Metallurgical and Corrosion Properties of Explosively Welded Ti6A14V/Low Carbon Steel Clad

Titanium alloy （Ti6Al4V） and low carbon steel （LCS） were joined by explosive welding method using different ratios of explosive. Some metallurgical properties of joined samples were investigated. Joined samples were examined by means of optical microscope, scanning electron microscope （SEM） and tensile-shearing tests. Bending, tensile, hardness and corrosion behaviour of the samples were investigated. Separation was not occurred on the joining interface after tensile-shearing and bending tests. It is seen that hardness of both plates were increased with increasing explosive. It is found that increasing explosive ratio leads to an increase in corrosion. It is also found that corrosion rate was high at the beginning of the experiment but the rate of the corrosion decreased subsequently during the experiment.

Al/Ti/Steel覆板爆炸焊接界面的显微组织特征

利用电子显微技术研究了Al／Ti／Steel覆板爆炸焊接中两个异种焊接界面的显微组织变化特征透射电镜直接取样观察到在界面处有组织过渡区，并且过渡区之间及过渡区与母材之间存在明显的边界Al／Ti界面过渡区为Al＋Ti混合组织；Ti／Steel界面由FeTi金属间化合物区和非晶区组成过渡区的形态和宽度与焊接过程中的合金元素扩散及冷却速度有关。

TiC硬质合金／碳钢爆炸焊接复合板界面微观组织

用透射电镜、扫描电镜和X射线能谱仪对TiC硬质合金，碳钢爆炸焊接复合板界面微观组织和相组成进行分析。结果表明，界面上有一断续的熔合层，层厚约10μm，层内为尺寸位于几十个一几百个纳米之间的纳米或亚微米超细晶粒，组成相为铁素体、奥氏体和少量TiC。在界面附近碳钢侧可以看到明显的流线状组织特征，铁素体具有板条状马氏体的结构特征，珠光体层片间距减小，呈流线分布。焊接过程中Ti向钢中扩散15μm左右。

含夹层钛/铝爆炸焊接复合材料的界面特征及力学性能

通过爆炸焊接技术制备了含夹层的TC1/AA1060/AA6061复合材料,并对界面形貌和界面元素分布进行了研究。通过电子背散射衍射方法研究界面晶粒分布,并通过数值模拟得到的界面温度来解释晶粒分布。通过力学性能试验得到复合材料的拉伸和剪切力学性能。界面微观组织结构和力学性能的测试结果表明:TC1/AA1060/AA6061复合材料具有较好的焊接质量。两个界面形貌与数值模拟结果一致,数值模拟得到的界面温度可以解释界面和涡旋区域的晶粒分布。元素在TC1/AA1060界面的扩散宽度为12.3μm,未检测到金属间化合物。在两个涡流区只检测到Al和O元素。此外,还在界面附近不同区域进行了纳米压痕试验,TC1/AA1060界面的纳米硬度介于两侧材料之间,而AA1060/AA6061界面的纳米硬度小于两侧材料。

基于试验和数值模拟的TC1/1060/6061爆炸焊接复合板界面分析

将薄层钛合金板与铝合金板结合可以得到具有优异性能的钛/铝复合板,具有广阔的应用前景.采用爆炸焊接技术成功制备了TC1/1060/6061复合板,对2个界面的界面形貌和元素进行测试,分析夹层存在的优势;同时建立与试验条件一致的有限元模型,对界面状态和焊接过程进行分析,最后对复合板进行拉伸试验和剪切试验,验证界面结合质量.结果表明,TC1/1060界面为直线型形貌,1060/6061界面为波状形貌,且每个波形都伴随着涡流区,TC1/1060界面处的元素扩散范围为4.38μm,且没有检测到钛/铝金属间化合物的产生.数值模拟再现爆炸焊接过程中射流的形成,界面温度沿着界面形貌分布,界面压力在碰撞点处达到最大,且呈现出椭圆形分布,复合板具有较高的抗拉强度和剪切强度,满足结构使用需求.

TA1/Q235R爆炸焊接复合板界面组织及力学性能

通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱扫描仪(EDS)等分析方法,结合力学性能试验,研究了TA1/Q235R爆炸焊接复合板的界面组织与力学性能。结果表明:TA1/Q235R在爆炸焊接后形成了规律的波状结合界面以及不均匀的漩涡状组织。漩涡组织主要由TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物组成,漩涡组织中裂纹、夹杂物、脆性金属间化合物等缺陷导致界面的破坏易沿波形轨迹发生;钛/钢界面拉伸剪切强度达194 MPa,复合板的最大抗拉强度为440 MPa;拉剪断口表现为以脆性断口为主的混合断裂特征,断口特征表明漩涡组织中金属熔化层对钢侧的结合强度高于钛侧。板材拉伸断口为韧性断口。

铝及铝合金与钢连接技术研究进展

以扩散焊、压焊、摩擦焊及钎焊为主线,综合概述了铝及铝合金与钢连接技术研究进展。现有的研究成果表明:母材表面氧化膜、连接过程中形成的氧化物及脆性金属间化合物是制约接头性能的关键因素;尤其是铝合金含Mg量升高其影响程度进一步加剧。最有效的解决途径是:使用Ag、Cu、N i箔或镀层作为阻隔层材料;实现焊接过程的精确控温;添加合金元素,控制界面反应进程;加强连接过程的保护,防止材料氧化;提高表面加工精度和清洁度。最后,指出了高效低成本的精确温控焊接设备的开发及高镁铝合金替代材料的深入研究,有望从根本上解决铝及铝合金与钢的焊接性问题。

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。

爆炸焊接铝/不锈钢薄壁复合管界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对爆炸焊接铝/不锈钢薄壁双金属复合管界面的显微组织、成分和硬度梯度进行了分析研究。结果表明,结合良好的薄壁铝/不锈钢复合管的结合区界面,是平直界面和平直至波形过渡的非稳态波形界面二者混合出现;元素在界面扩散主要是Fe,Cr,Ni元素向Al层内进行扩散,Al元素向不锈钢层内扩散量极少,界面附近不锈钢侧有明显硬化现象;由于热影响消除了铝层硬化现象,在Al侧出现的由超塑流变造成的组织变化,并没有从硬度分布表现出来;需要严格控制爆炸焊接静态参数,尽量减少Al-Fe化合物脆性相生成量。

钛/铝爆炸焊界面形成机制数值模拟与试验验证

以爆炸焊制备钛/铝复合板为例,利用数值模拟再现爆炸焊瞬态成形过程,并通过试验分析爆炸焊界面特征。结果表明,由于射流的侵彻作用,沿爆轰波传播方向,钛/铝复合板结合界面由平直结合向波形结合转变。起爆点处压力较小,出现边界效应。爆炸焊撞击区极高的碰撞压力,是促使界面产生塑性变及晶粒细化的原因。高速冲击导致爆炸焊界面缺陷增多,这为原子的扩散提供了通道,从而使钛、铝在界面产生互扩散,实现冶金结合。数值模拟结果与试验结果相吻合,揭示了钛/铝爆炸焊界面的形成机制。

铜/钢爆炸复合板浸铝铸件的界面组织

采用扫描电镜技术观察和分析了爆炸复合铜 /钢板浸铝铸件的铝 /钢界面组织 ,用面扫描探明了界面组织中主要成份的分布 ,结合粉末样品的X射线谱确定了界面组织的相组成 ,用拉剪方法测得了界面的结合强度。结果表明 :爆覆在钢板上的铜全部溶入铝液中 ,界面上出现了Fe2 Al5与FeAl3 两层连续的中间化合物 ;同时界面附近还出现了FeAl3 颗粒相 ,这种颗粒相的形成可能和浸铝用钢板的爆炸焊接组织有关。界面的结合强度为 80 .5MPa。

爆炸消减钢桥面顶板-纵肋焊接残余应力的模拟分析

焊接残余应力会严重影响正交异性钢桥面的疲劳强度和使用寿命。爆炸处理方法已在冶金设备、压力容器及海上采油设施等大型焊接结构的残余应力消减中得到了应用,提出了焊接-爆炸处理全过程数值模拟流程,分析了顶板-纵肋焊接连接残余应力变化过程,考察了爆炸处理对钢桥面板顶板-纵肋焊接残余应力的消减效果。首先,采用热-结构间接耦合分析方法模拟了顶板-纵肋焊接连接的焊接过程,使用生死单元法模拟焊缝金属的填充及热源输入过程,得到了动态温度场和应力场。然后,采用LS-DYNA显式动力分析软件,基于任意拉格朗日-欧拉法(arbitrary Lagrange-Euler algorithm,ALE)和流固耦合算法模拟了爆轰波与顶板-纵肋焊接连接的相互作用过程。结果表明:焊接过程在焊趾处引起的横向残余应力高达112 MPa,纵向残余应力高达117 MPa;爆炸处理后焊趾处横向残余应力消减幅度达159 MPa,纵向残余应力消减幅度达278 MPa。表明该方法可使焊接区域残余应力产生重分布,从而有效消减残余应力。分析结果可为类似桥梁的残余应力消减处理提供技术参考。

钛/钢双立式爆炸焊接参数优化

为解决大面积钛/钢爆炸焊接窗口窄,在结合区易出现"过熔"和"射流堆积"等微观缺陷的问题,开展了双立爆炸+轧制综合制造技术,进行了低爆速爆炸焊接用炸药试验优化,发明了一种最低临界爆速爆炸焊接用炸药,设计确定了刚性防护板和柔性防护墙构成的双立综合防护结构及参数,研究了钛/钢爆炸焊接装药厚度窗口.结果表明,双立钛/钢复合板结合界面成波状结合,几乎不存在金属熔化、漩涡等微观缺陷.

套娃式新型爆炸焊接法及试样焊接质量分析

采用套娃式新型爆炸焊接法一次试验高效制备出以Q235钢为基管、T2紫铜为覆管的Q235/T2复合管及以1060工业纯铝为覆管、T2紫铜为基棒的1060/T2复合棒各一件.对试样结合界面的微观形貌及轴向压缩行为进行了测试与分析.结果表明,受传爆装置产生的射流影响,1060/T2爆炸焊接棒顶端有一直径约3 mm的球形凹槽,距顶部约有8.5 mm区域焊接质量较差,其余部位焊接质量良好;Q235/1060爆炸焊接管未受此影响.沿着爆轰波传播方向,Q235/T2复合管及1060/T2复合棒的结合界面均逐渐从不稳定波形结合过渡到规则的、幅值/宽度分别约为65μm/210μm、120μm/400μm的波形结合.EDS显示Q235/T2复合管结合界面处铁铜原子扩散比在44∶56~72∶28之间,1060/T2复合棒结合界面处有AlCu,Al_(2)Cu生成;力学性能方面,轴向准静态压缩条件下,Q235/T2复合管、1060/T2复合棒的屈服应力/屈服应变分别约为598 MPa/5.8%和340 MPa/4.8%.

焊接热循环对铝-铝-钢复合过渡接头性能的影响

采用正交试验法研究焊接热循环对应用于船舶铝质上层建筑与钢质船体连接的铝合金-铝-钢复合过渡接头性能的影响.试样依次采用铝合金TIG焊、MIG焊、钢MAG焊分别实现过渡接头与铝合金板材和钢板之间的焊接.复合界面剪切强度及厚度方向的抗拉强度测试结果表明:随着焊接电流的增大,过渡接头的性能明显下降,三种工艺方法对复合板性能由主到次的影响顺序为:铝合金TIG焊>钢MAG焊>铝合金MIG焊.通过复合界面焊接温度场的测定,分析了复合界面峰值温度与复合板性能之间的关系,结果显示:为满足船舶结构设计的要求,焊接热循环在铝-铝-钢过渡接头复合界面上产生的峰值温度不宜超过300℃.

爆炸焊接乳化炸药的设计及应用

通过对混合炸药配方设计原理、炸药性能参数等爆炸焊接技术机理的分析,进行了专用乳化炸药配方设计,研发制备了低爆速爆炸焊接专用乳化炸药,并进行了钛钢、钛铝爆炸复合试验。通过超声波探伤、力学性能检测、金相检验,实践证明该炸药完全能满足爆炸复合的要求,配方设计合理,试验应用成功。

钛/铝爆炸焊接界面扩散行为分子动力学模拟

为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为,采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型,结合爆炸焊接的物理过程,将爆炸焊接过程分为加载和卸载2个阶段,通过LAMMPS程序计算了爆炸焊接钛、铝原子的均方位移、径向分布函数、扩散层厚度等,利用OVITO软件再现了不同阶段界面原子的扩散行为。在爆炸焊接加载阶段,钛、铝原子不发生扩散,只在平衡位置做振动,铝原子振动要比钛原子振动强。爆炸焊接卸载开始时,钛、铝原子发生互扩散。钛/钛原子键能高,不易破坏,铝/铝原子键能低,容易破坏产生空位、间隙等缺陷,有利于钛原子深入扩散到铝晶格内部,但铝原子难以进入钛的晶格内部。采用扫描电镜和EDS能谱表征了钛/铝爆炸焊接复合材料界面元素分布,与模拟结果有很好的一致性。

热处理温度对铝钢复合板界面组织和性能的影响

作为船舶钢质主船体和铝质上层建筑的过渡连接件,铝钢复合板的性能将直接影响船舶建造的质量。采用SEM、XRD和硬度测试等方法,研究了热处理温度对Al-Al-Steel爆炸复合板的铝钢界面微观形貌、物相组成及硬度的影响。通过拉脱和剪切试验,得到了不同热处理温度下界面结合强度的变化规律。结果表明,随着热处理温度从315升高到550℃,纯铝层金属的硬度从47HV降低到21HV,发生明显的软化;当热处理温度达到450℃时,在界面处形成了一层呈连续分布的Fe-Al金属间化合物,新形成的化合物类型为Fe2Al5和FeAl3;并且FeAl金属间化合物的厚度随着温度的升高而增加。在上述因素的共同作用下,最终导致铝钢界面的结合强度随着热处理温度的升高而不断降低,其中Fe-Al金属间化合物的形成是强度降低的主要原因。

热处理对铝-钛-钢过渡接头性能的影响

研究了热处理对铝-钛-钢(3A21/TA1/B)过渡接头的力学性能、界面组织及界面成分的影响。结果表明,焊接界面温度低于350℃时,铝-钛-钢过渡接头力学性能与爆炸态的相当;超过350℃临界温度时,界面铝侧3A21铝合金组织发生再结晶和晶粒长大而使力学性能开始下降。因此,铝-钛-钢过渡接头现场焊接施工过程中应控制铝-钛界面温度不超过350℃,以保证过渡接头的良好性能。