爆炸焊接铜/钢复合管界面组织表征与性能研究

为了研究应用于压力容器的管道或承压部件的铜/钢双金属复合管材料中晶粒存在形式和力学性能之间的关系,通过爆炸焊技术获得了T2铜/316L不锈钢复合管,并对其界面形貌与微观组织进行分析。结果表明,T2铜/316L不锈钢复合管结合界面处呈现平直界面和周期性波状界面,波形结合区域的平均波长203μm、波高58μm。复合管结合界面两侧的元素发生互扩散,扩散层厚度为1μm。界面处Fe侧晶粒尺寸较小,随着结合界面距离的增加晶粒尺寸逐渐变大。通过纳米压痕试验发现,波峰处界面的纳米压痕结果达到了3.16 GPa,波谷处的纳米压痕结果达到了2.44 GPa,同时波峰处界面附近区域的纳米压痕结果均高于波谷处,Fe侧纳米压痕结果均高于Cu侧。纳米压痕试验获得的力学性能分布规律和微观组织的分布规律相一致。

双金属爆炸焊接参数设计理论

针对爆炸焊接参数设计问题,从爆炸焊接基本理论出发,分步介绍了飞板爆轰驱动的理论和双金属爆炸焊接窗口理论。首先归纳总结了一维爆轰驱动飞板的终速公式,并详细说明了其应用范围与原因。对于二维滑移爆轰驱动飞板问题,主要针对Richter理论和特征线法进行了介绍,并推导出新的近似计算公式。接着,对于爆炸焊接参数窗口理论,详细比较了以往传统单一金属爆炸焊接窗口理论与公式,并针对部分已有公式进行了重新推导与修正,重新界定了其适用范围。利用这些爆炸焊接窗口的基本理论,作者对所发展的双金属可焊下限、双金属可焊上限、双金属流动限以及声速限构成的双金属爆炸焊接窗口理论进行了系统地介绍。最后,以飞板爆轰驱动和爆炸焊接窗口构建成了整个爆炸焊接工艺技术参数设计理论,并结合二元合金相图进行爆炸焊接设计,针对调控原材料硬度的必要性、焊接界面波纹及气孔的控制方法等问题进行了讨论。

Q370R/S31603爆炸焊复合板制4000 m^(3)厚壁球罐焊接工艺及接头性能

针对Q370R/S31603爆炸焊复合板制4000 m^(3)厚壁球罐的焊接工艺进行深入研究,采用非对称X形坡口,通过E5515-N2焊接基层、E309LMo焊接过渡层及E316L-16焊接覆层的工艺下,经过(590±15℃)×6 h焊后热处理,基层焊接接头的力学性能满足要求,覆层焊缝金属的抗硫化物应力腐蚀试验(E法)、晶间腐蚀试验(C法、E法)均合格,耐蚀性能良好。制定的焊接工艺能够满足工程需要。

水下爆炸焊接钢管的试验研究

进行了管与管的水中爆炸焊接连接试验,分析了试验时的工艺参数。指出水中可以使用爆炸焊接的方法对管线进行连接和修补,但必须针对具体情况调整工艺措施。

爆炸焊接基复板间隙中的气体冲击波

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工程中长大复合板尾部焊接质量降低或失效的主要原因。还通过建立简化模型,分析了复合板宽度、各种保护性气体和粗真空对管道效应的影响,说明了选择爆炸焊接保护气体的原则,进而使用氦气保护进行了钛钢、铝镁爆炸焊接实验验证,为气体保护爆炸焊接、真空爆炸焊接技术的进一步开发研究奠定了理论基础。

钛/铝/镁爆炸焊复合板波形界面及力学性能

文中提出以薄的铝合金板作为过渡层,采用爆炸焊接技术成功制备钛/铝/镁层状复合材料.对钛/铝接合界面、铝/镁接合界面及钛/铝/镁爆炸复合板的整体力学性能进行了分析研究.OM和SEM试验结果表明,钛/铝接合界面和铝/镁接合界面均为波状接合界面,在铝/镁界面出现了局部熔化区;钛/铝接合界面为小尺寸波(λ=160μm,h=26μm),铝/镁接合界面为大尺寸波(λ=1 740μm,h=406μm);拉-剪试验表明,复合板沿着铝/镁接合界面断裂;弯曲性能测试表明,钛板一侧受拉时复合板弯曲强度和塑性均优于镁合金板一侧受拉,断裂始于铝/镁接合界面,最终从镁合金板一侧剪切断裂失效.

铝/钢爆炸焊复合板界面裂纹的扩展路径

以双向受均匀拉伸的铝/钢爆炸焊复合板为研究对象,采用应变能密度因子理论,分析表面对称中心的Ⅰ型裂纹扩展到复合板结合处时的扩展方向,讨论泊松比μ和裂纹尺寸对裂纹扩展路径的影响.结果表明:双向受均匀拉伸的铝/钢爆炸焊复合板中垂直于表面对称中心的Ⅰ型裂纹扩展到复合板结合处时,其扩展方向存在两种可能,一是裂纹继续沿着垂直于复合板结合处的方向扩展,二是裂纹扩展方向发生改变,沿着平行于复合板结合处的方向扩展,对此起决定性作用的是铝/钢爆炸焊复合板结合处熔化层材料的泊松比μ,并且当|μ-0.25|越大,复合板的板宽w越小、裂纹长度a越大,这种作用就越明显.

高纯铝与铜爆炸焊接性能分析

使用爆炸焊接对高纯铝与铜坯料进行连接,将超声C-scan应用于爆炸焊接复合板坯的无损探伤,并从坯料微观组织和力学性能等方面分析了焊接性能。结果表明,C-scan能够在不破坏板坯的情况下,全面快速检测爆炸焊合率;焊接完成后,铝板坯晶粒间有条状应力带,热处理后应力带消失且晶粒未异常长大。爆炸焊接能实现高纯铝与铜的高强度焊接,焊接强度约43MPa。

爆炸焊界面附近熔化层厚度估算

爆炸焊接界面附近温升是由爆炸绝热压缩和畸形变形能沉积两者造成的。通过计算绝热压缩温升和畸形变形能沉积产生的温升 ,给出熔化判据 。

铜/钢爆炸焊接头界面组织及力学性能研究

为了揭示铜/钢爆炸焊接的结合机理,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕仪等对T2纯铜/Q245钢爆炸焊接头结合界面组织和微力学性能进行了分析.结果表明:T2纯铜/Q245钢爆炸复合板结合界面呈现较规则的正弦波形,界面结合良好,界面处原子发生强烈扩散,形成了过饱和铜钢固溶体;界面不同区域固溶体微力学性能不同,纳米硬度在2.02~3.08 GPa,弹性模量在129.6~172.1 GPa;由界面弹性模量分布云图可知,固溶体层连续分布在界面上,由于界面原子扩散程度不同,部分区域的固溶体层厚度很薄,在光镜下很难识别,而在波峰处固溶体则比较明显.固溶体的弹性模量均比铜基体的大,其原子键合强度强于铜基体原子,在一定程度上增强了界面的结合强度,从而使界面的结合强度高于铜基体;爆炸焊接头的拉剪试验断裂位置均位于铜侧,也证实了界面结合强度高于铜基体的强度。

多层非晶薄膜爆炸焊接原理

从冲击动力学原理出发。建立了多层薄膜爆炸焊接的动力学模型。多层薄膜组合从某种意义上讲可以看成是一种特殊的多孔材料,其在冲击波作用下的行为完全可用多孔材料状态方程来描述。文中还针对非晶态材料的特点,建立了多层焊接的传热模型。计算结果表明,多层爆炸焊接完全可以保证非晶态材料不发生相变。

Cu－Al爆炸焊结合层的透射电镜研究

用透射电镜（ＴＥＭ）研究了Ｃｕ－Ａｌ爆炸焊的结合层，爆炸焊连接是由熔化和扩散共同作用的结果．在熔区内存在非晶态与晶态，晶态主要由ＣｕＡｌ_２．Ｃｕ_３Ａｌ_２和Ｃｕ_４Ａｌ组成．与熔区相邻的Ａｌ侧发生了再结晶，Ｃｕ向Ａｌ中的扩散距离＜１００ｎｍ，析出针状的ＣｕＡｌ_２相与熔区相邻的Ｃｕ侧只发生了回复，Ａｌ向Ｃｕ中的扩散距离＜１００ｎｍ，形成了新相层，可能是Ｃｕ_３Ａｌ_２和Ｃｕ_４Ａｌ．在非熔化区存在Ｃｕ和Ａｌ的互扩散，形成新相层的厚度＜１００ｎｍ．

非晶合金条带的爆炸焊接

报道了利用爆炸焊接技术对铁基、铁镍基非晶合金条带（厚度约２５μｍ）进行单层和多层爆炸焊接的结果。金相分析结果表明，条带间相互结合良好；Ｘ光衍射结果说明，焊接后的条带仍保持非晶态，即使采用表面已有部分晶化的条带进行焊接，焊接后仍转化为非晶态。这说明在焊接过程中条带表面已发生熔化，且冷却速度也可达１０＾６Ｋ／ｓ量级。

水下爆炸焊接制备NiTi合金与铜箔复合板

应用水下爆炸焊方法进行了NiTi形状记忆合金与铜箔的爆炸焊研究.利用大型有限元软件ANASYS/LS-DYNA对水下爆炸冲击波驱动飞板的飞行过程进行了数值模拟.飞板的飞行速度与爆炸焊产生射流的最小碰撞速度对比表明,可以实现焊接.通过分析微观组织和断裂机理,评估复合板焊接效果.结果表明,微观组织观察显示界面为连续均匀的波纹形态,界面结合处无裂纹,焊接性能良好.断口形貌分析显示断裂主要表现为解理和准解理断裂,界面处端口形貌与微观组织形态观察一致.水下爆炸焊方法将解决脆性、薄板金属用传统爆炸焊方法难以焊接的问题.

爆炸焊接边界效应的产生、发展和消除

本文着重分析研究了在爆炸焊接过程中，三个不同边界区域边界效应的产生和发展，同时对如何消除边界效应的影响也进行了研究探讨。针对目前爆炸焊接普遍存在的这三类边界效应问题，通过优化爆炸焊工艺参数，采用爆炸切焊法，即融爆炸切割技术与焊接技术于一体，消除了边界效应的影响，使焊接复合率达到１００％。

Al/LY12爆炸焊接界面疲劳裂纹的扩展行为

采用纯铝 /硬铝 (Al/LY12 )爆炸复合板通过电子束焊接制得界面裂纹四点弯曲试样。由于强度错配 ,Al/LY12界面裂纹顶端局部的变形是锐化与钝化的复合型 ,但在疲劳载荷下其整体裂端应力应变场仍然可由纯I型应力强度因子主导 ,可以采用和单材料试样相同的方式进行界面裂纹的疲劳扩展行为研究。界面裂纹可在较低的外载水平下启始扩展 ,但爆炸焊接界面存在的波纹使得界面裂纹的扩展速率出现波动 ,并且阻碍裂纹的扩展 。

碳迁移后爆炸焊接复合板交界区的脆化

本文研究了爆炸焊接复合板经长期加热发生碳迁移后的力学行为的变化后认为 增碳层可分为四个区,靠近交界线是硬度最高的区域。这个硬度最高区的硬度与加热温度和保温时间有关,加热温度越低,硬度越大;随保温时间的增加,硬度先增加,而后略有降低。 增碳层很脆,随加热温度降低和保温时间延长,脆性加剧;加热温度越低,保温时间对脆性的影响越大。 充氯后增碳层脆性更大,裂纹已难以向16MnR扩展,而发生转折沿交界线扩展,使相邻二裂纹在此相遇,可能因而发生剥离裂纹。

水下爆炸焊接有关技术试验研究

叙述了水下爆炸焊接的优点,介绍了国外几个发达国家在水下爆炸焊方面取得的成绩。结合具体的水下爆炸焊试验,指出了水下板与板之间的爆炸焊接时,如果不采取任何排水措施,有间隙的爆炸焊很难实现,无间隙的爆炸焊有成功的可能性;如果使用排水措施,水下爆炸焊的参数设置基本与陆上相同,而且能够成功地焊接两块板材。在水下管与管之间的爆炸焊时,不加排水措施可以实现连接,但如果想提高焊接质量,最好采用排水措施,并使用适当的工艺参数。

爆炸焊接用炸药的研究

本文叙述的是如何利用普通的高级炸药RDX、TNT,经钝感处理后降低其爆速,使之成为爆炸焊接工艺中能够应用的低爆速炸药的实验研究。测试了这种混合炸药在不同钝感剂比例、不同直径、不同厚度下的爆速,以及在使用状态下的临界直径和临界厚度。文中还给出了这种低爆速混合炸药的工程计算方法。

钛/20G钢爆炸焊接复合界面分析

用透射电镜、扫描电镜及能谱仪等手段,对钛/20G钢爆炸焊接复合界面进行了分析。结果表明,复合界面为带有前旋涡的准正弦波形;其复合界面由直接结合区、熔化层和旋涡区组成。电子衍射和衍衬分析证明,在熔化层及前旋涡内存在着非晶、微晶和微孪晶簇。相结构分析计算发现,直接结合区、熔化层和前旋涡内都存在有亚稳相α＂-Ti。成分分析表明,复合界面有元素扩散。