超薄鈦/ 鋼復(fù)合板爆炸工藝的試驗(yàn)與研究

張寶軍 趙毅霞

（1、西安天力金屬復(fù)合材料股份有限公司，陜西 西安710201 2、陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安710200)

爆炸焊接又稱為爆炸復(fù)合，是一種將炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的能量作為能源對金屬進(jìn)行焊接的一種高新技術(shù)[1～4]。鈦鋼復(fù)合板綜合其金屬組元各自的優(yōu)點(diǎn)，可以獲得單一金屬所不具有的物理和化學(xué)性能，如優(yōu)良的耐蝕性和強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，鈦鋼復(fù)合板已經(jīng)在機(jī)械、航空航天、輪船、建筑、核能和石油化工等工業(yè)領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。鈦?zhàn)鳛殁?鋼復(fù)合板設(shè)備中與介質(zhì)接觸面，能充分發(fā)揮鈦的耐蝕性；不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)性能。鈦/不銹鋼焊接構(gòu)件不但可以滿足工業(yè)對鈦的需求，還能發(fā)揮二者的共同點(diǎn)，大大降低化工設(shè)備固定投資成本。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，對于復(fù)層1mm 左右的薄復(fù)層材料，爆炸復(fù)合較難實(shí)現(xiàn)，本文主要研究討論配比為1/3×～mm 的TA2/304 材料的爆炸工藝。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 材料

表1 試驗(yàn)材料規(guī)格及性能

1.2 炸藥參數(shù)

炸藥：民用生產(chǎn)型炸藥A#、B#，密度0.75-0.82 g/cm3、2100～2400 m/s，藥高H 為20-24mm。

2 試驗(yàn)工藝與過程

2.1 工藝流程

下料→打磨組配→爆炸復(fù)合→UT→取樣→試樣退火→校平→性能測試。

2.2 方法過程

分別采用A#和B#炸藥，試板編號(hào)分別為：SY-1#（A#藥）、SY-2#（B#藥）。下料后，將鈦板和不銹鋼打磨干凈組配好；選一處較堅(jiān)硬的地基，處理平整；將組配好的試板放置于炮臺(tái)上，要求基板與地基嚴(yán)密貼合，四邊塞實(shí)；間隙選用4.0mm 鈦間隙；爆炸UT 探傷；熱處理校平后取樣檢測。

3 檢驗(yàn)與測量

3.1 結(jié)合與表面

爆炸復(fù)合后，宏觀檢查，結(jié)合良好。由于復(fù)合板厚度較薄，用手摸鈦面可以發(fā)現(xiàn)部分間隙，沿爆轟波方向有移動(dòng)，位移最大的有15mm。另外，邊緣上復(fù)層有被間隙頂裂現(xiàn)象存在。經(jīng)超聲探傷檢驗(yàn)，結(jié)合強(qiáng)度良好。

3.2 復(fù)合板厚度測量

在復(fù)合板面上，從邊沿到中心隨機(jī)測量8 個(gè)點(diǎn)，使用板厚千分尺對復(fù)合前后基、復(fù)板和復(fù)合板的厚度進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)表明：整板邊沿處厚度相對較薄，中心處相對較厚；另外，爆炸后復(fù)合板厚度范圍為3.80～3.90mm，減薄大約0.08mm。

4 熱處理與性能檢驗(yàn)

按照GB8546-2007《鈦- 不銹鋼復(fù)合板》要求，對SY-1#、SY-2#復(fù)合板取樣，并在箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，退火工藝為540℃/1.5h。經(jīng)拉剪試驗(yàn)測試后，由表2 可知，SY-1#有一試樣復(fù)層斷裂，而SY-2#試樣拉剪強(qiáng)度達(dá)到了246Mpa，這說明：B#炸藥利于該規(guī)格復(fù)合板的爆炸復(fù)合。

表2 TA2/304 拉剪試驗(yàn)結(jié)果

5 界面與波紋分析

5.1 界面波紋及金相分析

采用物理方法剝開SY-2#試樣鈦層，觀察其結(jié)合面波紋，如圖1，基本成波，比較均勻。

圖1 SY-2#試樣結(jié)合面波紋照片

對SY-1#、SY-2#兩個(gè)試樣的界面波形（波幅、波長）進(jìn)行了檢測，結(jié)果見表3。

表3 TA2/304 試樣界面參數(shù)測量（mm）

SY-1# 大都在0.16～021mm，平均0.178mm；而SY-2# 大都在0.21～0.26mm，平均0.246mm，結(jié)合強(qiáng)度較高，符合理想波幅比0.2～0.3mm 的范圍。

圖2、圖3 是復(fù)合板的界面金相，兩者的波形相差甚遠(yuǎn)。在A#炸藥作用下，SY-1#試樣界面波紋較平直，有起伏但是雜亂無章，不均勻，說明：相同工藝下，A#炸藥的做功能力不夠。相比之下，SY-2#試樣界面波紋較理想，其波幅較大，波長較小，但界面上有明顯的熔化塊存在[5]。

圖2 SY-1#板界面波形

圖3 SY-2#板界面波形

5.2 薄復(fù)層成波機(jī)理分析

爆炸焊接過程，1mm 超薄復(fù)板與≥4mm 復(fù)板運(yùn)動(dòng)過程截然不同：首先，爆炸過程中，薄復(fù)板不容易保持其形狀。其次，薄復(fù)板質(zhì)量較小，很快能都達(dá)到高速；并對爆轟壓力的響應(yīng)也是很迅速的，以至在氣體和復(fù)板的界面處的壓力可能有適量的瞬時(shí)下降。

因此，薄板的加速不如厚板的加速那樣均勻?qū)е卤“逶陲w行中呈現(xiàn)振蕩和顫動(dòng)。此外，薄板對減速力的相應(yīng)也很迅速。復(fù)板獲得沖擊壓力的持續(xù)時(shí)間取決于其厚度，厚復(fù)板獲得的沖擊壓力持續(xù)時(shí)間較長[6-7]，這就是它們不需要薄板那樣高的沖擊速度。復(fù)板越薄則從其表面上反射出來的沖擊波到達(dá)焊接界面越快，這就有可能導(dǎo)致還未完成焊接過程，界面還未完成冷卻過程，復(fù)板由于反射作用而界面破裂。這是由于炸藥調(diào)整后猛度增加，爆速減小的結(jié)果。但其沖擊能力增大導(dǎo)致的界面熔化塊的產(chǎn)生是實(shí)際生產(chǎn)不希望看到的，還需大量實(shí)踐驗(yàn)證和進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論

6.1 采用爆炸焊接方法，采取B#炸藥，間隙h1mm，藥高h(yuǎn)=H mm，能夠?qū)崿F(xiàn)TA2/304（1/3×750×1000mm）爆炸復(fù)合制備。

6.2 通過工藝參數(shù)調(diào)整，1/3 薄復(fù)層鈦鋼復(fù)合板結(jié)合質(zhì)量理想：拉剪強(qiáng)度從226Mpa 提高到了246Mpa 以上；波幅比在0.21～0.26mm。