專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體保護(hù)爆炸焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬?gòu)?fù)合板的制造領(lǐng)域，涉及到爆炸焊接技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合板的方法，特別涉及到氣體保護(hù)爆炸焊接方法。
背景技術(shù)：
爆炸焊接(或爆炸復(fù)合)方法是生產(chǎn)各種金屬?gòu)?fù)合板的主要方法，可生產(chǎn)不銹鋼-鋼、鈦-鋼、鋯-鋼等各種復(fù)合板材，這些復(fù)合板材主要用于各種化工容器與設(shè)備的制造，也用于軍工、空天技術(shù)、機(jī)械與電子工程中。由于大型設(shè)備的需求，要求采用盡量大板幅的復(fù)合板，這樣可大量地減少焊縫長(zhǎng)度、降低焊接費(fèi)用、減少焊接中產(chǎn)生的缺陷和縮短設(shè)備制造周期。目前已經(jīng)可以使用爆炸
焊接方法制造出20 30mS的各種復(fù)合鋼板，但在實(shí)際生產(chǎn)中由于各種工藝原因，常常會(huì)發(fā)生局部焊接失效，造成廢品板。對(duì)于一般的不銹鋼板可以采用電弧或氬弧焊接進(jìn)行補(bǔ)堆焊修補(bǔ)，但對(duì)于鋯、鈦、鋁、鎂、鉭等很多材料就只能采用爆炸焊接修補(bǔ)或報(bào)廢改成小板使用。另外，在這些復(fù)合板的爆炸焊接中，也常常會(huì)出現(xiàn)局部界面結(jié)合強(qiáng)度下降的情況，在容器巻制、加工過(guò)程中出現(xiàn)脫焊、分層現(xiàn)象。究其原因，產(chǎn)生爆炸焊接失效和結(jié)合質(zhì)量不穩(wěn)定的原因之一，是由于大面積復(fù)合板的爆炸焊接是在露天空氣環(huán)境中進(jìn)行的。這是因?yàn)楸ê附訒r(shí)基復(fù)板之間會(huì)噴射出基復(fù)板厚度的百分之幾到千分之幾的微射流，而這樣的微射流會(huì)發(fā)生霧化，產(chǎn)生出高速運(yùn)動(dòng)的金屬微粒，這些金屬微粒會(huì)與空氣中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)一一燃燒，燃燒反應(yīng)不僅會(huì)釋放熱量，而且會(huì)產(chǎn)生固體氧化物、氮化物甚至碳化物和氫化物。無(wú)論是反應(yīng)所釋放的熱量還是所產(chǎn)生的脆性固體微粒都會(huì)對(duì)界面焊接質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。
眾所周知，在金屬材料之間進(jìn)行爆炸焊接時(shí)，必須對(duì)基板與復(fù)板的待焊接表面進(jìn)行打磨清理，保持界面潔凈。而爆炸焊接的射流始終是在碰撞點(diǎn)前方的，一旦射流微粒在空氣中燃燒成脆性固體微粒，顯然會(huì)污染打磨好的金屬表面，而這些脆性化合物的殘留無(wú)疑會(huì)影響界面的焊接質(zhì)量。另一方面，當(dāng)在碰撞點(diǎn)前方的射流微粒燃燒放熱時(shí)，這些熱量必然會(huì)向基板與復(fù)板的待結(jié)合表面?zhèn)鬟f，這些傳入的熱量在焊接時(shí)會(huì)帶入界面結(jié)合區(qū)，由于附加的熱量引入會(huì)促進(jìn)界面的金屬間反應(yīng)，可能產(chǎn)生過(guò)多的金屬間化合物，也會(huì)降低界面的結(jié)合強(qiáng)度與韌度；從爆炸焊接參數(shù)窗口來(lái)看，其中，爆炸焊接的能量上限是由界面沉積能量所決定的，而噴射射流微粒的燃燒無(wú)疑會(huì)增加界面沉積能量，過(guò)多的外界熱量引入，也有造成焊接"過(guò)熔失效"的可能。
顯然，如果將爆炸焊接過(guò)程置入惰性氣體或真空環(huán)境中，就可以阻止射流微粒的燃燒，從而增大爆炸焊接參數(shù)窗口并改善焊接質(zhì)量。但大型爆炸焊接往往會(huì)使用數(shù)百公斤乃至上噸的炸藥，采用剛性的封閉空間內(nèi)充氣與抽空爆炸，無(wú)論是在生產(chǎn)成本，還是生產(chǎn)效率上都是無(wú)法承受的。為此，必須尋找經(jīng)濟(jì)有效的方法實(shí)現(xiàn)保護(hù)性爆炸焊接。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種氣體保護(hù)爆炸焊接方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù)合板爆炸焊接過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的氣體保護(hù)，解決爆炸焊接時(shí)金屬射流微粒與空氣反應(yīng)問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
大型復(fù)合板的爆炸焊接過(guò)程都平行法布置，爆炸焊接的金屬射流只存在基板與復(fù)板的間隙中，或者說(shuō)，只有基板與復(fù)板的間隙中射流微粒反應(yīng)才影響爆炸焊接界面結(jié)合質(zhì)量。因此，本發(fā)明的解決方案是，采用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的一次性密封氣囊或基板與復(fù)板間隙密封形式，形成包含基板與復(fù)板間隙的密閉空間，在該密閉空間中容納保護(hù)性氣體，當(dāng)保護(hù)性氣體達(dá)到指定濃度，使爆炸焊接的金屬界面處于富含保護(hù)性氣體之中后，再起爆炸藥，實(shí)施爆炸焊接。這樣就降低了射流微粒與空氣反應(yīng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中包含基板與復(fù)板間隙的密閉空間的方法沒(méi)有特殊的限定，可使用柔性薄膜制成氣囊，使整個(gè)爆炸焊接裝置置于密閉的氣囊中；也可以直接密封基板與復(fù)板間隙形成密閉。
1)采用柔性的薄膜制成氣囊的形成保護(hù)性氣體密閉空間的方法有a)用薄膜制成密閉氣囊，將整個(gè)爆炸焊接裝置置入密閉氣囊之中，當(dāng)密閉的氣囊中保護(hù)性氣體達(dá)到指定濃度時(shí)，起爆實(shí)行爆炸焊接；b)由于大型復(fù)合板的爆炸焊接均是置于地面上實(shí)施的，可以利用地面作為一個(gè)密封面，即使用柔性薄膜材料覆蓋爆炸焊接裝置，然后將柔性薄膜的四周用松散的重物埋壓密封，形成局部的密閉空間，向該密閉空間中容納保護(hù)性氣體后，實(shí)施爆炸焊接；C)也可以同時(shí)利用地面與復(fù)板作為密封面，將柔性薄膜條的一側(cè)粘結(jié)在復(fù)板的邊緣表面上，形成密封；然后將柔性薄膜另一側(cè)的四周邊緣用松散的重物埋壓密封，形成局部的密閉空間，向該密閉空間容納保護(hù)性氣體后，實(shí)施爆炸焊接。
對(duì)制備氣囊的柔性薄膜材料沒(méi)有特殊的限定，可以使用橡膠薄片、塑料布、地板革、帆布、防雨布、防雨綢、柔性紙板、高強(qiáng)度紙張等透氣率低的柔性薄膜材料。由于氣囊材料在爆炸后即被摧毀，應(yīng)該從環(huán)保的角度考慮，應(yīng)使用易于回收或完全炸毀的材料；由于氣囊與火工品接觸，從安全角度上應(yīng)采用不易產(chǎn)生靜電的材料或進(jìn)行消靜電處理。壓埋密封柔性薄膜的四周所用的松散重物沒(méi)有特殊的限定，從經(jīng)濟(jì)角度與安全角度考慮，所使用的最佳材料為不含石塊的砂土或泥土。
2)直接密封基板與復(fù)板間隙的方法。由于爆炸焊接裝置的組裝是在野外現(xiàn) 場(chǎng)進(jìn)行的，所以必須簡(jiǎn)便快速，以保證生產(chǎn)效率，而且密封裝置在爆炸后即被
炸毀，就要求盡量降低成本。簡(jiǎn)易的直接密封方法有a)預(yù)制的槽型彈性密封條，
將密封條固定在支撐背板上，將組合好的槽型彈性密封條部分插入基板與復(fù)板 間隙中，并用膠帶、捆綁和擠靠形式固定背板，就在基板與復(fù)板之間形成了密
封，向基復(fù)板間隙中充填保護(hù)性氣體，可實(shí)施氣體保護(hù)爆炸焊接；b)使用密封膠 帶，即膠布或膠帶粘結(jié)密封基板和復(fù)板間隙，為防止充填氣時(shí)的內(nèi)部壓力使密 封膠帶脫粘，在膠帶背后固定支撐背板條，在基板與復(fù)板之間形成密封后，向 基復(fù)板間隙中充填保護(hù)性氣體，可實(shí)施氣體保護(hù)爆炸焊接；c)釆用預(yù)制的槽型密 封卡條，在槽型密封卡條中安裝高彈性的密封條，沿板邊卡裝，在基板與復(fù)板 之間形成密封空間后，向基復(fù)板間隙中充填保護(hù)性氣體，可實(shí)施氣體保護(hù)爆炸 焊接。
由于密封裝置在爆炸后即被炸毀，就要求盡量降低成本；另外由于密封裝 置在爆炸焊接時(shí)可能被炸藥炸飛，應(yīng)該盡量不采用金屬材料以防止飛散擊傷人、 物。固密封支撐背板采用塑料、膠木、木材或纖維板等輕質(zhì)材料制造為好；而 一般對(duì)于常用的2—4mm復(fù)板，很難與基板保證同樣的平整度，密封面的配合 誤差很大，所以密封材料應(yīng)使用高彈性材料，如高橡膠、高彈性橡膠件、海綿 等，以使用海綿為好。
3 )在對(duì)上述所有的封閉空間充填保護(hù)性氣體時(shí)，對(duì)氣口數(shù)目沒(méi)有特殊限定， 可以采取延板邊一側(cè)或多側(cè)設(shè)置氣口的方式換氣；對(duì)于氣囊充氣保護(hù)焊接方式， 還可以將充氣管道直接放置在氣囊中，在管道上開(kāi)設(shè)多個(gè)氣口。
4)在對(duì)上述所有的封閉空間充入保護(hù)性氣體時(shí)，可以在密封上開(kāi)設(shè)排氣口 ，以使充入氣體能順利地?cái)D出空氣，快速形成高濃度的保護(hù)性氣氛。排氣口數(shù)目 也沒(méi)有特殊限定，原則上，排氣口總截面積接近充氣口總截面積。排氣口設(shè)置 要遠(yuǎn)離充氣口，防止在氣體流動(dòng)中形成死區(qū)；當(dāng)所充入保護(hù)氣體密度小于空氣 時(shí)，排氣口高度設(shè)置低于充氣口為佳；當(dāng)所充入保護(hù)氣體密度大于空氣時(shí)，排 氣口高度設(shè)置高于充氣口為佳。
5) 采用保護(hù)性氣體方式可通過(guò)氣口進(jìn)行進(jìn)排氣置換或密閉空內(nèi)采用保護(hù)氣 體自生成方式，以進(jìn)排氣置換方式為最佳。
6) 在上述對(duì)復(fù)合板進(jìn)行爆炸焊接時(shí)所充加的保護(hù)性氣體視所焊接材料而確 定。對(duì)于所有材料均可以采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)性爆炸焊接，從經(jīng)濟(jì)性考慮以 氬氣為最佳。對(duì)于鋁、鎳、銅、鐵合金也可以使用二氧化碳作為保護(hù)氣體。
7) 在上述對(duì)復(fù)合板進(jìn)行爆炸焊接時(shí)所充加的保護(hù)性氣體濃度沒(méi)有特殊的限 定，視所焊接材料而確定。由于空氣成分中含20.93%氧氣，78.03%氮?dú)猓?.98% 稀有氣體，0.03%二氧化碳，0.03%其他氣體，所以可以通過(guò)快速測(cè)定封閉空間 中氧含量來(lái)控制保護(hù)氣體的濃度。
圖1是本發(fā)明的將使整個(gè)爆炸焊接裝置置于密閉氣囊中的示意圖。 圖中1地面；2基板；3復(fù)板；4炸藥；5架高支撐體；6雷管；7柔性 薄膜；8氣口； 9保護(hù)性氣體。
圖2是本發(fā)明的利用地面作為一個(gè)密封面，用氣囊封閉整個(gè)爆炸焊接裝置的
示意圖。
圖中IO松散重物。
圖3是本發(fā)明的同時(shí)利用地面和復(fù)板作為密封面，用氣囊封閉的爆炸焊接示 意圖。圖中11膠接位置。
圖4是本發(fā)明的密封復(fù)板與基板間隙的爆炸焊接整體裝配示意圖。 圖中12密封裝置。
圖5是本發(fā)明的用槽型彈性密封條的局部裝配示意圖。 圖中13槽型彈性密封條；14支撐背板。 圖6是本發(fā)明的用密封膠帶膠接密封的局部裝配示意,。 圖中15密封膠帶。
圖7是本發(fā)明的用槽型預(yù)制卡件密封的局部裝配示意圖。 圖中16槽型密封卡條；17彈性密封條。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例1尾端的爆炸焊接界面金相照片(放大倍數(shù)為100)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。 實(shí)施例1.
爆炸焊接主裝炸藥使用30毫米的粉狀銨油炸藥，爆速D=2500米/秒左右， 進(jìn)行3mm厚度的TA2鈦鋼復(fù)合板爆炸焊接，板面為1 X2m 端頭起爆。按附圖 1布置，氣囊材料(7)為農(nóng)用塑料薄膜，用農(nóng)用塑料薄膜壓制成密封袋，向密 封袋充入氬氣，測(cè)定氧含量為9.5%后進(jìn)行爆炸焊接，經(jīng)探傷檢驗(yàn)，復(fù)合率100%， 界面剪切強(qiáng)度，中部與尾部都達(dá)到270MPa，尾部結(jié)合界面金相照片如附圖8所 示，在放大100倍時(shí)界面中幾乎看不到金屬間化合物。
實(shí)施例2.
爆炸焊接參數(shù)同實(shí)施例l，按附圖2布置，采用氣囊材料(7)為防雨綢， 氣囊材料四周使用濕泥土 (10)固壓。向密封空間充入氬氣，測(cè)定氧含量為9.3。％ 后進(jìn)行爆炸焊接，經(jīng)探傷檢驗(yàn)，復(fù)合率100%，界面剪切強(qiáng)度，中部與尾部都達(dá)到270MPa。 實(shí)施例3.
爆炸焊接參數(shù)同實(shí)施例l，按附圖3布置，采用氣囊材料(7)為防雨綢， 用801膠將防雨綢與鈦板邊緣粘結(jié)(11)，粘結(jié)寬度20 40mm,氣囊材料四周 使用沙土 (10)固壓。向密封空間充入氬氣，測(cè)定氧含量為9.0%后進(jìn)行爆炸焊 接，經(jīng)探傷檢驗(yàn)，復(fù)合率100%，界面剪切強(qiáng)度，中部與尾部都達(dá)到270MPa。
實(shí)施例4.
爆炸焊接參數(shù)同實(shí)施例l,按附圖5布置進(jìn)行密封，用硅膠條制成密封膠條 (13)， 2mmPVC塑料板為背板(14)。向密封空間充入氬氣，測(cè)定氧含量為9.9% 后進(jìn)行爆炸焊接，經(jīng)探傷檢驗(yàn)，復(fù)合率100%，界面剪切強(qiáng)度，中部與尾部都達(dá) 到270MPa。
實(shí)施例5.
爆炸焊接參數(shù)同實(shí)施例l，按附圖6布置進(jìn)行密封，用不干膠帶密封(15)， 5mm纖維板為背板(14)。向密封空間充入氬氣，測(cè)定氧含量為8.9%后進(jìn)行爆 炸焊接，經(jīng)探傷檢驗(yàn)，復(fù)合率100%,界面剪切強(qiáng)度，中部與尾部都達(dá)到270MPa。
實(shí)施例6.
爆炸焊接參數(shù)同實(shí)施例1，按附圖7布置進(jìn)行密封，用10mm木板制成為槽 型卡(14)，并槽型卡中鑲?cè)?0mm厚海綿條作為密封件(13)。向密封空間充 入氬氣，測(cè)定氧含量為8.7%后進(jìn)行爆炸焊接，經(jīng)探傷檢驗(yàn)，復(fù)合率100%，界 面剪切強(qiáng)度，中部與尾部都達(dá)到270MPa。
權(quán)利要求
1. 一種氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征是包含基板(2)與復(fù)板(3)間隙的密閉空間采用保護(hù)性氣體(9)，該保護(hù)性氣體(9)與基板(2)和復(fù)板(3)所用的材料相適應(yīng)；通過(guò)測(cè)定封閉空間中的氧含量來(lái)控制與材料相適應(yīng)的保護(hù)性氣體濃度；爆炸焊接的界面處于保護(hù)性氣體中；然后起爆，實(shí)施爆炸焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于用地面(l) 和柔性薄膜(7)，構(gòu)成密閉空間；其中柔性薄膜(7)的四周用地面的松散重物(10) 密封；柔性薄膜材料是透氣率低、不產(chǎn)生靜電或進(jìn)行消靜電處理的柔性薄膜材 料，包括橡膠薄片、塑料布、地板革、帆布、防雨布、防雨綢、柔性紙板或高 強(qiáng)度紙張。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于用地面(l)、 柔性薄膜(7)和復(fù)板(3)構(gòu)成一個(gè)密閉空間；其中柔性薄膜(7)—側(cè)粘結(jié)在復(fù) 板(3)的邊緣表面上，柔性薄膜(7)的另一側(cè)用地面的松散重物(10)密封；柔性薄膜材料是透氣率低、不產(chǎn)生靜電或進(jìn)行消靜電處理的柔性薄膜材料，包括橡 膠薄片、塑料布、地板革、帆布、防雨布、防雨綢、柔性紙板或高強(qiáng)度紙張。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于將槽型彈性密封條(13)固定在支撐背板(14)上，在爆炸焊接前將組合好的槽型彈性密封條 (13)部分插入基板(2)與復(fù)板(3)間隙中，固定背板，構(gòu)成基板(2)與復(fù)板(3)之 間密封空間；槽型彈性密封條(13)采用橡膠或海綿；支撐背板(14)采用塑料、 膠木、木材或纖維板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于用密封膠帶(15)粘結(jié)密封基板(2)和復(fù)板(3)間隙構(gòu)成密封空間，在密封膠帶(15)背后固定支撐背板(14);密封膠帶(15)采用膠布或膠帶。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于預(yù)制的槽型密封卡條(16)，在槽型密封卡條(16)中安裝彈性密封條(17)在基板(2)與 復(fù)板(3)之間形成密封空間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于采用保護(hù)性氣體方式通過(guò)氣口 (8)進(jìn)行進(jìn)排氣置換或密閉空內(nèi)采用保護(hù)氣體自生成方式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于所采用保護(hù)性氣體為惰性氣體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)爆炸焊接方法，其特征在于基板(2)和 復(fù)板(3)的材料為鋁、鎳、銅或鐵合金時(shí)，所采用的保護(hù)性氣體為二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體保護(hù)爆炸焊接方法，屬于金屬?gòu)?fù)合板的制造領(lǐng)域，涉及到爆炸焊接技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合板的方法。其特征是采用包含基板與復(fù)板間隙的密閉空間，密閉空間中采用保護(hù)性氣體，該保護(hù)性氣體與基板和復(fù)板所用的材料相適應(yīng)；通過(guò)測(cè)定封閉空間中的氧含量來(lái)控制保護(hù)氣體的濃度；爆炸焊接的界面處于保護(hù)性氣體中；然后起爆，實(shí)施爆炸焊接。本發(fā)明效果與益處是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的一次性密封形式降低和阻止了射流微粒與空氣反應(yīng)，提高了焊接質(zhì)量并增大了爆炸焊接窗口。
文檔編號(hào)B23K20/06GK101462200SQ20081019090
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者明 孫, 李曉杰, 王小紅, 閆鴻浩 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)