爆炸焊接复合材料.ppt教材课件.ppt

1、LOGOLOGO潘学强 魏菊英 荣誉出品荣誉出品内容框架简简 介介 及及 发发 展展爆爆 炸炸 焊焊 接接 过过 程程爆爆 炸炸 焊焊 接接 应应 用用爆爆 炸炸 焊焊 接接 优优 点点 金属爆炸焊接是介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学之金属爆炸焊接是介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学之间的一门边缘学科，爆炸焊接又是用炸药作能源进行金属间焊接间的一门边缘学科，爆炸焊接又是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。它的最大和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。它的最大特点是在一瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属组合，特点是在一瞬间能将相同的

2、、特别是不同的和任意的金属组合，简单、迅速和强固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面积的简单、迅速和强固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面积的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料。合材料。 有利于提高新潮实业的经营业绩有利于提高新潮实业的经营业绩提高股东的投资收益提高股东的投资收益焊接过程焊接过程 将炸药、雷管、覆板和基板在基础（地面）上安装起来。当置于覆板之上的炸药被雷管引爆后，炸药的爆炸化学反应经过一段时间的加速便以爆轰速度在覆板上传播。随着爆轰波的高速推进和爆炸产物的急骤膨胀，炸药化学能的大部分便转换成高

3、速运动的爆轰波和爆炸产物的动能。随后该动能的一部分传递给覆板，从而推动覆板向基板高速运动。在两板之间的空气迅速和全部排出的同时，覆板和基板随即在接触点上依次发生撞击。在这个过程中，在两板间的接触面上，借助波的形成，一薄层金属由于倾斜撞击和切向应力的作用而发生强烈的塑性变形。 在这个过程中，在两板间的在这个过程中，在两板间的接触面上，借助波的形成，一薄接触面上，借助波的形成，一薄层金属由于倾斜撞击和切向应力层金属由于倾斜撞击和切向应力的作用而发生强烈的塑性变形。的作用而发生强烈的塑性变形。在此过程中又借助于金属塑性变在此过程中又借助于金属塑性变形的热效应将覆板高速运动的动形的热效应将覆板高速运动

4、的动能的能的9095转换成热能。转换成热能。 如此大量的热能在近似绝热如此大量的热能在近似绝热的情况下促使塑性变形后的金属的情况下促使塑性变形后的金属的温度升高。当此温度达到其熔的温度升高。当此温度达到其熔点以后，就会使紧靠界面的一薄点以后，就会使紧靠界面的一薄层塑性变形的金属发生熔化。剩层塑性变形的金属发生熔化。剩余的热能还会使部分塑性变形的余的热能还会使部分塑性变形的金属发生回复和再结晶，并使双金属发生回复和再结晶，并使双金属整体的温度升高。金属整体的温度升高。 由金属物理学的原理可知，在爆炸焊接过程中，由于不同金属间的高的浓度梯度，界面上的高压、高温和高温下金属的塑性变形及熔化等条件的存

5、在及其综合作用，必然导致基体金属原子间的相互扩散。这样，当界面上那一薄层塑性变形的和熔化了的金属迅速冷凝后，便在界面上形成了包括金属塑性变形特征、熔化特征和原子间相互扩散特征的结合区。此结合区就是2种金属之间的焊接过渡区，亦称焊接接头。 爆炸焊接双金属结合区在正常的情况爆炸焊接双金属结合区在正常的情况下具有波形特征下具有波形特征 。Sub title 此波形的形成与爆炸载荷在金属中和界面上的波动传播有关，并且不同强度和特性的金属材料，在不同强度和特性的爆炸载荷作用下，发生不同强度和特性的相互作用冲击碰撞，便在结合界面上形成不同形状和参数（波长、波辐和频率）的波形。 右图为不同材料强度在爆炸复合

6、过程中形成不同的波形。下图为不同装药量时结合区的金像图片。焊焊接接特特点点爆炸焊接工艺的实施需要一些专用设备和金爆炸焊接工艺的实施需要一些专用设备和金属材料、炸药和爆炸场地（采石场），以及属材料、炸药和爆炸场地（采石场），以及一些辅助工具。一些辅助工具。爆炸焊接的能源是廉价的炸药爆炸焊接的能源是廉价的炸药,与生产金属复与生产金属复合材料的其他技术相比，其成本低，经济效合材料的其他技术相比，其成本低，经济效益显著。益显著。3爆炸复合不仅可以用于平板复合，也可用爆炸复合不仅可以用于平板复合，也可用于管材的内包与外包复合来制备复合管材、于管材的内包与外包复合来制备复合管材、棒材棒材。覆层材料和基层材

7、料都可以根据实际需要而任意选择由于爆炸复合是在高温、高压下微秒级的时间内完成的，结合面发生扩散、夹杂、晶形改变等现象较少，为冶金结合，因此复合界面保持一定的韧性。爆炸复合材料可以是三层和多层。三层如钛钢不锈钢、钛钢镍等。还能使金属与陶瓷、塑料和玻璃等非金属焊接在一起而组成复合材料。爆炸焊接提供了一种新的复合材料的生产工艺 1爆炸复合材料提供了一套新的复合结构材料系统 2 金属复合材料的生产方法很多，如叠轧不地、堆焊法、浇注法、电镀法、涂层不地、共挤压法、共拉拔法、气相沉积法和粉末冶金法等。而爆炸焊接为任意金属组合的复合材料的生产，提供了一种简单、价廉、迅速、有效和适用范围广泛的新工艺及新技术。

8、 该复合结构材料系统的组成之一见表1。此外，还有三金属、四金属以及多金属复合材料。表中，纯金属还包括它们的合金，“钢”也包括普通钢、合金钢和低合金钢，不锈钢的种类也有100多种。表 1 双 层 金 属表 2 品种和规格繁多、形状和尺寸各异的金属爆炸复合材料，如钛钢，不锈钢钢，铜钢、铝钢、镍钢、铜铝、金银金（铜）镍铜镍、钛钢不锈钢等双金属和多金属的板、管、管板、板管、管棒、带材、箔材、线材、型材、锻件、粉末和异型件等，为生产和科学技术提供了一整套具有特殊物理和化学性能及有广泛用途的复合结构材料系统。这个系统中的材料按性质和用途可分类如下。a) 充分利用金属化学性能的复合材料 钛、锆、铌、钽、钨、

9、钼、铜、铝、镍、贵金属和不锈等，在相应的化学介质中有良好的耐蚀性，它们与普通钢组成的复合板已较为广泛地应用在化工和压力容器中。b）充分发挥金属物理性能的复合材料）充分发挥金属物理性能的复合材料 这类材料包括热双金属（热力学性能），电力、电子和电化学用双金（电学性能），音叉双金属（声学性能），涡轮叶片双金属（耐汽蚀性能），枪（炮）管双金属（耐烧蚀性能），贵金属复合触点材料（耐电蚀性能），复合磁性材料（磁学性能），复合超导材料（超导性能），以及复合原子能材料（核性能）等。c) 充分增强金属力学性能的复合材料充分增强金属力学性能的复合材料 这类材料如复合纤维增强材料（抗拉强度显著提高）、复合装甲材料

10、（各层具有不同的硬度，可显著提高材料抗拒破甲的能力）、复合刀具材料（刀刃部分硬度特高）、减摩复合材料（内层材料耐摩擦磨损，外层材料承压强度高），比强度和比刚度更高的轻型复合材料（如铝钛、铝镁、铝铍、铝锂、钛镁、钛铍、钛锂等）。 用爆炸焊接法制造异种金属的过渡连接头3d) 其他特殊用途的复合材料其他特殊用途的复合材料 这类材料的代表有3层复合材料。它们的中间为与被焊结构材料相同的材料，两侧为钎料。钎焊后除将多接头的结构件（如汽车散热器）牢固地焊成一体外，还起加强作用。又如核燃料铀和钍的数量少、体积小、强度低，为了提高其刚度和达到其他目的，将其与铜组成复合材料后作为重离子的靶子。 用爆炸焊接法能够

11、制造异种金属的搭接、对接和斜接的板接头、管接头及棒接头。例如，锆2+不锈钢管接头的两端分别与同种管材用常规焊接工艺焊接起来之后，放入反应堆内的锆2管就可以发挥其优良的核性能，而在堆外则使用廉价的不锈钢管即可。此外，还有电冰箱内使用的铜铝管接头，宇宙飞船上使用的钛不锈钢管接头，现代铝生产和造船工中使用的铝钢板接头，以及电力、电子和电化学工业中使用的导电材料的板（管、棒）接头。上述过渡接头主要用于异种结构材料和异种导电材料的过渡连接。 爆炸焊接的其他用途 4 爆炸焊接还有其他一些特殊用途，如在某些钛合金热轧板坯的两面复以一层纯钛板，以解决其热轧开裂问题。又如热交换器特别是核反应堆的热交换器的破损传

12、热管的爆炸焊接堵塞。再如，对于欲报废的大中型零部件来说，用爆炸法覆上一层同种金属材料，或修补内外缺陷，或增加厚度，或填补尺寸公差，使它们翻新再用。所以，爆炸焊接技术为维修和充分利用一些重要、复杂和贵重的设备、零部件及材料提供了一个好方法。爆炸焊接和爆炸复合材料的具体应用举例 在模具制造行业，滑块、导板是广泛使用的标准件，使用材质为高强度铜合金，如铍青铜等；铜合金导板摩擦系数小导向时阻力小、灵活。但材料价格昂贵。为此，在低成本的钢表面焊接一层铍青铜，在满足使用要求的条件下可以减少贵重铜合金的使用量。使模具标准件成本大大降低。1工艺实施多在野外进行，难免受气候和天气的影响。在爆炸时会对环境造成一定的污染，这是人们所不欢迎的。2难于实现自动化，体力劳动的强度还是比较大的。这门科学的理论基础还存在严重的不足。3难于应用到有突变截面的材料的焊接。对于强度高和塑性低的材料，焊接强度低;冲击韧性低的材料在常温下爆炸容易脆裂。 当然爆炸焊接也有自己的缺点、不足和局限性，还需进一步的研究，以求更好的应用到生产中来。LOGOLOGOThank you!