爆炸焊接復(fù)合材料

爆炸焊接復(fù)合材料潘學(xué)強魏菊英

榮譽出品內(nèi)容框架內(nèi)容框架簡介及發(fā)展爆炸焊接過程爆炸焊接應(yīng)用爆炸焊接優(yōu)點簡介及發(fā)展

金屬爆炸焊接是介于金屬物理學(xué)、爆炸物理學(xué)和焊接工藝學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，爆炸焊接又是用炸藥作能源進行金屬間焊接和生產(chǎn)金屬復(fù)合材料的一種很有實用價值的高新技術(shù)。它的最大特點是在一瞬間能將相同的、特別是不同的和任意的金屬組合，簡單、迅速和強固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面積的各種組合、各種形狀、各種尺寸和各種用途的雙金屬及多金屬復(fù)合材料。有利于提高新潮實業(yè)的經(jīng)營業(yè)績提高股東的投資收益簡介及發(fā)展焊接過程爆炸焊接過程

將炸藥、雷管、覆板和基板在基礎(chǔ)（地面）上安裝起來。當(dāng)置于覆板之上的炸藥被雷管引爆后，炸藥的爆炸化學(xué)反應(yīng)經(jīng)過一段時間的加速便以爆轟速度在覆板上傳播。隨著爆轟波的高速推進和爆炸產(chǎn)物的急驟膨脹，炸藥化學(xué)能的大部分便轉(zhuǎn)換成高速運動的爆轟波和爆炸產(chǎn)物的動能。隨后該動能的一部分傳遞給覆板，從而推動覆板向基板高速運動。在兩板之間的空氣迅速和全部排出的同時，覆板和基板隨即在接觸點上依次發(fā)生撞擊。在這個過程中，在兩板間的接觸面上，借助波的形成，一薄層金屬由于傾斜撞擊和切向應(yīng)力的作用而發(fā)生強烈的塑性變形。爆炸焊接過程在這個過程中，在兩板間的接觸面上，借助波的形成，一薄層金屬由于傾斜撞擊和切向應(yīng)力的作用而發(fā)生強烈的塑性變形。在此過程中又借助于金屬塑性變形的熱效應(yīng)將覆板高速運動的動能的90％～95％轉(zhuǎn)換成熱能。

如此大量的熱能在近似絕熱的情況下促使塑性變形后的金屬的溫度升高。當(dāng)此溫度達到其熔點以后，就會使緊靠界面的一薄層塑性變形的金屬發(fā)生熔化。剩余的熱能還會使部分塑性變形的金屬發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，并使雙金屬整體的溫度升高。

由金屬物理學(xué)的原理可知，在爆炸焊接過程中，由于不同金屬間的高的濃度梯度，界面上的高壓、高溫和高溫下金屬的塑性變形及熔化等條件的存在及其綜合作用，必然導(dǎo)致基體金屬原子間的相互擴散。這樣，當(dāng)界面上那一薄層塑性變形的和熔化了的金屬迅速冷凝后，便在界面上形成了包括金屬塑性變形特征、熔化特征和原子間相互擴散特征的結(jié)合區(qū)。此結(jié)合區(qū)就是2種金屬之間的焊接過渡區(qū)，亦稱焊接接頭。爆炸焊接過程爆炸焊接雙金屬結(jié)合區(qū)在正常的情況下具有波形特征。Subtitle此波形的形成與爆炸載荷在金屬中和界面上的波動傳播有關(guān)，并且不同強度和特性的金屬材料，在不同強度和特性的爆炸載荷作用下，發(fā)生不同強度和特性的相互作用──沖擊碰撞，便在結(jié)合界面上形成不同形狀和參數(shù)（波長、波輻和頻率）的波形。右圖為不同材料強度在爆炸復(fù)合過程中形成不同的波形。下圖為不同裝藥量時結(jié)合區(qū)的金像圖片。爆炸焊接過程焊接特點1爆炸焊接工藝的實施需要一些專用設(shè)備和金屬材料、炸藥和爆炸場地（采石場），以及一些輔助工具。2爆炸焊接的能源是廉價的炸藥,與生產(chǎn)金屬復(fù)合材料的其他技術(shù)相比，其成本低，經(jīng)濟效益顯著。爆炸焊接優(yōu)點3爆炸復(fù)合不僅可以用于平板復(fù)合，也可用于管材的內(nèi)包與外包復(fù)合來制備復(fù)合管材、棒材。4覆層材料和基層材料都可以根據(jù)實際需要而任意選擇5由于爆炸復(fù)合是在高溫、高壓下微秒級的時間內(nèi)完成的，結(jié)合面發(fā)生擴散、夾雜、晶形改變等現(xiàn)象較少，為冶金結(jié)合，因此復(fù)合界面保持一定的韌性。6爆炸復(fù)合材料可以是三層和多層。三層如鈦－鋼－不銹鋼、鈦－鋼－鎳等。還能使金屬與陶瓷、塑料和玻璃等非金屬焊接在一起而組成復(fù)合材料。爆炸焊接優(yōu)點爆炸焊接提供了一種新的復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝

1爆炸復(fù)合材料提供了一套新的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)

2爆炸焊接的應(yīng)用金屬復(fù)合材料的生產(chǎn)方法很多，如疊軋不地、堆焊法、澆注法、電鍍法、涂層不地、共擠壓法、共拉拔法、氣相沉積法和粉末冶金法等。而爆炸焊接為任意金屬組合的復(fù)合材料的生產(chǎn)，提供了一種簡單、價廉、迅速、有效和適用范圍廣泛的新工藝及新技術(shù)。該復(fù)合結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)的組成之一見表1。此外，還有三金屬、四金屬以及多金屬復(fù)合材料。表中，純金屬還包括它們的合金，“鋼”也包括普通鋼、合金鋼和低合金鋼，不銹鋼的種類也有100多種。爆炸焊接的應(yīng)用表1雙層金屬表2品種和規(guī)格繁多、形狀和尺寸各異的金屬爆炸復(fù)合材料，如鈦－鋼，不銹鋼－鋼，銅－鋼、鋁－鋼、鎳－鋼、銅－鋁、金－銀金（銅）鎳－銅鎳、鈦－鋼－不銹鋼等雙金屬和多金屬的板、管、管板、板管、管棒、帶材、箔材、線材、型材、鍛件、粉末和異型件等，為生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)提供了一整套具有特殊物理和化學(xué)性能及有廣泛用途的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中的材料按性質(zhì)和用途可分類如下。a)充分利用金屬化學(xué)性能的復(fù)合材料鈦、鋯、鈮、鉭、鎢、鉬、銅、鋁、鎳、貴金屬和不銹等，在相應(yīng)的化學(xué)介質(zhì)中有良好的耐蝕性，它們與普通鋼組成的復(fù)合板已較為廣泛地應(yīng)用在化工和壓力容器中。b）充分發(fā)揮金屬物理性能的復(fù)合材料這類材料包括熱雙金屬（熱－力學(xué)性能），電力、電子和電化學(xué)用雙金（電學(xué)性能），音叉雙金屬（聲學(xué)性能），渦輪葉片雙金屬（耐汽蝕性能），槍（炮）管雙金屬（耐燒蝕性能），貴金屬復(fù)合觸點材料（耐電蝕性能），復(fù)合磁性材料（磁學(xué)性能），復(fù)合超導(dǎo)材料（超導(dǎo)性能），以及復(fù)合原子能材料（核性能）等。c)充分增強金屬力學(xué)性能的復(fù)合材料這類材料如復(fù)合纖維增強材料（抗拉強度顯著提高）、復(fù)合裝甲材料（各層具有不同的硬度，可顯著提高材料抗拒破甲的能力）、復(fù)合刀具材料（刀刃部分硬度特高）、減摩復(fù)合材料（內(nèi)層材料耐摩擦磨損，外層材料承壓強度高），比強度和比剛度更高的輕型復(fù)合材料（如鋁－鈦、鋁－鎂、鋁－鈹、鋁－鋰、鈦－鎂、鈦－鈹、鈦－鋰等）。爆炸焊接的應(yīng)用用爆炸焊接法制造異種金屬的過渡連接頭3爆炸焊接的應(yīng)用d)其他特殊用途的復(fù)合材料這類材料的代表有3層復(fù)合材料。它們的中間為與被焊結(jié)構(gòu)材料相同的材料，兩側(cè)為釬料。釬焊后除將多接頭的結(jié)構(gòu)件（如汽車散熱器）牢固地焊成一體外，還起加強作用。又如核燃料鈾和釷的數(shù)量少、體積小、強度低，為了提高其剛度和達到其他目的，將其與銅組成復(fù)合材料后作為重離子的靶子。用爆炸焊接法能夠制造異種金屬的搭接、對接和斜接的板接頭、管接頭及棒接頭。例如，鋯–2+不銹鋼管接頭的兩端分別與同種管材用常規(guī)焊接工藝焊接起來之后，放入反應(yīng)堆內(nèi)的鋯–2管就可以發(fā)揮其優(yōu)良的核性能，而在堆外則使用廉價的不銹鋼管即可。此外，還有電冰箱內(nèi)使用的銅－鋁管接頭，宇宙飛船上使用的鈦－不銹鋼管接頭，現(xiàn)代鋁生產(chǎn)和造船工中使用的鋁－鋼板接頭，以及電力、電子和電化學(xué)工業(yè)中使用的導(dǎo)電材料的板（管、棒）接頭。上述過渡接頭主要用于異種結(jié)構(gòu)材料和異種導(dǎo)電材料的過渡連接。爆炸焊接的其他用途

4爆炸焊接的應(yīng)用爆炸焊接還有其他一些特殊用途，如在某些鈦合金熱軋板坯的兩面復(fù)以一層純鈦板，以解決其熱軋開裂問題。又如熱交換器特別是核反應(yīng)堆的熱交換器的破損傳熱管的爆炸焊接堵塞。再如，對于欲報廢的大中型零部件來說，用爆炸法覆上一層同種金屬材料，或修補內(nèi)外缺陷，或增加厚度，或填補尺寸公差，使它們翻新再用。所以，爆炸焊接技術(shù)為維修和充分利用一些重要、復(fù)雜和貴重的設(shè)備、零部件及材料提供了一個好方法。爆炸焊接和爆炸復(fù)合材料的具體應(yīng)用舉例

在模具制造行業(yè)，滑塊、導(dǎo)板是廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)件，使用材質(zhì)為高強度銅合金，如鈹青銅等；銅合金導(dǎo)板摩擦系數(shù)?。畬?dǎo)向時阻力小、靈活。但材料價格昂貴。為此，在低成本的鋼表面焊接一層鈹青銅，在滿足使用要求的條件下．可以減少貴重銅合金的使用量。使模具標(biāo)準(zhǔn)件成本大大降低。1工藝實施多在野外進行，難免受氣候和天氣的影響。在爆炸時會對環(huán)境造成一定的污染，這是人們所不歡迎的