技术领域
[0001] 本
发明涉及
爆炸焊接技术领域,尤其涉及铝钢接头爆炸焊接方法。
背景技术
[0002] 金属板材的复合常用爆炸焊接法,即利用炸药爆炸产生的冲击
力造成金属板之间的迅速碰撞,实现金属板的界面连接,形成两层或多层异种材质的金属
复合材料。爆炸焊接时,通常把炸药直接敷在复板表面,炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕,使复板撞向
基板,两板
接触面产生塑性流动和高速射流,结合面的
氧化膜在高速射流作用下喷射出来,同时使金属间连接在一起。
[0003] 铝钢接头,是工业铝
冶炼、
船舶制造过程中常用的复合材料,一般是在
碳钢
块上焊接一层铝,铝层厚度大致在8-18mm。铝钢接头的工作环境非普通金属复合板材可比,一是加工过程中,焊接工艺对铝层的要求,一般要求铝层厚度不小于10mm,二是工作环境的酸
碱度
对焊接界面的要求,力学强度达到工艺规范的要求。对铝钢接头的制造工艺,目前在《铝钢过渡接头规范》(CB1343-98)要求采用过渡层二次爆炸焊接方式制造,即先以薄层铝板在
碳钢上爆炸焊接,然后再在铝层面爆炸焊接厚铝层,形成铝-铝-钢复合接头构造。也有以铝-
钛-钢构造形式的铝钢接头(《铝钛钢过渡接头焊接技术条件》(CB/T3953-2002))并以行业工艺规范要求施工制造。显然,这种爆炸焊接工艺,费时耗材,非常不经济。
[0004] 为了克服铝钢焊接的
缺陷,随着科学技术的研究与进步,采用纯锌或者铝锌薄片作为铝钢接头的中间过渡层,可以抑制铝钢之间形成脆性金属间化合物,使得钢板和铝板形成有效的搭接,最后可以获得
焊缝成形美观、力学性能优异、强度可靠的铝钢异种材料搭接接头(CN201410102666.8一种适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法)。有
专利(CN201610953317.6一种铝钢钎焊方法)表述了一种新工艺技术,即铝基
焊料为填充材料,采用钎焊工艺将带渗铬层的铝材与钢材进行连接。显然,这些技术进步,都存在着巨大的
能量消耗和繁琐的生产工艺。对普通工业铝钢复合材料制品来说,生产成本很高。
[0005] 虽然有制造普通金属复合板的相关专利技术,但其专有技术并没有考虑铝钢复合材料的特殊性,而使目前的铝钢接头生产依然采用二次爆炸焊接技术。
发明内容
[0006] 基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了铝钢接头爆炸焊接方法,一次性实现铝钢接头的爆炸焊接成型。
[0007] 本发明提出的铝钢接头爆炸焊接方法,包括作为基板的钢板和作为复板的铝板,所述钢板与所述铝板之间设有铝锥体,铝锥体主要起到
支撑的效果,所述铝
板面上铺设炸药层,炸药位于所述铝板的面上,所述炸药层上端铺设有矿物质。所述铝钢接头采用一次爆炸焊接,且所述炸药的爆速为1400-1800m/s,所述炸药的厚度为10-18mm。
[0008] 优选地,所述铝板为5-20mm厚度的工业铝板材。
[0009] 优选地,所述铝板的端部设有起爆点。
[0010] 优选地,所述起爆点设有直径20mm、高10mm的粉状炸药。
[0011] 优选地,所述炸药的爆速为1500-1600m/s。
[0012] 优选地,所述炸药层为粉状乳化炸药,且所述粉状乳化炸药内添加有有色矿物质。
[0013] 优选地,所述有色矿物质为有色金刚沙、有色滑石粉、有色食盐中的一种或几种,且所述有色矿物质的
颜色为红色、绿色、黄色中的一种或几种。
[0014] 优选地,所述矿物质与所述炸药层之间还设有聚乙烯塑料
薄膜,所述聚乙烯塑料薄膜四边下垂5-15mm。
[0015] 本发明提出的爆炸焊接方法,制得的铝钢接头。
[0016] 作用机理:
[0017] 现有的铝钢复合接头之所以采用二次爆炸焊接,主要在于普通的爆炸焊接时,炸药能量利用率低,其中一半的能量都释放在空中,产生无效功。因此,普通爆炸焊接时,炸药使用量相对比较高。对铝钢接头而言,铝—钢间难以熔合。炸药使用量低,铝钢间无法完成铝钢间的焊接;炸药量使用高,容易导致铝材硬化而弱化铝钢焊接界面的强度。所以,对铝钢接头而言,不适用于普通一次性爆炸焊接工艺。因此,才有行业的二次爆炸焊接工艺规范。
[0018] 如果合理控制爆炸焊接炸药使用量,特别是有效控制炸药的爆炸能量利用,就能够克服铝钢接头爆炸焊接中的技术缺陷。即,通过控制炸药使用量和有效利用炸药的爆炸能量,通过爆炸冲击波,促使铝—钢间能够形成
铁铝化合物或者
固溶体,增强铝—钢间的物理化学融合,而又不致造成铝材的硬化或者烧蚀,从而实现铝板在爆炸冲击波的作用下对基板的焊接。
[0019] 与
现有技术相比,本发明具有的有益效果在于:
[0020] 本发明提供一种铝钢复合板的爆炸焊接方法,克服铝钢接头的传统生产工艺二次爆炸焊接的缺陷,只需通过一次性爆炸焊接即可完成,制得的铝钢接头的焊接界面拉伸强度在100MP以上,高者达160MP。弯曲强度试验符合要求,180度弯曲,界面无裂隙;本发明专利技术,不仅节约了时间,提高生产效率达35-50%,而且显著的节约生产成本,提高经济效益,生产成本节约50-70%,同时,爆炸噪音能够降低50-80%。
具体实施方式
[0021] 下面结合具体
实施例对本发明作进一步解说。
[0022] 本发明提出的铝钢接头爆炸焊接方法,包括作为基板的钢板和作为复板的铝板,所述钢板与所述铝板之间设有铝锥体,铝锥体主要起到支撑的效果,所述铝板面上铺设炸药层,所述炸药层上端铺设有矿物质,所述矿物质为
河沙、盐沙、尾
矿石、泥沙中的一种或几种,所述矿物质与所述炸药层之间还设有聚乙烯塑料薄膜,所述聚乙烯塑料薄膜四边下垂5-15mm。所述铝钢接头采用一次爆炸焊接,且所述炸药的爆速为1400-1800m/s,炸药的最优爆速为1500-1600m/s,该炸药是粉状乳化炸药添加粉状无机矿物质。为了识别矿物质与粉状乳化炸药的混合均匀性,在矿物质中添加微量的色料并保证混合均匀性,这样,有色矿物质与粉状乳化炸药混合均匀度就能够及时把握而得以保证。敷设的炸药厚度,是炸药使用量的最直接量度,一般在10mm厚度以上,则能够保证铝板与碳钢的焊接,过高厚度的炸药,不仅造成生产成本高,而且对焊接效果而言,可能却适得其反。所以,最优的敷设炸药厚度在12-18mm。
[0023] 焊接的铝板,可以是高厚度板,也可以是薄厚度板,铝板为5-20mm厚度的工业铝板材。
[0024] 铝板的端部设有起爆点,起爆点设有有直径20mm、高10mm的粉状炸药。
[0025] 炸药层为粉状乳化炸药,且所述粉状乳化炸药内添加有有色矿物质,有色矿物质为有色金刚沙、有色滑石粉、有色食盐中的一种或几种,且所述有色矿物质的颜色为红色、绿色、黄色中的一种或几种。
[0026] 产品性能试验
[0027] 以500mm×80mm×12mm的铝/碳钢复合板的爆炸形成为例。铝钢厚度比为1:4,实验方案如下:
[0028] (1)将表面清理后的作为基板的碳钢板放置在平整后的炮台上,在基板碳钢板上均匀布置预制的10mm高的锥体铝支撑架,将表面清理后的铝板平放在锥体铝支撑架上,并保证铝板长、宽方向均预留切割
飞边余量;
[0029] (2)将红色或黄色或绿色混合粉状乳化炸药缓缓铺设在铝板上,用刮药板刮平,测量炸药厚度;在铝板的端部设置起爆点,在起爆点上放置直径为20mm高10mm的粉状炸药,作为起爆炸药;
[0030] (3)在炸药面上,
覆盖一层聚乙烯塑料薄膜,塑料膜四边下垂10mm,再覆盖40-50mm沙石。
[0031] (4)最后进行爆前检查,重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求,无关人员撤离至安全地带、实施警戒,爆破员检查起爆线路,确认通畅后再连接电
雷管,将其固定在复板的起爆点,爆破员撤离现场,发出预警
信号,最后按爆破安全操作规程起爆,爆破确认安全后,才能进入现场检查焊后的复合板。
[0032] 表1试验参数列表
[0033] 爆速/(m/s) 药厚/(mm) 铝板厚度/(mm)
对照组(原粉状炸药) 3600 13 15
实施例1 1400 13 20
实施例2 1500 13 14
实施例3 1500 15 14
实施例4 1600 13 14
实施例5 1800 13 14
实施例6 2000 10 5
[0034] 表2试验结果
[0035]
[0036]
[0037] 综上所述,本发明制得的铝钢接头性能良好,焊接界面拉伸强度在100MP以上,高者达160MP,弯曲强度试验复合要求,180度弯曲,界面无裂隙;本发明专利技术,不仅节约了时间,提高生产效率达35-50%,而且显著的节约生产成本,提高经济效益,生产成本节约50-70%。同时,爆炸噪音能够降低50-80%。
[0038] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。