CN1166484C

CN1166484C - 固结多层脆性金属箔材平板的爆炸焊接技术

Info

Publication number: CN1166484C
Application number: CNB011282487A
Authority: CN
Inventors: 李晓杰; 孙明; 阎鸿浩; 王金相; 董守华; 奚进一; 王宇新; 杨文彬
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: CN1338347A

Abstract

本发明属于爆炸焊接技术领域，特别涉及到一种固结多层脆性金属箔材成为平板的爆炸焊接技术。其特征是将两块对称的复板构成两端是半圆型的扁管，多层脆性金属箔材对称固定在置于扁管正中的芯板上，四周布置等厚度炸药驱动扁管，先将多层金属箔材爆炸焊接成为扁管，通过切割去工件的半圆部分制成固结的多层金属箔块体平板、块体与普通金属的复合板、脆性金属箔材增强金属基复合材料的板材。本发明适于一种固结延伸率小于5%的许多脆性金属箔材，如：非晶态合金、金属准晶箔材等，也可用以制造钨、钼、高速钢箔材增强的金属基复合材料。同时，还可以直接用来制造内包覆脆性合金层的复合扁管，以及块体非晶态合金、准晶合金扁管等。

Description

固结多层脆性金属箔材平板的爆炸焊接技术

技术领域

本发明属于爆炸焊接技术领域，特别涉及到一种用于固结多层脆性金属箔材成为平板的爆炸焊接技术。

背景技术

多层爆炸焊接业已用来制造各种纤维增强金属复合材料，如不锈钢纤维增强铝、钨纤维增强钛等，也被用与制造多层软电缆、在金属表面焊接多层非晶态合金层等。而对于金属箔材的多层爆炸焊接有其独特的应用背景，用快淬技术生产的一系列合金，如非晶态合金、金属准晶材料、金属微晶材料多是以箔材形式提供的，将其制成固结的块体可扩大这些材料的应用领域。同时，将钨合金、钼合金、高速钢等金属箔与高温合金、钛合金、不锈钢、铝合金箔材固结成复合材料，有利于提高材料的机械性能，尤其是高温性能，用箔材增强复合材料较纤维增强有很好的二维增强效果。

目前的爆炸焊接技术，用于加工延伸率小于5％的脆性材料，不能防止脆性断裂，主要存在以下困难：

1)由于爆炸焊接过程是在强大的冲击压力下进行的，爆炸焊接后工件会产生很大的弯曲变形，对于金属纤维和塑性金属材料有足够的塑性变形能力，不会对性能产生过多的损伤。而对非晶态合金、金属准晶、微晶、钨合金、钼合金、高速钢一类的脆性板材与箔材，焊接变形会造成强烈的破坏，致使材料发生碎裂。

2)由于爆炸焊接的边界效应，在复合板的边缘部分爆炸的冲击压力会发生突降，产生强烈的拉伸波，拉伸波会使板材的边缘部分拉断，乃至飞散出去，于是会在板边形成大量的裂纹。这些边缘裂纹会在板材中继续扩展，造成材料的碎裂。

发明内容

本发明的目的是：发明一种固结脆性金属箔材成为平板的多层爆炸焊接技术，保证焊接工件的平整，不发生弯曲变形，并且消除边界效应。从而制造出多层脆性金属箔与普通金属材料的复合板、多层脆性金属箔材的平板固结体，以及脆性金属箔材增强的金属基复合板材。

实现本发明的技术方案如下：

在爆炸焊接中，使材料发生断裂的根源是焊接的弯曲变形与边界效应，只要克服弯曲变形、消除边界效应，就能实现对脆性材料的爆炸焊接。爆炸焊接的弯曲变形是由焊接后工件中的剩余动能、炸药爆轰的剩余压力造成的，如果采用对称爆炸焊接的方法，以平面对称性实现对工件弯曲的刚性抵抗，就可以完全克服弯曲变形。而边界效应是由于自由边界使炸药爆炸压力、材中的冲击压力突然卸载造成的，如果能消除自由边界，就是消除边界效应产生的根源。因此，可设计一种对称爆炸焊接方法，采用四周布药的方式，给工件的两侧边缘部分施加与平面部分相同的爆炸压力，确保工件四周的压力均匀，就可以消除自由边界，抵抗弯曲变形，从而实现对脆性金属箔材的爆炸焊接。

以下是实现本发明方法的具体步骤：

首先，将同样层数的金属箔对称固定在金属芯上，保证金属箔间有不小于箔厚0.1倍的间隙，作为爆炸焊接时金属箔的加速距离。然后，将爆炸焊接的复板材料两侧压出1/4圆弧，将两片复板对称放置，焊接或胶接成扁管。再把固定在金属芯上的多层金属箔，放置在复板组成扁管正中部，保证与扁管之间四周有均匀的间隙，间隙大小可按一般爆炸焊接技术条件设计。接着，在上述组合件的两端加上飞块，防止两端卸载时造成断裂。最后，在复板的外面四周布以同样厚度的炸药，使爆炸压力波形严格对称，就可以达到防止变形、消除边界效应、焊接多层脆性金属箔材的目的。爆炸焊接后，将爆炸焊接好的材料四周切去、分离，可制成两块复板材料与多层金属箔组成的复合板。

使用本发明主要用以制造非晶态、准晶、微晶等非平衡态合金这些脆性材料的板状块体，以及它们与普通金属的复合板；也可用以制造由钨合金、钼合金、高速钢箔等增强的金属基复合材料。其具体做法是：将脆硬的快淬合金条带、钨、钼、高强钢箔与普通金属箔材交替固定在上述金属芯上，按上述步骤进行爆炸焊接。

本发明的最大益处是可实现脆性金属的爆炸焊接，在使多层脆性金属箔材间产生焊接的同时，可限制箔材的断裂损伤，制成平整无裂纹的复合板材。另外，该发明适于的制造材料范围广泛，可对许多脆性材料进行爆炸焊接，如非晶态、准晶、微晶等非平衡态合金、钨、钼、高速钢箔材等。除可用于制造复合板材外，还可用以制造脆性金属箔材固结的板材，如块体非晶态合金、块体准晶合金，以及钨、钼、钢带增强高温合金、钛、铝基复合材料。

另外，该技术还可以直接用来制造内包覆脆性合金层的复合扁管，块体非晶态合金、准晶合金扁管等。

附图说明

附图1是实现本发明的爆炸焊接结构示意图。图中标号所示，1起爆雷管，2炸药，3隔爆块，4芯板，5多层金属箔，6间隙，7复板扁管，8卸载飞块。

附图2是爆炸焊接结构示意图的A-A剖面图。

具体实施方式

以下结合附图，详细叙述本发明的最佳实施例：

实施例1

采用约25μm厚、带宽100mm的Fe₇₈B₁₃Si₉铁基非晶态合金箔，延伸率小于2％，显微硬度Hv＝910Kg/mm²。将非晶态合金箔卷紧在100×60×10mm涂有止焊层的芯板4上，共120层，卷好的多层非晶态合金箔5与芯板4的总厚约为20mm，宽度为65mm，非晶态箔之间的平均间隙为10μm。复板材料为普通钢，厚度1.75mm，制成的扁管7宽75mm，高29.5mm，半圆段的外径为Φ29.5mm，扁管7与多层箔5之间的间隙6约为3～3.25mm。外布炸药2的厚度为37mm，爆速4800m·s^-1。实施爆炸焊接后，用电火花加工切割掉两端与边缘的半圆部分，得到两块80×50×4.8mm的复合板，其中已固结的Fe₇₈B₁₃Si₉非晶态合金层厚约3mm。

实施例2

除在复板扁管7的内表面上涂有滑石粉作为防粘层外，采用与实施例1相同的条件，经爆炸焊接、电火花切割后，得到两块80×50×3mm的Fe₇₈B₁₃Si₉非晶态块体坯料，经磨床磨削后，减薄为2.2mm厚。X射线衍射证实仍保持非晶态，外观无宏观裂纹。

实施例3

采用与实施例1相同的条件，扁管7的内表面涂上滑石粉防粘层，每隔20层非晶态合金箔，加入一层45μm的纯铝箔。经爆炸焊接、电火花切割后，得到两块80×50×3.3mm的Fe₇₈B₁₃Si₉非晶态合金与铝箔的复合材料。

Claims

1.一种固结多层脆性金属箔材平板的爆炸焊接技术，用以固结延伸率小于5％脆性金属箔材，其特征是：

a)两块对称复板构成两端是半圆型的扁管，多层脆性金属箔材对称固定在置于扁管正中的芯板上，四周布置等厚度炸药驱动扁管，先将多层金属箔材爆炸焊接成为扁管，然后通过切割去工件的半圆部分制成固结的多层金属箔材与普通金属的复合板；

b)在制成固结的多层金属箔材与普通金属的复合板之后，再除去普通金属的复板，制成固结的多层金属箔材平板。

2.根据权利要求1所述的固结多层脆性金属箔材平板的爆炸焊接技术，将脆性金属箔材与普通金属箔材交替组合爆炸焊接，制成脆性金属箔材增强的金属基复合材料板材。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的固结多层脆性金属箔材平板的爆炸焊接技术，其特征是脆性金属箔材是延伸率小于5％的各种金属，包括非晶态合金、准晶合金、微晶合金、钨合金、钼合金、高速钢。