爆炸焊接制备大厚度Cu-Fe-Cu复合板

铜-铁复合板既有良好的延展性、导电和导热性,又有铁的铁磁性和铜的抗磁性,因此可广泛应用于电力、电子等行业。但铜和铁较差的相容性又使得两种金属难以用常规方法进行焊接。本文采用爆炸焊接方法进行了大厚度Cu-Fe-Cu复合板的制备。首先,采用爆炸焊接理论获得了可焊性窗口,确定了炸药爆速、装药厚度和间隙高度;随后,在数值模拟中同时使用SPH、Lagrange和Euler方法完整模拟了整个爆炸焊接过程,获得了复板的碰撞速度、结合界面温度和压力,验证了理论设计参数的有效性;最后,开展了爆炸焊接试验,成功制备了大厚度Cu-Fe-Cu复合板,分析了结合界面近区的硬度分布和界面结合强度,借助于试验和数值模拟结果讨论了界面波的形成过程。结果表明：数值模拟和试验得到的Fe-Cu结合界面的波形参数基本一致;铁和铜在结合面附近的硬度较母材分别增加了约34.2%和49.8%;第一和第二结合界面的剪切强度分别为212.7 MPa和225.3 MPa。     

爆炸焊接法制备铟/铁复合板的实验与数值模拟

提出了一种通过在炸药与复合板之间增加一层速度调整板，以获得理想焊接条件的用于制备铟/铁复合板的新型爆炸焊接方法。通过理论方法计算了爆炸焊接参数，通过实验对炸药载荷的影响进行了研究。应用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行数值模拟以验证参数有效性，探究了结合界面的成型机理，并研究了压力和塑性应变的分布。结果表明，当炸药厚度增加时，界面波形结构更明显。界面剪切试验结果表明铟/铁复合板结合面抗剪切强度为16 MPa，比纯铟材料的抗剪切强度高，且三点弯曲试验之后复合板结合界面无裂纹。采用改进的爆炸焊接方法可以有效制备高质量铟/铁复合板。     

爆炸焊接N6/45#复合板的数值模拟与实验分析

为降低使用成本,充分发挥镍材优异的耐腐蚀性能优势,选用厚度1 mm的纯镍N6作为复板、3 mm厚的中碳钢45#作为基板进行爆炸焊接试验。通过爆炸焊接窗口计算出了各动态参数,采用金相光学显微镜和扫描电镜对界面结合形貌和元素进行分析,通过拉剪试验测试复合板力学性能,并借助AUTODYN模拟了爆炸焊接过程。结果表明,爆炸点附近存在边界效应,沿着爆炸焊接方向结合界面由平直状转变为稳定的波状界面,界面附近元素扩散层厚度为20 μm,波状的扩散层增大了结合面积,有利于冶金结合,复合板剪切强度达到325.5 MPa。数值模拟结果表明,界面形貌与试验得到的界面形貌具有一致性。模拟结果表明特征点的速度和塑性变形程度与实验结果基本吻合。     

爆炸焊接研制核聚变用大厚度铜−不锈钢复合板

大厚度铜–不锈钢复合板是核聚变反应堆的重要部件,除了要满足复合率技术指标外,复合界面抗拉强度、抗剪强度和界面波形态也远远高于常规复合板材的要求,单纯依靠常规的技术工艺需要多次试验才能满足技术要求. 为了解决这个技术难题,基于爆炸焊接理论计算确定大厚度铜–不锈钢爆炸焊接窗口和合理的爆炸焊接工艺参数以确保复合板的质量. 结果表明,将理论分析、数值计算和爆炸焊接试验相结合可以作为爆炸复合材料的生产加工一种标准化的技术方法.     

钛-钢-钛三层爆炸复合板的界面及性能研究

为了研究钛-钢-钛三层复合板的微观界面和力学性能,在对两次爆炸焊接的动能损耗进行计算的基础上,利用扫描电镜及能谱分析仪对两次爆炸焊接的界面进行了研究比较;对复合板进行了显微硬度测试、弯曲强度试验和剪切强度试验。结果表明:第二次爆炸焊接时的动能损耗更大,动能经过复板向基板传递,导致首次爆炸结合界面缺陷较明显,其熔化层和熔化块数量较多,体积较大;二次爆炸结合界面呈较好的波状结合。首次爆炸焊接界面处的显微硬度高于二次爆炸焊接界面,说明首次爆炸焊接界面的塑性变形更为严重;复合板在弯曲试验中未断裂和分离,抗弯性能良好;首次爆炸焊接界面处的结合强度低于二次爆炸焊接界面,但均满足复合板强度标准。     

装药量对爆炸焊接T2/Q235复合板微观形貌和力学性能的影响

采用爆炸焊接工艺制备了T2/Q235复合板,通过粘结试验、弯曲试验以及硬度测试研究了不同装药量对复合板微观形貌以及力学性能的影响。试验表明,使用爆炸焊接工艺可以实现T2紫铜和Q235钢板良好的结合,结合面呈波浪状并有漩涡区。随着装药量的增加,波浪状的深度增加,波浪峰与峰之间的距离减小;复合板的剪切强度、粘接强度和T2铜侧的显微硬度增大。随着距结合面距离的增大,T2铜侧的显微硬度减小。     

退火温度对爆炸焊铜/钢复合板界面与组织的影响

通过爆炸焊接法生产铜/钢复合板,并对该复合板进行不同温度的退火处理,以研究不同温度对复合板界面与组织的影响。结果表明:爆炸焊生产的铜/钢复合板界面几乎没有化合物;当退火温度低于700℃时,铜与钢的晶粒都较细小,且结合界面无化合物产生,但当温度高于750℃后,铜的晶粒急剧长大,且产生一定厚度的化合物,对性能是不利的,所以700℃左右为铜/钢复合板合适的退火温度;结合界面显微硬度最大,离界面距离增加,硬度降低;退火处理后的硬度明显降低,且退火温度越高,硬度降低越多。     

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。     

铜/不锈钢爆炸焊界面组织及性能

采用通过经验公式估算的焊接工艺参数制备了T2紫铜/06Cr19Ni10不锈钢爆炸焊复合板。通过金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱扫描仪等分析方法并结合力学性能试验,研究了爆炸焊复合板的界面组织与性能。研究发现紫铜与不锈钢爆炸焊后形成了规律的波状界面,界面主要为固相结合,波峰与波谷区域分别嵌入了不连续的漩涡状铸态组织,该组织主要由ε-Cu,γ-Fe及不锈钢微粒组成;爆炸焊后,界面附近不锈钢组织中形成了绝热剪切带,奥氏体不锈钢发生了马氏体转变。紫铜组织中能够观察到退火和再结晶现象;界面的结合强度达280.3 MPa,且界面附近组织的显微硬度明显得到了提高;复合板的最大抗拉强度为561 MPa,界面结合区断口观察到混合断裂特征,而漩涡状铸态组织的存在未对拉伸断裂失效产生明显的影响。     

炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、 30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%, 58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%, 65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.     

Q345R/304爆炸复合板的组织及力学性能研究

采用爆炸复合法制备了Q345R/304爆炸复合板,借助光学显微镜、力学性能试验等对爆炸复合板结合区的显微组织、结构及性能进行了研究。结果表明:爆炸复合板结合界面呈波浪形,复合板结合界面到两侧分别形成了细晶区、纤维区和扭曲晶粒区;复合板具有较高的拉伸强度和伸长率,冲击吸收功为68 J;从覆层表面到结合界面,不锈钢侧硬度更高,硬度升高趋势更显著。     

厚度比与退火温度对铜/铝冷轧板冲压性能与界面结合强度的影响北大核心CSCD

为满足弹药智能制造和轻量化需求,采用冷轧法制备了厚度比分别为1∶1、1∶5和1∶9的Cu/Al复合板,研究厚度比对复合板冲压性能与界面结合强度的影响。通过单轴拉伸试验获得了材料的基本力学性能和各向异性参数,以类拉深工艺的冲杯试验和杯突试验定量表征Cu/Al复合板的冲压性能。进一步研究了退火温度对复合板力学各向异性行为和界面结合强度的影响,以调控复合板的冲压性能。结果表明,3种Cu/Al复合板冲压成形件的质量良好,铜层厚度比越高,复合板的冲压性能越好;经过500℃/120 min退火后,板材的力学各向异性参数达到最低的0.027,冲压成形性能明显改善;随着退火温度的升高,扩散层的厚度逐渐变大,界面结合强度先升高后降低。研究结果可为制备具有优良冲压性能的Cu/Al复合板提供理论指导。     

采用自约束结构炸药的铜/钢爆炸焊接

为了提高爆炸能量的利用率,减少焊接药量,提出采用自约束结构炸药进行爆炸焊接。采用T2铜板和Q345钢板分别作为复板和基板,通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口。采用双层蜂窝结构炸药作为自约束结构焊接炸药,对T2铜与Q345钢的爆炸焊接进行了试验研究。通过力学性能测试和显微组织观察,研究了T2/Q345复合板的结合性能。结果表明：与爆速为2505和3512 m·s^-1的单层炸药相比,T2/Q345复合板爆炸焊接采用的双层蜂窝结构炸药量分别减少了54.4%和31.4%;随着传播距离的增加,复合板的结合界面由直线结合向波状结合转变。复合板的抗拉剪切强度为237.0 MPa,满足T2/Q345复合板的结合强度要求。爆炸产生的硬化发生在结合界面附近,采用双层蜂窝结构炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板具有良好的结合性能。     

TA2-1060-TA2复合板爆炸焊接试验及性能测试

为了解决钛-铝在爆炸焊接过程中可焊性低并容易产生脆性金属间化合物等技术难题，选用低爆速粉状乳化炸药为试验用药，下限装药厚度和上限基复板间距为工艺参数，成功获得了100%复合的“1 + 14 + 1”TA2 - 1060 - TA2双面金属复合板. OM， SEM， EDS测试结果表明，复合板界面呈良好小波状结合；基复板流在波峰阻挡以及复板挤压作用下形成漩涡结构，其内部存在包覆熔融金属的铸锭组织；结合界面附件发生不同程度的元素扩散. 力学测试结果表明，复合板的弯曲强度为288 MPa、抗拉强度为165.5 MPa、界面处显微硬度峰值为227 HV，满足工业生产要求.     

TA2/1060/5083数值模拟及试验

TA2与5083爆炸焊接界面易生成脆性金属间化合物、氧化物、连续熔化区等缺陷,焊接窗口狭窄,最佳焊接参数难以准确获得。本文重构了动态弯折角β和碰撞速度Vf的β-Vf模型,使用SPH-FEM耦合算法,首次运用Steinberg-Guinan材料本构模型进行了炸药厚度为10mm、15mm、20mm,复板厚度为1.5mm的TA2/1060/5083爆炸焊接数值模拟;并采用数值模拟获得的参数开展了爆炸焊接试验。数值模拟和试验结果高度吻合并一致表明：药厚10mm时,TA2/1060和1060/5083界面均呈优质平直状结合,药厚15mm时,1060/5083界面呈波状形貌结合,两种药厚条件下的钛-铝过渡界面均未检测到脆性金属间化合物缺陷生成;药厚20mm时,基复板材料发生破坏,不能实现复合。运用计算优化的参数成功制备了大面积TA2/1060/5083复合材料,本文为理化性能差异较大异种金属等爆炸复合问题提供了一种新的可靠算法。     

AZ31B镁合金和2205不锈钢爆炸焊接研究

采用平行法进行爆炸焊接,制备了AZ31B镁合金/2205双相不锈钢复合板。根据经验公式选择爆炸焊接参数,爆炸焊接的装药质量比R为2.7,复板和基板的最小间隙为4.3 mm。试验结果表明,复板上表面除雷管区有微小裂纹外,其它位置平整无缺陷。除去复合板边界效应区,用超声波检测复合板的结合率为98.9%。镁/不锈钢复合板界面拉剪强度为105.63 MPa,拉剪断口呈波浪状,拉剪断裂界面沿镁材撕裂。复合板三点弯曲试验表明,AZ31B_内/2205_外比2205_内/AZ31B_外有更高的弯曲载荷承受能力。     

AZ31Mg/2A12Al爆炸复合板界面组织与性能

镁合金板上复合铝合金板对拓宽镁合金的使用范围具有重要意义.?采用爆炸焊接进行了镁合金板和铝合金板工艺试验,并制成镁合金和铝合金复合板.?使用光学显微镜、扫描电子显微镜观察焊后复合板结合界面处的微观形貌,分析了界面形成过程.?使用显微硬度计和剪切试验机测量了复合板结合界面处的硬度和抗剪强度.?结果表明,经爆炸焊接后,复合...     

基于自约束结构炸药的T2/Q345爆炸焊接及数值模拟

为提高炸药能量利用效率、降低能量耗散,利用自约束结构炸药进行爆炸焊接研究.以T2铜和Q345钢分别作为复层与基层,自约束结构炸药作为焊接炸药,借助ANSYS/AUTODYN软件模拟爆炸焊接过程,并进行T2/Q345爆炸焊接试验,对复合板试件进行拉剪性能检测和微观形貌观察分析其焊接质量.结果表明,T2/Q345爆炸焊接的碰撞速度距起爆端100 mm后均大于临界碰撞速度345 m/s,距起爆端150 mm处碰撞速度达到最大值567 m/s.T2/Q345复合板起爆端呈直线结合,并随着传爆距离增加变为波形结合.T2/Q345复合板远离起爆端的平均剪切强度为237.0 MPa,断裂位置位于铜一侧.试件被拉剪破坏后的铜层出现加工硬化现象,远离结合界面的显微硬度和塑性变形程度呈增强趋势.自约束结构炸药可降低自身爆炸产物飞散,使炸药能量更多地转化为复层动能,提高能量利用率.     

电沉积法制备的DP钢/Ni-Fe复合板的力学性能研究

利用拉伸试验机、维氏硬度计以及扫描电镜对电沉积法制备的DP钢/Ni-Fe复合板的拉伸力学性能、界面结合强度、硬度以及界面元素分布进行了研究。结果表明:复合板屈服强度为507MPa,抗拉强度为920MPa,断后伸长率为5.6%,其抗拉强度值近似于DP钢和Ni-Fe强度的线性叠加,其界面结合强度为416 MPa,呈现出良好的界面结合力。复合板界面两侧的硬度差异明显,在界面附近没有形成过渡区;复合板界面附近没有出现元素梯度变化,表明DP钢/Ni-Fe复合板在制备过程中没有发生元素扩散。     

正火处理对Cu/Al爆炸焊接板显微结构及力学性能的影响

采用爆炸焊接技术制备出以T2紫铜为覆板、1060工业纯铝为基板的T2/1060层状复合板.300℃正火处理12,24,36,48 h后,对复合板结合界面的微观结构及各项力学性能进行了测试与分析.结果表明,T2/1060爆炸焊接板焊接质量良好,结合界面出现规则的、幅值/宽度分别约为35 μm/200 μm的波形结合.正火处理48 h后,两种元素在结合界面附近互相扩散明显,其扩散层的厚度、均匀程度有明显的提高;力学性能方面,试样的显微硬度、抗拉强度明显下降（分别从215 HV,255.7 MPa降为170 HV,228.8 MPa）,而延展性有明显提升（屈服应变由3.64%变为22.4%）.