部分可选的实施例中，在步骤S3中，加工与所述碳钢板1通长或者通宽的矩形槽，加工完成后，清理表面，确保机械加工后的复合面无油污等污物，以保证所述碳钢板1复合面在爆炸焊接时的机械啮合和冶金融合的效果。
作为本发明的一个实施例，如图7、图11所示，所述步骤S4包括：
步骤S41：设置碳钢板1作为基层，在所述碳钢板1上设置第一支撑块3，在所述第一支撑块3上设置纯铝板2，在所述纯铝板2上设置第二支撑块6，在所述第二支撑块6上设置铝合金板7；
步骤S42：在所述铝合金板7的边缘围设药框，在药框内放置炸药4和雷管5；
步骤S43：引爆雷管5进行爆炸焊接，形成三层层状的铝钢复合材料。
其中在步骤S41之前，将复合面预处理好的碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7运输至野外爆炸场地进行安装，首先将地基进行平整，确保地基夯实，无石块等硬质材料，然后将所述碳钢板1摆放在地基上，再依次设置第一支撑块3、纯铝板2、第二支撑块6、铝合金板7，在设置过程中，所述碳钢板1、纯铝板2、铝合金板7的中心点处于同一垂线上，如图7所示。在步骤S42中，所述药框的高度高于堆放炸药4的厚度，以便于炸药4的设置，所述药框的材质可以为硬纤维纸板等现有技术常用的材料，在此不再加以限定。通过上述设定，在爆炸焊接过程中，所述铝合金板7先与所述纯铝板2冶金融合形成铝合金/纯铝复合材料，然后铝合金/纯铝复合材料继续飞向所述碳钢板1，在与所述碳钢板1接触时，所述纯铝板2中的一部分材料被挤压变形进入所述机械啮合槽11中形成机械啮合，还有一部分纯铝材料与所述碳钢板1发生冶金融合，从而形成同时具备机械啮合和冶金融合界面特征的结合界面，如图8所示，相对于现有技术大大提高了纯铝板2与碳钢板1的结合强度。应当理解，堆放完炸药4后，需要将炸药4刮平，使其厚度公差控制在±2mm，爆炸焊接时采用的炸药4的相关参数和装药量根据板材的厚度具体设置，具体可根据现有技术进行选择，在此不再加以限定。应当注意，在进行爆炸焊接时，现场操作人员需撤离至安全距离以外，以免发生误伤，雷管5引爆炸药4以后，在极短的时间内完成爆炸焊接，形成具有机械啮合和冶金融合结合界面特征的铝钢层状金属复合材料。
作为其中可选的实施例，所述炸药4为粉状乳化炸药和棕刚玉矿粉混合后形成，其中，所述棕刚玉矿粉的质量比例在40％-60％。通过上述方式配备的炸药4可以实现慢速爆炸，爆速稳定，有助于提高爆炸焊接的质量，形成符合要求的复合材料。
作为另一个可选的实施例，所述炸药4的稳定爆轰速度在1900-2200m/s。研究发现，当所述炸药4的爆轰速度在上述范围内时，爆炸焊接后形成的三层层状的铝钢复合材料中，所述纯铝板2与所述碳钢板1之间的机械啮合和冶金融合均处于较佳的状态，可以获得理想的复合材料。
作为本发明的实施例，所述炸药4的装药量与所述铝合金板7单位面积的关系在4.5-8.0g/cm2。上述装药量在爆炸焊接时可以使所述铝合金板7与纯铝板2、纯铝板2与碳钢板1之间均形成良好的结合界面，保证了生产出的铝钢层状金属复合材料具有良好的使用性能。
在部分可选的实施例中，所述第一支撑块3的支撑高度在5-7mm，所述第二支撑块6的支撑高度在6-10mm。所述第一支撑块3、第二支撑块6在上述范围内时，可以保证爆炸时形成的冲击能量稳定地传递至纯铝板2和碳钢板1上，从而使其形成稳定的复合接头，保证了铝钢层状金属复合材料的性能。
实施例2
本实施例提供一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，用以生产D级钢与1060的纯铝材料以及5083铝合金形成的铝钢复合材料，所需复合材料的规格为(20+4+10)×500×1000mm，
具体生产过程包括以下步骤：
步骤S1：分别将符合GB/T 713标准的20mm厚船用碳钢板D级钢；满足GB/T 3880标准的4mm厚1060工业纯铝板；符合GB/T 3880标准的10mm厚5083铝合金板下料，下料规格为：D级钢20×500×1000mm；1060纯铝板4×540×1040mm；5083铝合金10×540×1040mm；
步骤S2：分别对步骤S1中生产的三块板材的表面进行机械打磨抛光至粗糙度3.2μm以下，其中1060纯铝板上下表面均要进行打磨抛光，D级钢和5083铝合金表面打磨抛光一面即可；
步骤S3：将经打磨抛光后的D级钢表面沿长度方向进行机械加工矩形槽，每条槽宽3mm，深1.5mm，长度为板材通长，槽与槽间隔3mm，加工完成后，清理表面，确保机械加工后的表面无油污等污物；
步骤S4：将三块板材运输至爆炸焊接场地进行爆炸焊接前安装，首先将场地清理，确保地基夯实平整，无较大石块等，然后将D级钢、1060纯铝和5083铝合金试板进行安装；具体的，首先在夯实地基上放置D级钢试板，加工矩形槽的一面朝上；然后D级钢上面依次防止第一支撑块、1060板、第二支撑块和5083板，三块板材安装时，其几何中心点处于统一垂线；所述第一支撑块和第二支撑块用于使板与板之间保持一定的间隙，具体的1060纯铝板和D级钢之间间距5mm，5083铝合金和1060纯铝间距10mm，第一支撑块和第二支撑块均采用0.2mm厚的纯铜薄片制成V型结构，支撑纵向和横向均匀摆放，间距250mm；
步骤S5：板材安装完成后，在5083铝合金板边缘采用纤维纸板围成与板幅大小一致的药框，在药框内倒入炸药，具体的炸药类型选择混合炸药，配比为：50％粉状乳化炸药+50％棕刚玉矿粉，密度约为1.05g/cm3，爆轰速度约为2100m/s，炸药用量与5083板面积的关系为7.5g/cm2；
步骤S6：在炸药上安装8#工业电雷管，雷管安装位置位于铝合金板的短边中心位置，雷管的底部与铝合金板表面接触；
步骤S7：现场操作完成后，所有人员撤离至安全位置，引爆雷管使炸药实现爆轰，爆轰波产生的能量驱驶5083板向下加速飞行实现铝合金板和1060纯铝板的冶金复合，然后5083/1060继续向下加速与D级钢板碰撞，实现复合，同时由于1060纯铝产生大量变形，变形的纯铝被压缩至碳钢板的表面矩形槽内，在界面位置实现碳钢和纯铝的相互机械噬合。
通过上述步骤，生产出的铝钢复合材料，在纯铝和碳钢的结合界面中及存在机械啮合的强化结构，又存在冶金融合的强化结构，大大提升了纯铝和碳钢的结合强度，从而提升了铝钢复合材料的复合强度，克服了现有技术中纯铝与碳钢接头容易开裂的技术问题。
实施例3
本实施例提供一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料，采用如实施例1或实施例2所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法。
本实施例提供的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料与实施例1或实施例2所述的制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“尾端”、“首端”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：对原料板材进行切割下料，分别制备成碳钢板(1)、纯铝板(2)、铝合金板(7)；
步骤S2：对碳钢板(1)、纯铝板(2)、铝合金板(7)的复合面进行预处理；
步骤S3：在碳钢板(1)的复合面上预制若干机械啮合槽(11)；
步骤S4：将所述碳钢板(1)作为基层，纯铝板(2)作为中间层，铝合金板(7)作为复层，进行爆炸焊接，经一次爆炸焊接形成三层层状的铝钢复合材料。
2.如权利要求1所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述纯铝板(2)、铝合金板(7)的长宽尺寸比所述碳钢板(1)的长宽尺寸大30-50mm。
3.如权利要求1所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，步骤S2中的预处理包括：对所述碳钢板(1)的复合面、所述铝合金板(7)的复合面、所述纯铝板(2)的两面进行打磨抛光。
4.如权利要求1所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，所述机械啮合槽(11)为矩形槽，所述矩形槽的长度与碳钢板(1)的长度或宽度一致，且所述矩形槽的槽宽在2-5mm，槽深在1-3mm，相邻两个槽的间隔在2-5mm。
5.如权利要求4所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41：设置碳钢板(1)作为基层，在所述碳钢板(1)上设置第一支撑块(3)，在所述第一支撑块(3)上设置纯铝板(2)，在所述纯铝板(2)上设置第二支撑块(6)，在所述第二支撑块(6)上设置铝合金板(7)；
步骤S42：在所述铝合金板(7)的边缘围设药框，在药框内放置炸药(4)和雷管(5)；
步骤S43：引爆雷管(5)进行爆炸焊接，形成三层层状的铝钢复合材料。
6.如权利要求5所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，所述炸药(4)为粉状乳化炸药和棕刚玉矿粉混合后形成，其中，所述棕刚玉矿粉的质量比例在40％-60％。
7.如权利要求5所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，所述炸药(4)的稳定爆轰速度在1900-2200m/s。
8.如权利要求5所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，所述炸药(4)的装药量与所述铝合金板(7)单位面积的关系在4.5-8.0g/cm2。
9.如权利要求5-8中任一项所述的具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，其特征在于，所述第一支撑块(3)的支撑高度在5-7mm，所述第二支撑块(6)的支撑高度在6-10mm。
10.一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的制备方法生产。
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