不锈钢低合金钢复合板爆炸焊的数值模拟研究
爆炸焊304／Q345R复合板热处理工艺及分析
磨性 、 抗 磁性 、 豪华 性 和装饰 性 ， 又 具 有 碳 钢 良好 的
焊接性 、 成型性 、 拉 延性 和导 热性 ， 因 而 它 是 一 种 多
功能材料 ， 由于 节 约 镍 铬 合 金 的使 用 降 低 了成 本 ， 同
时适 用 性 很 强 。
试 验 所采 用 的 材 料 为 ３ ０ ４ ／ Ｑ ３ ４ ５ Ｒ爆 炸焊 复 合 板 。 爆炸 焊工 艺为 采用 ４ ７ 拌沙 的膨化 硝铵 炸药 ， 间距 为 １ ０ ａ ｒ ｍ（ 使用 重金 属皮 制作 的 间 隙作 为支撑 物 ） ， 炸 药 高度 为３ ８ ｍｍ， 如图 １ 所 示 。其 中复板 ３ ０ ４不锈 钢主要 化学 成分 、 力 学性 能见 表 １ ， 尺寸规 格 为 ３ ０ ０ ｍ ｍ× ３ ５ ０ ｍｍ Ｘ ４ ｍｍ； 基板 Ｑ ３ ４ ５ Ｒ主要 化 学 成分 、 力 学 性 能见 表 ２ ， 尺
３ ０ ４ ／ Ｑ ３ ４ ５ Ｒ复合板最佳 的热处理方案为 （ ８ ８ ０±１ ５ ）ｏ Ｃ， １ ｈ ， 风冷 。
关键词 ： 爆 炸焊 复合板 热 处 理
中图分类号 ： Ｔ Ｇ ４ ２ ２
０ 前
言
属 材料 的表 面 氧化 膜 破 碎 并 消 除 ， 再 加 上 在 冲 击 及 摩
寸规 格 为 ３ ０ ０ ｍｍ Ｘ ３ ５ ０ ｍ ｍ×２ ２ ｍ ｍ。
复合 板 的复 合 方 法 有 爆 炸 复 合 、 轧制 复合 、 爆 炸
轧 制 复 合 等 Ｊ 。文 中 爆 炸 复 合 板 的生 产 工 艺 是将 覆
板 重 叠 置 于 基板 上 ， 覆板 和基 板 之 间用 垫 子 间 隔 一 定
采 用上 海 中加 电 炉 有 限 公 司 制 造 的 １ ２—１ ２型 号
爆炸焊接界面波的数值模拟
第 ６ 期
爆
炸
与
冲
击
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ６ １３ ， ．
ＮＯ Ｖ．， ２ Ｏ１１
２１ ０ １年 ｌ １月
ｇＸＰＬ Ｉ ＯＳ ＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ ＡＶＥ Ｗ Ｓ
文章 编 号 ： ０ １ １ ５ （ ０ １ ０ — ６ ３０ １０ —４ ５ ２ １ ）６０ ５—５
压 Ｐ在 ２ ． ～５ ２ ５ ０区段 ， 差 最 大点 在 Ｐ：４ ， １ ． ０ ； ５ ～ １ ０区段 ， 差最 大 处 在 Ｐ≈ ９ ， 误 ０ 为 ６ ８ 在 ０ ０ 误 ２ 为 １ ． ３ ； １ ０以上 区段 ， 差 最 大 处在 Ｐ≈ １ ０ 为 １ ． ３ 。从 波 形 图上 可 以 看 出 ， 比压 Ｐ 的增 ５ ４ 在 ０ 误 ２， １ １ 随
界 面波 研 究 ， 别是 较 高 碰撞 速度 的情 况 。 特 关 键 词 ： 体 力 学 ； 面 波 ；Ｐ 方 法 ； 炸 焊 接 ； 塑 性 流 体 力 学 模 型 固 界 ＳＨ 爆 热 中 图分 类 号 ：Ｏ ４ ． ３７５ 国标 学 科 代 码 ：１０・ ５ ５ ３ １ １ 文献标志码 ： Ａ
起 着重 要作 用 。Ａ． Ａｋ ａｉ ｕａ ｉ ＿ 借 助 ＡＵＴＯ Ａ． ｂ ｒ Ｍｏ ｓｖ 等 ３ ＤＹＮ 软件 对爆 炸 焊 接斜 碰撞 过程 建 立 了考 虑
材 料强 度 的流体动 力学 有 限元 分 析模型 。 本文中， 运用 光滑粒 子流 体动 力学方 法 ， Ｊ ｈ ｓ ｎＣ ｏ 以 ｏ ｎ ｏ — ｏ ｋ材料模 型和 Ｇｒ ｎ ｉ ｎ状态 方程 为 基础 ， ｔ ｅｓ ｉ ｅ
爆 炸 焊 接 界 面 波 的 数 值 模 拟
李晓杰， 非， 莫 闫鸿浩， 王海涛
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟爆炸消除焊接残余应力的数值模拟焊接残余应力是一个常见的问题。
在焊接过程中，高温物质的热膨胀和收缩会导致材料的形状发生变化，进而产生残余应力，这将会影响机械性能和耐用性。
而解决残余应力的方法之一就是爆炸消除技术。
本文将介绍通过数值模拟爆炸消除焊接残余应力的方法。
首先，我们需要建立一个三维的有限元模型。
这个模型应该和我们想要焊接的实际工件尽可能接近。
我们可以使用数值计算软件或者有限元分析软件来构建这个模型。
在建模的过程中，我们需要考虑焊接热源、导热、冷却和热膨胀等因素。
然后，我们需要确定爆炸消除技术的参数。
爆炸消除包括激波、爆炸和喷射等过程。
我们需要考虑爆炸药的种类、粒度和密度、爆炸药与工件之间的距离、爆炸的时间、爆炸的方向和强度等因素。
这些参数的确定需要基于实验和经验，并结合实际情况进行调整。
接下来，我们需要进行数值模拟。
我们将爆炸消除过程和焊接过程连接在一起进行模拟，同时考虑材料的耐热性，热膨胀系数以及变形发生的顺序等因素。
在数值模拟的过程中，我们需要对边界条件进行适当的设定，如限制边界和速度边界。
同时，我们还需要考虑计算时间和内存的限制，保证计算的收敛性和稳定性。
最后，我们需要对模型进行结果分析和数据处理。
我们可以通过结果图表来直观地展现残余应力的分布和变化情况，并进行相关数据的分析和处理。
我们还可以通过比较实验结果和数值模拟结果来验证模型的准确度和可靠性。
总之，数值模拟是一种有效的解决焊接残余应力问题的方法。
通过建立合适的模型，确定正确的参数和进行精确的计算和分析，我们可以更好地掌握焊接残余应力的变化规律，并采取有效的措施来解决这个问题。
对于焊接残余应力的数值模拟分析，我们需要进行相关数据分析，以确定残余应力分布的规律和变化趋势。
首先，我们需要收集和分析关于焊接材料的相关数据，如热膨胀系数、热导率、比热容、密度、杨氏模量和泊松比等。
这些参数对于确定焊接过程中热膨胀和冷却的效应非常重要，尤其是在数值模拟中。
爆炸焊接双面复合不锈钢管板的工艺研究与应用
Ｗ ｅ ｄ ｎ ｔ ｉ ｌ ｓ ｔ ｅ ｕ ｌ ａ ｂ ｈ ｅ ｌ ｉ ｇ Ｓ ａ ｎ ｅ ｓＳ ｅ ｌ Ｄｏ ｂ ｅ Ｃｌ ｄ Ｔｕ ｅ Ｓ ｅ ｔ
ＬＥＮＧ ａ ｇ ｒ ｎｇ Ｇｕ ｎ —ｏ
（ ｉ ｕＩｏ ｎ ｔｅ Ｃ ． ｔ． ｉ ｕ ３ ８ ０ ，Ｃ ｉａ Ｘ ｎ ｒｎａ ｄＳｅｌ ｏ Ｌｄ ，Ｘｎ ３ ０ １ ｈｎ ） ｙ ｙ
爆 炸 焊 接 是 利用 炸药 的爆 炸 能量 使 两 种 或 多 种 金 属 复 合 在 一 起 的 技术 。美英 等 西 方 科 学
家 ［ 】 爆 炸焊 接 机 理 总结 为 熔 化 焊 、压 力 焊 、 １ 把 ．
射 流焊 ，我 国 也有 的学 者 ［ 把 爆 炸 焊 接 机 理 总 ３ ］
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ： Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｘ ｌ ｓｖ ｗｅｄ ｎ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｒ ｃ ｓ ａ ｄ ｈ ｓ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｌ ｉ ｇ ｒ ｄ ｃｉ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｏ ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｉ ｈ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ｏ ｉ ｋ ｓａ ｎ ｅ ｓｓｅ ｌｄ ｕ ｌ ｌ ｄ ｔ ｂ ｈ ｅ ． ｒ ｃ ｉｅ ｓ ｏ ｐ ｌ ｔ ｎ ｔｅ ｍａ ｕ ａ ｔｒ ｆｔ ｃ ｔ ｉ ｌ ｓ ｔ ｅ ｏ ｂ ｅ ｃａ ｅ ｓ ｅ ｔ Ｐ ａ ｔ ｈ ｗｓ ｃ ｏ ｈ ｕ ｃ
ＫＥＹ ＯＲＤＳ：ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｌ ｉ ｇ ｏ ｂ ｅ ｌ ｄｔ ｂ ｅ ｔ ｒ ｄ ｃｉ ｎｐ ｏ ｅ ｓ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ Ｗ ｘ ｌ ｓ ｄ ｎ ；ｄ ｕ ｌ ａ ｅｓ ｅ ；ｐ ｏ ｕ ｔ ｒ ｃ ｓ ；ａ ｐ ｉ ｔ ｖ ｗｅ ｃ ｕ ｈ ｏ ｃ ｏ
某 石化 炼 油厂 的焦 化换 热器 Ｅ ５ 、Ｅ １ ２ ０ ２ ０管
不锈钢焊接温度场的三维数值模拟
比热
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熔化潜热
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不锈钢焊接温度场的三维数值模拟
董志波 "， 魏艳红 "， 刘仁培 #， 董祖珏 #
（ "9 哈尔滨工业大学 现代焊接生产国家重点试验室， 哈尔滨 哈尔滨 #9 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所， 摘
和有限元技术的发展，焊接过程三维数值模拟的研 究成为该领域的研究前沿。但是由于焊接过程的复 杂性，焊接过程的三维数值模拟仍只停留在以典型 接头作为研究对象
［ #］
， 在实际应用中仍有较大的局
"］
。
限性。影响数值模拟技术在实际生产中得到应用的 主要原因是计算时间过长或计算精度不高，这主要 是下述因素造成的： （ "） 焊接结构三维模型中自由 度数目庞大； （ # ） 严重的材料非线性导致求解过程 的收敛困难； （ $ ） 高温区的存在使得控制数值模拟 的精度和稳定性存在一定的困难。
不锈钢_碳钢单_双面复合板的爆炸焊接及性能研究
文章编号:1005 0299(2000)04 0047 04不锈钢 碳钢单、双面复合板的爆炸焊接及性能研究陆 明,王耀华,王伟策,顾月兵,史长根,郑 峰(解放军理工大学南京210007)摘 要:研究了不锈钢 碳钢单面、双面复合板爆炸焊接质量,结合界面的微观结构,剪切强度及耐蚀性能.结果表明,单、双面不锈钢 低碳钢爆炸焊接复合板的结合界面均为波状结构,结合面两侧存在一定组织变形,近界面处为角结晶组织,稍远处为拉伸变形后的纤维状组织.结合界面碳钢一侧过渡区存在增碳区,不锈钢一侧有一个脱碳层.双面复合界面的结合过渡区约为单面的1.5倍宽,脱碳区也接近单面的1.5倍.采用切割爆炸焊接法有利于改善不锈钢 低碳钢复合板的边缘焊合.在同一基板上进行双面不锈钢复合时,第一面复合界面的剪切强度比第二面复合界面的差.无论是单面,还是双面复合板,其界面结面强度均由起爆端向末端逐渐降低.结合界面的脱碳层对复合板的耐蚀性能无明显影响.关键词:爆炸焊接;不锈钢;复合板;性能研究中图分类号:T G456.6 文献标识码:AExplosion welding and properties of stainless steel carbon steelsingle and double side compound sheetsLU M ing,WANG Yao hua,WANG Wei ce,GU Yue bing,SHI Chang gen,ZH ENG Feng(Nanjin PLA University of Science&T echnology,N anjing210007,China)Abstract:Studies the ex plosion w elding quality,m icrostructure of joint interface,shear streng th and corro sion resistance of stainless steel carbon steel sing le and double side compound sheets,and concludes from in vestigation results that the joint interfaces of all the ex plosion w elded stainless steel carbon steel sing le and double side compound sheets are of w ave structure,there is a certain structural deformation at either side of the joint face,a recrystallized structure near the interface and a stretch deformed fiber like structure a bit far aw ay from it;there is a carbonized zone in the transition zone on the carbon steel side and a decarbonized zone on the stainless steel side;the joint transition zone measures about1.5times the single side in w idth and the decarbonized zone is nearly1.5times the single side,the cutting and ex plosion w elding process is g ood for better edge w elding of stainless steel carbon steel compound sheets;for double side stainless steel compounding on the same base sheet,the shear strength of the first face compound interface is inferior to that of the second compound interface;it is true for either single or double side compound sheets that the joint strength of their interface gradually decrease from w here ex plosion starts to the end,and the decar bonized layer of the joint interface has no obvious effect on the corrosion resistance of the compound sheets. Key words:ex plosive w elding;stainless steel;composite sheet;quality study目前,国内外利用爆炸焊接法生产的不锈钢收稿日期:2000-05-21基金项目:江苏省应用基础基金资助项目(BJ97096)作者简介:陆 明(1958-),男,副教授. 碳钢复合板主要为单面复合,双面二次复合还很少见报道.若从爆炸焊接原理及焊接过程考虑,双面二次爆炸复合与单面爆炸复合是相同的.但若从焊接界面的力学性能及抗腐蚀性能考虑,因第一次爆炸复合时,其界面已存在着一定的爆炸第8卷 第4期 材 料 科 学 与 工 艺 Vol.8 No.4 2000年12月 MATERIAL SCIENCE&TECHNOLOGY Dec. 2000焊接应力,因此,双面第二次爆炸复合对第一次爆炸复合界面的焊接质量及界面性质必然会产生一定的影响,而这一影响目前还未见研究报道.正是基于这一实际情况,在不锈钢 碳钢单、双面复合板爆炸焊接试验的基础上,通过对结合界面的组织成分及金相分析、剪切强度.本文旨在进一步研究不锈钢 碳钢单面和双面复合板爆炸焊接质量、结合界面的微观结构及剪切强度的变化律.测试和抗腐蚀性能检验,对单、双面爆炸焊接复合板的结合界面性能进行了探讨[1].1 试验材料及工艺1.1 基、复板材料爆炸焊接试验用基板四块,复板六块.在四块基板中,二块为单面复合,二块为双面二次复合.基板材料为A3钢,复板材料为不锈钢(1Cr18Ni9Ti),其厚度分别为20mm和5m m. 1.2 焊接工艺根据以往在爆炸焊接时复合板边缘不易焊合实际情况,此次爆炸焊接采用四边切割法,即复板尺寸大于基板尺寸.爆炸焊接工艺参数为:炸药采用粉状铵盐(2#岩石炸药),其密度 =0.8g/cm3,药厚均为40mm;基、复板之间间隙6mm;保护层为油毛毡,粘土基础;起爆点为复板的长边中部.1.3 超声波探伤检验用CTS-23超声波探伤仪对四块单、双面爆炸焊接的复合板进行超声波探伤检验,其焊合率的检测结果为:一块单面复合板的焊合率约为98%,其余三块(一块单面复合、二块双面复合)复合板的焊合率均为100%.2 结合界面的结构和性能复合板爆炸焊接的质量好坏不仅与焊合率有关,而且还与基、复板界面的结合形状、结合强度以及不锈钢复板爆炸焊接后的抗腐蚀性能有关.为此,在进行超声波探伤检验的基础上,进一步对复合板的结合界面进行金相分析和力学性能及抗腐蚀性能检验[3].2.1 结合界面形状及组织图1所示为不锈钢 低碳钢单、双面爆炸焊接复合板进行金相检验时的取样位置.在显微镜下对所取样块的结合界面进行金相检验,其形状和组织如图2所示.图1 不锈钢 碳钢单、双面复合板取样位置(a)双面 (b)单面Fig.1 Specimen location of one side&tow sides composite sheet for stainless steel carbon steel图2 不锈钢 碳钢单、双面复合板结合界面(a)双面 (b)单面Fig.2 Combined-interface of one-side&tow-sides composite sheet fo r stainless steel-carbon steel由图2可见,在爆炸焊接工艺参数都相同的情况下,单、双面不锈钢 低碳钢爆炸焊接复合板的结合界面均为波状结构,结合面两侧都存在着一定的组织变形.离界面越近,则是塑性变形越强烈的再结晶组织,而距界面稍远一些是呈强烈拉伸后的纤维状组织,该组织随着与界面距离的增大而减弱.当离开波区后,便呈现出碳钢的等轴晶粒原始状态.在结合界面碳钢侧的结合过渡区还存在着增碳现象,且双面复合界面的结合过渡区宽度比单面更宽(大约是单面的1.5倍左右).文献[2]指出,过渡区域过宽易造成界面形成缝48隙,且过渡区域中各元素的原子密度也都较低,基材上也有较多的!空洞物∀.另外,图2(a)双面复合的结合面波形,其波前波后两个旋涡比图2(b)单面复合的相应旋涡更明显,而界面波旋涡区是爆炸焊接过程中熔化金属汇集的地方,它常常存在着铸态金属常有的微观缺陷,例如:气孔、缩孔、疏松、偏析和裂纹等[3].所有这些缺陷都将造成对复合板焊接质量的不利影响.由图2还可看出,在结合面不锈钢侧存在着一个脱碳区(图中的白带区),其宽度与碳钢一侧的增碳区宽度是一致的,即不锈钢侧的脱碳区越宽,低碳钢侧的增碳区也越宽,且双面复合板的脱碳区也比单面复合板宽(大约也是1.5倍左右).文献[4]指出,尽管脱碳会导致不锈钢的硬度降低,但由于在爆炸焊接过程中,结合界面附近的金属发生了严重的塑性变形而导致材料加工硬化,因此,其硬度仍高于原始状态.2.2 复合板的剪切性能根据GB6396-86复合钢板的性能试验方法,将图1中的位置取样制成剪切强度试样在拉力试验机上进行试验,将工具钢覆材从碳钢基材上沿结合面剪切下来,测试结果列入表12.在测试中,不论是单面还是双面不锈钢 碳钢复合板试样,剪断部位均发生在碳钢基材上,如图3所示.由此说明,不论是单面复合还是双面复合,只要不锈钢板与碳钢板可靠的爆炸焊接上,则结合界面的剪切强度一定大于基材碳钢的剪切强度. 另外,由图1的取样位置与表12的剪切强度对应关系还可看出:(1)对于双面复合板,第一次爆炸复合结合界面的剪切强度小于第二面爆炸复合结合界面的剪切强度.其原因如下由结合界面的金相组织分析可知,双面复合板的第二面爆炸焊接会使第一次已爆炸焊接上的结合界面波的波前、波后两个旋涡区增强,这将导致结合界面的微观缺陷增加而降低结合强度.当第一面爆炸复合后,由于爆炸载荷使其结合界面存在着一定的残留应力,因此,在第二面的爆炸焊接过程中,爆炸载荷将在第一次结合界面的残留应力基础上再次迭加应力,使第一次结合界面上的应力增大而导致其结合强度下降.(2)不论是单面复合还是双面复合,在整个复合板的结合界面上,各部位的剪切强度是不相同的,其变化规律都是从起爆端开始向爆轰末端逐渐变小.图3 不锈钢 碳钢复合板抗剪切试验试样Fig.3 Shearing test of specimen for st ainless steel-car bon steel co mposite sheet表1 单面复合板剪切性能(厚度规格:5+20mm) Table1 Shearing property of one-side composite sheet (thickness standard:5+20mm)试样剪切面积/mm2剪切力/KN剪切强度/M Pa125.6#4.748.8406225.4#4.543.4380323.5#4.435.2314表2 双面复合板剪切性能(厚度规格:5+20+5mm)Table2 Shearing property of two-sides composite sheet (thickness standard:5+20+5m m)试样剪切面积/mm2剪切力/KN剪切强度/M Pa123.4#4.740.4367223.5#4.635.0324323.5#4.631.0287423.1#4.825.02252.3 抗腐蚀性能由金相检验可知,在爆炸焊接过程中,尽管不锈钢 碳钢结合区的化学组成和状态有一定的变化,尤其是在不锈钢复板的结合界面区域还存在着一定宽度的脱碳区,但除此之外,不锈钢复板其它部位的化学组成没有发生变化,仍保持原始的供货状态,因此,其耐腐蚀性能不会降低.这一点通过对单、双面复合板的取样块进行耐腐蚀性能检验得到了证实.49第4期 陆 明,等:不锈钢-碳钢单、双面复合板的爆炸焊接及性能研究根据GB4334.5-90国标,腐蚀溶液为100g 硫酸铜(分析纯)+700m l蒸馏水+100ml硫酸(优级纯),然后用蒸馏水稀释至1000ml而配制成的硫酸铜溶液.将单、双面复合板试样块放入该溶液中浸泡16h,然后弯曲1800∃,其结果弯曲部位均无裂纹.由此说明,不锈钢复合层经过一定时间的酸性溶液腐蚀后,晶粒没有增大,并且也没有碳化物析出,其耐腐蚀性能是合格的.3 结 论由不锈钢 低碳钢复合板的爆炸焊接试验和性能检验结果可知(1)采用切割爆炸焊接法有利于改善不锈钢 低碳钢复合板的边缘焊合,从而使复合板的焊合率大大得到提高,直至达到100%的焊合;(2)在同一基板上进行双面不锈钢复合时,因第二面复合会导致第一面复合结合界面上的微观缺陷增加以及应力增大,因此,第一面复合界面的剪切性能比第二面复合界面的差.另外,无论是单面复合板还是双面复合板,界面结合强度的变化规律都是由起爆端向末端逐渐降低;(3)不锈钢 碳钢爆炸焊接的复合板,尽管在结合界面的不锈钢一侧附近存在一个脱碳区,但该区对不锈钢复板耐腐蚀性能不会产生影响.参考文献:[1]王耀华.SA266-304爆炸复合板的三种结合界面[J].材料科学与工艺,1998,6(4):35 38.[2]郑远谋.不锈钢-碳钢大厚复合板坯的爆炸焊接和轧制[J].钢铁研究学报,1996,8(4):14 18. [3]郑远谋.金属爆炸复合材料的压力加工[J].钢铁研究,1999(3):32 37.(责任编辑 张积滨)50材 料 科 学 与 工 艺 第8卷。
不锈钢钢复合板的爆炸焊接试验与数值模拟
不锈钢/钢复合板的爆炸焊接试验与数值模拟针对实际生产中在爆炸焊接窗口内取值时因为所取参数不同而导致生产的复合板结合强度差异较大这一现状,选取现代工业中复合板生产量最多的不锈钢／钢复合板作为研究对象,通过实验与分析并且结合数值仿真模拟,研究界面结合强度与界面波形的关系以及两者随工艺参数的变化规律,找到窗口内的最佳工艺参数,以提高爆炸焊接复合板质量以及生产效益。
主要工作及成果有如下几点：首先,根据理论公式编写了完整的计算爆炸焊接窗口与工艺条件的计算机程序,通过对计算得到的不锈钢/钢爆炸焊接窗口内的参数系统地取值,确定相应的工艺条件进行爆炸焊接实验。
其次,测试实验所制得复合板的力学性能,发现最佳装药量的选取方式与复板厚度有关。
当复板(SUS304)的厚度较薄(文中为3mm)时装药量取值应比理论计算最佳值偏高；当复板(SUS304)的厚度较厚(文中为6mm)时装药量取值应比理论计算下限值稍低。
在实际生产中,对于SUS304和Q345R的爆炸复合来说,当复板较薄(文中为3mm)时,如果优先考虑复合板结合质量,药厚的取值为30mm时效果很好,如果优先考虑生产成本,药厚取值可以为15mm,这样得到的复合板结合质量也符合标准要求；当复板较厚(文中为6mmm)时,药厚为25mm时能得到较好的结合强度。
再次,对复合板的结合界面进行金相分析,发现随着装药量的增加,波长和振幅也都会增加。
装药量一定时,不同的工艺得到的界面波形的波长和振幅随着复板与基板间距的增加而先增大然后减小。
界面的结合强度与波长和振幅先正相关,一定程度后负相关。
当界面波的波长相同时,振幅越小,界面的结合强度越高。
间距的取值对于结合界面的影响要远小于药量的取值,对于复板(SUS304)厚度为3mm的情况,间距为8mm是较好的取值,装药量的不同对于最佳间距取值影响不大。
最后,结合ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,得到了与现实比较符合的关于复板运动姿态,运动速度以及结合界面压力的计算结果,并且结合实验的分析发现飞行过程中复板的速度先增大后减小,在碰撞后速度仍然会有波动。
压力容器用双相不锈钢-低合金钢爆炸复合板热处理工艺的探究
压力容器用双相不锈钢 -低合金钢爆炸复合板热处理工艺的探究摘要：通过对双相不锈钢、低合金钢在热处理过程中组织转变特点的分析，并模拟双相不锈钢-低合金钢（S22053-Q345R）爆炸复合后进行热处理试验，对试件进行硬度检测、组织成分检测，力学性能试验、抗腐蚀性能试验，以验证热处理工艺方案的正确性，对同类复合板材料爆炸复合后的热处理工艺起到指导意义。
关键词：双相不锈钢低合金钢爆炸复合板热处理前言：双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢与铁属体不锈钢的特性，具有韧性高、脆性转变温度低、焊接性好、耐晶间腐蚀性高等特性；不但保留了铁素体不锈钢导热系数高、热膨胀系数小、超塑性等特点，而且比奥氏体不锈钢的强度高，特别是疲劳强度、屈服强度显著提高。
双相不锈钢-低合金钢爆炸复合板成本低，耐晶间腐蚀性能高，特别在氯溶液及H2S中的耐应力腐蚀性能相对奥氏体不锈钢显著提高，具有抗孔蚀和缝隙腐蚀的能力，而且具有良好的韧性和强度等综合性能。
在工业中应用越来越多，如大型化工容器、石油工业、化学工业等。
双相不锈钢与低合金钢由于化学成分、硬度、组织成分存在较大差异，在热处理过程中，组织成分变化有各自的特点，因此，如何制定出最佳的热处理方案，既能消除爆炸焊接的残余应力，满足双相不锈钢-低合金钢爆炸复合板的剪切强度、力学性能、冲击性能、弯曲性能，又能满足双相不锈钢抗腐蚀性能，成为了一个新课题。
1.双相不锈钢热处理过程中组织转变1.1 S22053典型双相不锈钢为例进行分析研究S22053板材α(铁素体)与γ（奥氏体）所占体积分数相近，经定量金相统计分析结果表明，原始板材中α相约占46%，γ相约占54%。
而在热处理过程中会发生组织转变，从而影响板材的力学性能。
表一：S22053板材化学成分S2 2035022Cr23Ni5 Mo3N当热处理温度在950-1150℃范围内时，随热处理温度的提高，α相逐渐增多，γ相逐渐减少，组织中α相与γ相相对含量和热处理温度呈线性关系（见图一）。
爆炸焊接法制备不锈钢-铝的拉伸性能研究
火工品INITIATORS&PYROTECHNICS文章编号：1003-1480（2021）01-0019-04爆炸焊接法制备不锈钢-铝的拉伸性能研究刘鲜鲜，王凤英，刘迎彬，胡晓艳，王佩（中北大学环境与安全工程学院，山西太原，030051）摘要：为探究不同炸药厚度、靶材间距及基座类型对爆炸焊接复合板抗拉性能的影响，通过平行爆炸焊接法制备了不锈钢/铝/不锈钢/铝/不锈钢5层复合板，使用万能试验机测试了复合板准静态拉伸性能。
研究结果表明：通过爆炸焊接法使材料屈服强度提高了1.34倍；20mm装药厚度已达到爆炸焊接能量上限，继续提升装药厚度不影响复合板抗拉性能；使用砂土作为基座不影响复合板的抗拉性能；提升靶材间距使复合板屈服强度和抗拉强度分别提高了24.3%和11.3%。
研究表明爆炸焊接法是一种良好的提升材料抗拉性能的手段。
关键词：爆炸焊接；不锈钢；铝；拉伸强度中图分类号：TJ45+9文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1480.2021.01.006Study on Tensile Properties of Stainless Steel-Aluminum Prepared by Explosive WeldingLIU Xian-xian,WANG Feng-ying,LIU Ying-bin,HU Xiao-yan,WANG Pei(Department of Environmental and Safety Engineering,North University of China,Taiyuan,030051)Abstract：In order to explore the influence of different charge heights,target spacing and pad types on the tensile properties of explosive welded composite plates,a five-layer composite plate made of stainless steel/aluminum/stainless steel/aluminum/ stainless steel was prepared by parallel explosive welding method,and the quasi-static tensile properties of the composite plate were tested by universal testing machine.The results show that the yield strength of the material is increased by1.34times by explosive welding.The charge height of20mm has reached the upper limit of explosive welding energy,and the tensile property of composite plate will not be affected by increasing the charge height.The use of sand as backing plate does not affect the tensile properties of composite plates.The yield strength and tensile strength of the composite plate are increased by24.3%and11.3% respectively by increasing the target spacing.Explosive welding is a good method to improve the tensile properties of materials.Key words：Explosive welding；Stainless Steel；Aluminum；Tensile strength爆炸焊接是一种固态焊接技术，在高压下通过采用一种可控的炸药引爆使两种金属相互结合，其特点为可以直接连接各种相似和不同的材料[1-4]。
Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接的数值模拟研究
Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接的数值模拟研究
缪广红;胡昱;杨礼澳;艾九英;祁俊翔;马秋月;孙志皓;马宏昊;沈兆武
【期刊名称】《兵器装备工程学报》
【年(卷),期】2023(44)1
【摘要】利用SPH-FEM耦合算法及SPH算法对Q235钢与304不锈钢多层爆
炸焊接实验分别进行了三维与二维数值模拟,旨在研究多层爆炸焊接过程中动态参
数分布情况及结合质量。
理论计算了三维模拟中复板的碰撞压力峰值并与模拟结果进行了对比,在此基础上利用振动波及爆轰波的传播规律解释了复板压力分布特性。
通过二维模拟获得了基复板波状结合界面,与实验所得波形较为吻合,验证了多层爆
炸焊接实验中基复板的结合质量。
模拟结果显示了相较于单层爆炸焊接,多层爆炸
焊接理论上能够节省近68%的炸药量,有效节约了生产成本。
【总页数】7页(P220-226)
【作者】缪广红;胡昱;杨礼澳;艾九英;祁俊翔;马秋月;孙志皓;马宏昊;沈兆武
【作者单位】安徽理工大学力学与光电物理学院;安徽理工大学土木建筑学院;安徽理工大学化学工程学院;中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点试
验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG456.6
【相关文献】
1.304不锈钢/Q235钢的多面约束装药爆炸焊接
2.304不锈钢/Q235钢的多层爆炸焊接
3.基复板间隙对SUS304不锈钢/Q345R碳钢爆炸焊接影响的数值模拟研究
4.TA2箔/Q235钢爆炸焊接数值模拟研究
5.爆炸焊接参数对钽/304不锈钢界面波形影响的数值模拟
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基于不同算法的Ti
第16卷第4期精密成形工程2024年4月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING53基于不同算法的Ti/SS316爆炸焊接数值模拟研究缪广红1*，朱志强2，周大鹏3，刘自伟2，陈龙2，张旭2，楚翔宇2（1.安徽理工大学力学与光电物理学院，安徽淮南 232001；2.安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001；3.中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，安徽淮北 235000）摘要：目的研究不同基复板间隙对爆炸焊接质量的影响，对钛（Ti）/不锈钢（SS316）的爆炸焊接过程进行数值模拟研究。
方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件，结合光滑粒子流体动力学-有限元耦合法（SPH-FEM耦合算法）和拉格朗日-欧拉耦合法（ALE算法），对钛（Ti）/不锈钢（SS316）爆炸焊接过程进行三维数值模拟，通过不同算法得到不同基复板间隙下的碰撞速度、碰撞压力及碰撞角，并将模拟结果与试验及理论计算结果进行对比。
结果当间隙为5、10、15 mm时，SPH-FEM耦合算法和ALE算法的复板碰撞速度均落在爆炸焊接窗口内，表明纯钛（Ti）和不锈钢（SS316）均能成功实现焊接，没有脱落与鼓包。
与SPH-FEM耦合算法相比，ALE算法下的碰撞速度、碰撞压力和碰撞角的模拟结果和理论计算结果更加吻合，可信度更高。
结论ALE算法的模拟结果与试验结果吻合，且与理论计算结果的误差更小，表明ALE算法用于纯钛（Ti）和不锈钢（SS316）爆炸焊接是有效的。
关键词：爆炸焊接；数值模拟；SPH-FEM耦合法；ALE算法；间隙DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.04.007中图分类号：TG456.6 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)04-0053-08Numerical Simulation of Ti/SS316 Explosive Welding Based on Different AlgorithmsMIAO Guanghong1*, ZHU Zhiqiang2, ZHOU Dapeng3, LIU Ziwei2, CHEN Long2, ZHANG Xu2, CHU Xiangyu2(1. School of Mechanics and Optoelectronics Physics, Anhui University of Science and Technology, Anhui Huainan 232001,China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Anhui Huainan 232001, China; 3. CCTEG Huaibei Blasting Technology Research Institute Co., Ltd., Anhui Huaibei 235000, China)ABSTRACT: The work aims to study the effect of different base laminate clearance on the quality of explosive welding, and conduct numerical simulation on the explosive welding process of titanium (Ti)/stainless steel (SS316). A three-dimensional numerical simulation of the explosive welding process of titanium (Ti)/stainless steel (SS316) was carried out by using ANSYS/LS-DYNA Finite Element software combined with smooth particle hydrodynamics-finite element coupling method (SPH-FEM coupling algorithm) and Lagrangian-Euler coupling method (ALE algorithm). The collision velocity, collision pres-sure and collision angle under different base laminate clearance were obtained by different algorithms, and the simulation results收稿日期：2024-01-04Received：2024-01-04基金项目：国家自然科学基金（11902003）；安徽省重点研究与开发计划（2022a05020021）Fund：The National Natural Science Foundation of China (11902003); Key Research and Development Program of Anhui Province (2022a05020021)引文格式：缪广红, 朱志强, 周大鹏, 等. 基于不同算法的Ti/SS316爆炸焊接数值模拟研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(4): 53-60.MIAO Guanghong, ZHU Zhiqiang, ZHOU Dapeng, et al. Numerical Simulation of Ti/SS316 Explosive Welding Based on Different Algorithms[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(4): 53-60.*通信作者（Corresponding author）54精密成形工程 2024年4月were compared with the experimental and theoretical calculation results. At the clearance of 5, 10 and 15 mm, the collision ve-locities of the SPH-FEM coupling algorithm and the ALE algorithm fell within the explosive welding window, indicating that both pure titanium (Ti) and stainless steel (SS316) could be successfully welded without falling off and bulging. Compared with the SPH-FEM coupling algorithm, the simulation results of collision velocity, collision pressure and collision angle under the ALE algorithm were more consistent with the theoretical calculation results, and the reliability was higher. The simulation re-sults of the ALE algorithm are in good agreement with the experimental results, and the error with the theoretical calculation re-sults is smaller. The effectiveness of the ALE algorithm for explosive welding of pure titanium (Ti) and stainless steel (SS316) is demonstrated.KEY WORDS: explosive welding; numerical simulation; SPH-FEM coupling method; ALE algorithm; clearance钛因其优异的耐腐蚀性和高拉伸强度而得到了广泛的应用[1-2]。
爆炸加载下AISI304不锈钢板表面硬化和数值模拟
爆炸加载下AISI304不锈钢板表面硬化和数值模拟王呼和;史志铭;佟铮【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2018(47)11【摘要】目的提高AISI304不锈钢板表面硬度。
方法利用爆炸加载表面硬化方法对3 mm厚的AISI304不锈钢板进行了表面硬化处理,通过HXD-1000YM型显微硬度计和JEM-2010型透射电子显微镜对爆炸加载处理后试样的不同部位横截面进行了硬度测量和微观组织表征。
采用大型有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸加载表面硬化过程进行了数值模拟,计算了撞击面平均压力和速度。
通过对比数值模拟结果与理论计算结果,分析了特征点碰撞压力和速度对爆炸加载处理后表面硬度的影响。
结果数值模拟结果表明,撞击面压力平均值为5.5 GPa,撞击面平均速度达到了178 m/s,撞击面压力和速度的理论计算值与数值模拟值误差不超过5%。
试验结果与数值模拟结果具有一致性。
爆炸加载后,试样近起爆端和爆轰末端的撞击压力和撞击速度小于稳定爆轰阶段,导致前者表面硬度小于后者。
横截面硬度分布表明撞击表面硬度大于炸药接触面硬度,撞击表面硬度值从210HV提高至450HV,炸药接触面硬度值从210HV提高至390HV。
结论爆炸表面硬化过程中存在边界效应。
爆炸表面硬化方法能够显著提高板材表面硬度,同时可以提高板材整体硬度,且硬度提高与变形带和位错阵列形成有关。
【总页数】6页(P54-59)【关键词】AISI304不锈钢板;爆炸表面硬化;数值模拟;变形带;复板应力;复板速度【作者】王呼和;史志铭;佟铮【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG392【相关文献】1.关于圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下二次加载现象的数值模拟研究 [J], 张振华;朱锡;冯刚;方斌2.燃气爆炸冲击加载试验研究与数值模拟 [J], 张秀华;段忠东;李玉顺3.基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟 [J], 张秀华;张春巍;段忠东4.多轴非比例加载下循环硬化的数值模拟 [J], 詹志兰5.爆炸冲击诱发AISI304不锈钢表面硬化层结构及性能 [J], 孙丽;王呼和因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
压力容器用爆炸焊接复合板界面剪切强度标准研究
################################################## 与应用 ［ -］ 化学工业出版社， , 北京： !111 , （上接第 *! 页） 送检波纹管发生局部泄漏失效的性 应力 质是： 在 45 # 条件和潮湿的环 境 中 产 生 点 腐 蚀、 腐蚀开裂。
’ ’-$
爆炸焊接复合板两类界面剪切强度 第一类剪切强度 由于 过 熔、 气固二相流聚集等原因造成的界面
剪切强度较低， 比 基、 复 材 二 者 的 基 体 强 度 均 要 低， 但达到国家标准 的 要 求， 这类复合板界面在做剪切 强度测试时， 其界面破断处一般就在界面处， 其真实 剪切强度值也就等于测试值， 如图 $ 所示。
参考文献： ［"］ %& ’($$ — "))* ， 压力容器用爆炸不锈钢复合钢板 ［ +］ , ［!］ 郑哲敏， 杨振声， 等 , 爆炸加工 ［ -］ 国防工业出 , 北京： 版社 , ")." , ［$］ 史长根 / 爆炸焊接界面微观特征及应用研究 ［ 0］ / 南 京： 解放军理工大学博士论文， !11" / 收稿日期： !11* # 1" # 1’ 作者简介： 史长根 （ ")(" # ） ， 男， 副 教 授， 主要从事金属复合 材料方面的研究工 作， 通 讯 地 址： 解放军理工大学工程兵工 程学院装备维修教研室。
中图分类号： 01*2, 3 , ； 4’&+ 文献标识码： 5 文章编号： （"$$%） !$$! 6 *&’% $" 6 $$"* 6 $’
!"#$%&’( )* !"+’$+,$ )* !-.+,&’( !",.’("- &’ /’".,*+0. )* 12+$$&’( 32+". 45&’( 6% 3,.55#,. 7.55.2
基于SYSWELD对低合金钢焊接接头的数值模拟及实验分析
２０１０年１２月
基于ＳＹＳＷＥＬＤ对低合金钢焊接接头的
数值模拟及实验分析
康惠。凌泽民，齐喜岑 （重庆大学材料科学与工程学院。重庆４０００４４）
摘 要：基于焊接专用有限元模拟软件ＳＹＳＷＥＬＤ对Ｑ３４５Ｄ低合金钢Ｃ０２焊焊缝组织成分进行了数值模拟研 究。并对焊接接头进行了金相分析。结果表明：模拟结果与实验结果基本吻合，Ｑ３４５Ｄ低合金钢焊后冷却至大约３００℃
目前焊接领域大量采用数值模拟的方法研究焊 接温度场、应力应变场等，对于焊接过程中熔池的相 变和组织成分的模拟研究还处于探索阶段。法国 ＥＳＩ公司开发的焊接专用数值模拟软件ＳＹＳＷＥＬＤ 拥有自身强大的数据库，将材料的ＣＣＴ曲线融合进 去。使得该软件对材料焊接过程中接头组织的分析 成为可能。进而为预测材料的各种物理性能奠定了 基础。本文采用该软件，考虑到材料热物理性能的
ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗａｓ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｗｈｅｎ ｌｏｗ－ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ Ｑ３４５Ｄ ｃｏｏｌｓ ｔｏ ａｂｏｕｔ ３００℃ａｆｔｅｒ
Ｋ ＡＮＧ Ｈｕｉ．ＬＤＪＧ Ｚｅｍｉｎ，ＱＩ Ｘｉｃｅｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＳＹＳＷＥＬＤ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｓｅａｍ ｏｆ ｌｏｗ－ａｈｏｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｅｅｌ ｂｙ Ｃ０２ ａｒｃ
不锈钢钢复合板的爆炸焊接试验与数值模拟的开题报告
不锈钢钢复合板的爆炸焊接试验与数值模拟的开题报告一、研究背景不锈钢钢复合板又称为钢不锈钢复合板，是由不锈钢与钢板通过爆炸焊接技术结合在一起的材料。
该材料具有优异的耐腐蚀、耐磨损、高强度等特点，广泛应用于船舶、化工、海洋开发等领域。
然而，由于不锈钢与钢板的物理性质差异较大，其焊接过程存在一定难度。
因此，通过进行爆炸焊接试验与数值模拟分析，可探究该材料的焊接性能及其影响因素，为其工业化应用提供理论支持。
二、研究目的本次研究旨在通过爆炸焊接试验及数值模拟分析，探究不锈钢钢复合板焊接过程中的焊接温度、接触时间、接触压力对焊缝质量和力学性能的影响，并优化其焊接参数，提高其焊接质量及性能。
三、研究内容（一）试验部分1. 制备不锈钢钢复合板试件采用Q235B低碳钢板和0Cr18Ni9不锈钢板作为爆炸焊接试件材料。
2. 爆炸焊接试验采用枪式爆炸器将低碳钢板和不锈钢板进行焊接，控制焊接参数，如焊接温度、接触时间、接触压力等。
3. 试验结果分析对不锈钢钢复合板试件进行显微组织观察、硬度测试、金相分析等，评估其焊接质量和力学性能。
（二）数值模拟部分1. 模型建立采用有限元方法进行数值模拟，建立爆炸焊接模型。
2. 材料参数定义定义不锈钢钢复合板材料的力学性能参数和材料传热参数。
3. 边界条件确定确定模型的热边界条件、载荷边界条件和几何边界条件。
4. 模拟结果分析通过分析模拟结果，得到爆炸焊接过程中不锈钢钢复合板的温度场、应力场以及变形场等信息，探究不同焊接参数对其影响。
四、研究意义通过本次研究，可探究不锈钢钢复合板焊接过程中的影响因素及其规律，找出最优参数组合，提高其焊接质量和力学性能，对于促进该材料的工业化应用具有一定的指导意义。
爆炸焊不锈钢复合钢板制造压力容器难点分析
爆炸焊不锈钢复合钢板制造压力容器难点分析随着工业技术的不断发展，压力容器在现代工业中扮演着至关重要的角色。
压力容器是一种能够承受压力的容器，用于储存或运输气体、液体或蒸汽。
而不锈钢复合钢板作为压力容器制造中的一种重要材料，具有耐腐蚀、耐高温等优点，广泛应用于化工、石油、船舶等领域。
而采用爆炸焊接技术来制造不锈钢复合钢板制造压力容器，这种新型的制造工艺在传统制造工艺中不可避免地存在一些难点。
本文将分析爆炸焊不锈钢复合钢板制造压力容器的难点，并探讨解决方法。
一、材料选择和预处理难点爆炸焊不锈钢复合钢板制造压力容器的第一个难点在于材料的选择和预处理。
不锈钢复合钢板的制造需要选择合适的不锈钢和普通钢材料进行堆焊。
而材料的选择需要考虑到两种材料的化学性质、机械性能以及热处理性能等因素。
材料的预处理也是一个关键步骤，包括表面清洁、锈蚀处理、热处理等，这些工艺对最终爆炸焊接效果有着至关重要的影响。
针对这一难点，我们需要在材料选择和预处理方面加强研究，选择合适的不锈钢和普通钢材料，并对材料进行精确的预处理工艺，以确保最终的爆炸焊接效果。
二、爆炸焊接工艺难点爆炸焊接是一种在冲击波作用下实现金属材料的固态焊接工艺。
爆炸焊接工艺的难点在于爆炸焊接参数的选择和控制。
包括爆炸焊接荷载的选择、荷载的传播速度、爆炸焊接残余应力的控制等方面。
为解决这一难点，需要进行大量的实验研究和数值模拟分析，确定最佳的爆炸焊接参数，包括荷载的大小、传播速度等，以确保爆炸焊接的质量和稳定性。
三、焊接接头难点不锈钢复合钢板制造压力容器中，焊接接头的质量对整个容器的安全性和可靠性有着至关重要的影响。
而爆炸焊接过程中，焊接接头的质量常常会受到影响，包括焊缝内夹杂物、气孔、裂纹等缺陷。
为克服这一难点，需要完善焊接工艺，包括优化焊接参数、采用高质量的焊接材料、引入精密的焊接设备等措施，以确保焊接接头的质量。
四、残余应力和变形难点爆炸焊接过程中产生的残余应力和变形是制造压力容器的又一个难点。
T10—Q245复合板爆炸焊接过程的数值模拟
T10—Q245复合板爆炸焊接过程的数值模拟作者：李瑞勇张娜娜来源：《科学与财富》2017年第03期摘要：采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对T10板和Q245板爆炸焊接进行了三维数值模拟，获得了爆炸焊接过程中焊接过程、复板运动速度、碰撞区域压力分布。
结果表明，LS-DYNA可较好的模拟爆炸焊接过程，并且得到复板最大运动速度和速度变化规律，碰撞区域最大压力和压力变化规律。
通过数值模拟可以有效再现爆炸复合过程，为爆炸焊接工艺参数的优化提供了参考。
关键词：爆炸焊接；数值模拟；速度；压力一、序言1944年，美国Carl提出爆炸焊接理论，受到了国内外学者的重视。
20世纪六七十年代，英国、前苏联、联邦德国、日本等相继展开了爆炸焊接的研究。
20世纪60年代开始，我国也进行了爆炸焊接试验理论研究，从80年代开始，爆炸焊接的研究取得了长足的进展，其应用也从原来的传统应用延伸到特种行业，如化工、石油、制药、军事，甚至核工业、航空、航天等领域都有广泛应用。
爆炸焊接技术是具有一定塑性和冲击韧性的不同金属或者非金属在炸药爆轰产生的瞬时高温高压下实现复合的一种方法，它集熔化焊、扩散焊和压力焊为一体，它是在爆炸焊接过程中，炸药产生的高压脉冲载荷推动复板以很大的冲击速度与基板碰撞发生有着严重弹性畸变的塑性变形，因此界面基复板接触表面部分原子挣脱了原有晶格的约束，在交汇处进行渗透扩散等作用，伴随产生了有自清理作用的金属射流；同时，巨大的动能在高碰撞时产生很大的热量，使结合区附近金属发生了熔化扩散，从而实现爆炸焊接的结合。
二、T10-Q245爆炸复合数值模拟本文采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟爆炸焊接的动态过程及其压力、速度分布情况。
ANSYS/LS-DYNA功能强大，可以进行非线性动力学分析，多刚体动力学分析，欧拉场分析，任意拉格朗日-欧拉（ALE）分析，流体-结构相互作用分析，有限元-多刚体动力学耦合分析（MADYMO，CAL3D）。
爆炸焊接316L不锈钢Al复合管的界面及性能研究
铝层进行扩散，Ａｌ元素向不锈钢层内扩散量极少。
表２。试验所用炸药为乳化炸药。
表１ ３１６Ｌ不锈钢基管的化学成分（质量百分数）
％
表２基管与覆管的性能
１．２爆炸焊接试验 根据复合管的爆炸焊接原理［４］，将纯铝覆管装
入３１６Ｌ不锈钢基管内，并与基管保持合理间隙，将 炸药以松装方式置入覆管。然后将双层管放入内模 中。使用电雷管引爆炸药，在爆轰波的作用下，沿着 爆轰方向，覆管与基管依次产生撞击，并在两种材 料表面产生塑性变形，另外，由于动能转化成热能， 塑性变形后还会产生薄层金属熔化。由于界面上的 高温、高压、金属塑性变形及熔化等条件的综合作 用，导致了基管与覆管之间的原子相互扩散，从而 在界面上形成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［川。
能的多层复合材料。 爆炸焊接是一种制备铝／钢层状复合材料的极
为有效的手段，可以将性能差异极大的不同材料瞬 间复合，可以充分发挥组分材料的各自优点，有效 拓展单一金属材料的应用空间，在实际工程应用中 具有极其重要的价值ｎ４］。对于铝／钢复合板的爆炸 复合，有学者已经开展了一些研究工作。王建民
基金项目：江苏省重大成果转化专项基金（ＢＡ２００６０６７）资助项目；江苏省博士生创新基金（ＣＸ０９Ｂ一０７７Ｚ）资助项目。 收稿日期：２００９—１１—１１；修订日期：２００９—１２—０９ 作者简介：郭训忠，男，博士研究生，１９８１年３月生；陶杰（联系人），男，教授，博士生导师，Ｅ—ｍａｉｌ：ｔａｏｊｉｅ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ。
图２ ３１６Ｌ／Ａ１爆炸焊接复合管的界面线扫描
的管材，硬度均有增加。对于３１６Ｉ，不锈钢来说，管 内侧与铝管发生强烈碰撞，塑性变形程度剧烈，其 塑性变形速率可达１０６～１０８ ｓ．１［１引，材料产生的高 密度位错将导致硬度的提高［１¨。另外如前所述，界 面处生成了金属间化合物，所以显微硬度值最大。 随着远离复合界面的距离增大，硬度相对于界面处 有所降低，同时在３１６ Ｌ不锈钢壁厚约中部位置降 至最低。因在爆炸焊接过程中，３１６ Ｉ。不锈钢管与 内模壁留有一定的间隙，造成爆炸过程中３１６ Ｉ。不 锈钢管与内模因约束作用而产生相撞现象，所以在 ３１６Ｉ。不锈钢管在接近内模壁的位置显微硬度增 大；对于纯铝组分来说，爆炸过程中同样存在加工 硬化的现象。但近似绝热的环境所形成的高温会使 低熔点金属的硬化现象得以部分消除。虽然，高温 环境也会对３１６Ｌ不锈钢产生部分消除加工硬化现 象，但由于铝、不锈钢两种组分的熔点相差较大，故 消除硬化程度存在一定差异。铝组分虽然相对于原 始铝管硬度整体有所上升，但是其硬度分布相对均 匀。
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不锈钢/低合金钢复合板爆炸焊的数值模拟研究爆炸焊是一种利用炸药爆炸释放的能量,将两种或多种不同材料的金属焊合在一起的工艺方法。
通过在基板表面复合上一层或多层不锈钢或钛、钽等贵金属,能够制备出一种具有优异的耐蚀、耐磨、耐热等综合性能的复合板材料。
揭示爆复合板炸焊接动态过程的机理及相关规律,对于制定正确的爆炸焊工艺和参数,获得高质量的复合板材料是至关重要的。
本文借助LS-DYNA软件中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对不锈钢／低合金钢复合板爆炸焊过程开展数值模拟研究,并对321/Q345爆料焊复合板的界面结合形态和微观组织进行了分析研究。
所得主要结果如下：(1)针对321/Q345复合板的爆炸焊工艺,应用SPH方法建立二维分析模型；对复合板爆炸焊过程进行了数值模拟,模拟得出了两种材料结合面上界面波的形成过程及射流粒子的运动轨迹,并对结合面处特征位置上的压力、速度、等效应变随时间的变化规律进行了研究,结果表明：复合板爆炸焊过程可分为初始碰撞、界面紊乱、稳定结合三个阶段,界面波形成机理与Bahrani 的侵彻机理吻合较好,射流粒子来自复板和基板,可视为部分表层材料失效后的喷射行为。
(2)对不同炸药装药高度、炸药爆速、预置角、板间间距等工艺参数下的爆炸焊复合过程进行了数值模拟,研究了工艺参数对特征位置处压力、速度、等效应变的影响。
结果表明：随着装药高度的变化,界面波比波长的变动范围为0.27～0.34,当装药高度小于20mm时不产生界面波形；随着炸药爆速的增加,结合区材料的等效应变值随之减小。
当初始的预置角增加时,结合区等效应变增大,同时射流粒子数增多；预置角大于10。
时将造成复板出现撕裂的情况。
随着板间间距的增加,复板与基板复合时的位置错移增大。
(3)对321/Q345爆炸焊复合板的界面结合形态和微观组织进行了分析和研究。
结果表明：复合界面的形态主要呈现正弦波和平直面相结合的形式,结合区域具有压力焊与熔化焊相结合的特征：在波状结合区,不同材料分界面明显,出现纤维状组织,界面以压力焊形式结合,而在平直结合区,出现了绝热剪切带,剪切变形提供了界面熔化的主要热量,界面以熔化焊形式结合。