爆炸焊接两种起爆方式的对比试验研究

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表 2 距地表 20 cm 深处压缩波峰值压力 (M Pa)
起爆方式 序号
1
中
2
心
3
起
4
爆
5
6
1
边
2
缘
3
起
4
爆
5
6
传感器显示的压力峰值
P1 3123 3153 3102 5115 4172 4137 4103 3174 3173 3116 5103 4119
P2 8178 8197 5188 5195 10121 10105 6196 7168 4187 4197 9160 9124
材 料 SA 266
304
C < 0130 ≤0108
Si 0115～ 0135
≤0175
Mn 018～ 1135
≤210
P ≤01025 ≤01045
S ≤0103
Ni < 0130 810～ 1015
Cr < 0125 18～ 20
Fe 余量 余量
收稿日期: 1999204222
出所致。它在断口上为光滑曲面微坑, 坑面因坑内空气集 聚及温度升高形成氧化膜, 拉断后可看到氧化膜因金属变 形而破裂的痕迹。坑周边是焊合极好的穿晶断口, 坑口内 没有介于焊合与未焊合之间的机械结合区, 坑口外沿常有 高密度的小韧窝, 这与外沿变形量较大而导致动态再结晶 的细晶组织有关。显微空隙很难避免, 其数量及尺寸均小 于机械结合区, 对接头性能影响较小。
参考文献:
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3 结论
( 1) 经超细化预处理后的W 6M o 5C r4V 2 钢与 45# 钢, 在预压应力≥80 M Pa、变形温度 750～ 780 ℃、压接 前保温时间 10～ 15 m in 及初始应变速率 Εα0 = (110～ 310) ×10- 4 s- 1的条件下经 3～ 5 m in 的短时间压接, 可 实现异种钢材的压接接头强度大于母材 45# 钢的超塑性 扩散连接。
(2) 微细晶超塑性扩散连接接头主要由冶金结合区、 机械压接区和微观空隙区组成, 接头处的主要缺陷为机械
压接和显微空隙, 接头表面上的一些不良因素 (如未清洗 干净的污痕、夹杂、蚀坑及局部较严重的氧化、吸附等) 也 是阻碍连接而产生的一种连接缺陷。
(3) W 6M o 5C r4V 2 钢与 45# 钢连接过程中C 原子的 扩散主要是沿着晶界进行的, 微细、等轴的晶粒可以增加 “短路扩散”通道, 提高扩散速度, 实现界面两则金属的冶 金结合。
(3) 结合界面微观成分测试及元素界面扫描分析 可知: 大波状、小波状、微波状三种界面的结合质量依 次递增, 由于中心起爆结合界面大部分为微波状结合, 所以采用中心起爆可以获得质量非常高的结合界面, 而采用边缘起爆, 其焊接质量不稳定。
参考文献:
图 5 小波状结合界面的元素面扫描示意图
图 5 是小波状结合界面的元素面扫描图。 其过渡 区域较窄, 而且没有缝隙。在过渡区域中 Fe、C r、N i、 M n 四元素的质量分数分别约为 80%、10%、6%、2%。 各种元素的质量分数均处于基材和复材之间, 表明过 渡区域中含有基材和复材两种材料的成分, 其过渡区 域是由基材和复材共同熔合而成。同时, 界面中空洞物
W eld ing T echno logy №6 D ec. 1999
·试验与研究· 9
112 测试方法 11211 爆炸焊接地基下压力测试
压力测试由压电式传感器、电荷放大器、瞬态记录仪、 计算机及压力传感器组成。压力传感器的型号为CY2YD 2 206, 灵敏度为 1×10- 6 PC Pa, 压力范围为 0～ 30 M Pa, 过载能力为 150% 。采用 YE 5853 型电荷放大器, 瞬态记 录仪采用 Jovian52002 型瞬态贮存器, 其采样速率为 1 M SPS, ADC 分辨率 12 b it, 8 个通道, 存贮深度 128 k , 内触发。 11212 爆炸焊接结合界面测试
传统的爆炸焊接理论认为: 采用中心起爆, 结合界面 波纹形态分布的对称性好, 它的主要缺点是中心 (起爆点 附近) 有个垂直碰撞区 (碰撞角 Β = 0°) , 因此相应有个无 波区 (不结合区) [1 ]。所以就限制了中心起爆法在爆炸焊接 中的应用, 而采用爆炸切焊法[2 ]虽然能使焊接复合率达到 100% , 但焊接质量的稳定性不能满足要求 (由于对称性 不好, 装药参数的细微变化就可能使焊接复合率达不到 100% )。通过优化装药参数, 采用中心起爆, 消除了起爆
试验结果表明, 从爆炸物开始, 到以特性爆速定型 传播, 中间存在着一段不稳定的爆轰过程[3 ]。图 2 为试 验研究传爆药柱引爆主装药时所得到的一些结果, 如 果使传入主装药的冲击波速度大于主装药的特性爆 速, 则炸药的爆轰过程可以用图 2 中的曲线 1 表示, 所 以通过优化装药参数, 使得采用中心起爆时, 其起爆点
爆炸焊接结合界面可划分为: 大波状、小波状和微 波状三类界面[4、5 ], 由中心起爆和边缘起爆所获得的复 合板的结合界面其分布形式是不同的。采用中心起爆, 在中心点是大波状结合, 然后是小波状结合, 大部分是 微波状结合; 而采用边缘起爆, 则有一部分不结合区, 大波状结合居多, 有一部分为小波状结合, 几乎没有微 波状结合, 显见, 只要选择合理的工艺参数, 中心起爆 获得的结合界面的结合质量要高得多。 图 3 是采用两 种不同的起爆方式所获得复合板的界面分布示意图。
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10 ·试验与研究·
焊接技术 1999 年 12 月第 6 期
图 3 结合界面分布示意图
的数量较少, 几乎没有缝隙。不难理解其结合强度为何 在基材和复材二者之间而大于基材本身的强度极限。
图 6 是微波状结合界面的元素面扫描图。 由图可 知: 微波状结合的界面是一种金属到另一种金属的急 剧变化, 它是原子间的直接结合。在界面附近, Fe、C r、 N i、M n 四种元素都有少量的相互扩散。几乎没有过渡 区域; 没有缝隙和疏松状的空洞物等缺陷。力学性能检 测结果表明, 这种结合界面有非常高的结合强度。
从中心起爆和边缘起爆而获得的复合板的起爆端取 样, 用 J EOL 型 JXA 28800M 超大型电子探针对其进行形 貌观察, 定点测试以及元素面扫描测试。
2 测试结果及分析
211 爆炸焊接地基表面压力场分布 在复板中心点正下方, 距地表 20 cm 深处, 沿起爆方
向埋设三个压力传感器, 以测定地基应力波在同一水平面 上压力分布情况。三个压力传感器设为 P 1、P 2、P 3 (P 1 位于边缘起爆的正下方) , 其测试结果见表 2。
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P3 3188 4105 3187 5152 4162 4112 8143 10170 5143 5103 12192 13122
土ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类型
粘 土
沙土
粘 土
沙土
根据压力波衰减系数, 可得出地基表面的压力场分布 规律, 如图 1 所示。由表 2 和图 1 可以看出: 在一定的条 件下, 采用中心起爆, 中心的压力反而比边缘高, 所以起 爆点附近 (中心) 将不会存在不结合区, 而采用边缘起爆, 由于对称性不好, 在起爆点或边界有可能出现不结合区, 这由金相检验和元素面扫描可以得到验证。
1. 大波状结合; 2. 小波状结合; 3. 微波状结合; 其余为不结合区 图 4 是大波状结合界面中 Fe、C r、N i、M n 四元素
面扫描的示意图。可以估计在基材、复材、空洞物、过 渡区域、 缝隙中 Fe 的质量分数分别约为 98%、 68%、 65%、45%、0%。在过渡区域中, N i、C r、M n 三元素 的质量分数几乎为零。 过渡区域的宽度一般为 20～ 30 Λm , 其宽度一般大于界面波的波幅, 即界面波被包含在 过渡区域内。过渡区域中 Fe 的质量分数仅为 45% , 比 基材和复材本身的 Fe 含量均要低, 而且几乎不含 C r、 N i、M n 三元素, 加上其中存在缝隙缺陷, 就大大削弱 了界面的结合强度。
图 4 大波状结合界面的元素面扫描示意图
图 6 微波状结合界面的元素面扫描示意图
3 结论
(1) 中心起爆的压力分布规律是中间压力大, 两边 压力小; 边缘起爆的压力分布规律是起爆端压力小, 尾 部压力大。
(2) 采用中心起爆和边缘起爆所获得的复合板的 三类结合界面的分布规律也是不同的。采用中心起爆, 除中心点是大波状结合, 其余大部分是小波状和微波 状结合, 消除了中心的不结合区和边界效应; 而采用边 缘起爆, 由于对称性不好, 有一部分不结合区, 大部分 为大波状结合和小波状结合。
8 ·试验与研究·
焊接技术 1999 年 12 月第 6 期
文章编号: 1002-025X (1999) 06-0008-03
爆炸焊接两种起爆方式的对比试验研究
史长根, 王耀华
(南京工程兵工程学院, 江苏 南京 210007)
摘要: 对两种起爆方式所获得的 SA 2662304 爆炸焊接复合板的结合界面及地基下应力进行了对比测试, 表明只要选择合理 的焊接参数, 采用中心起爆方式可获得最佳的焊接界面。 关键词: 爆炸焊接; 应力; 结合界面 中图分类号: T G45616 文献标识码: B
附近的爆轰压力比边缘高, 如图 1a 所示, 这样就消除 了中心不结合区。
(a) 中心起爆
(b) 边缘起爆 图 1 地基表面压力分布 图中“- 1”表示左端; “0”表示中心; “1”表示右端
图 2 爆轰过程示意图 1. 传入主装药的冲击波速度大于主装药的特性爆速; 2、 4. 因偶然因素造成的熄爆 3. 传入主装药的冲击波速度低于D I 而大于临界爆速 D C 5. 传入的冲击波速度大于装药本身的音速 C 0 而小于临界爆速D C 212 复合板结合界面测试分析
点附近的不结合区, 从而不仅使爆炸焊接的工艺更为简 单, 而且解决了迄今为止尚未解决的爆炸焊接质量稳定性 和可靠性的问题。
1 试验材料及方法
111 试验材料 基材是低合金钢 (SA 266) , 相当 16M n, 复材为不锈
钢, 相当 0C r18N i9。 表 1 是基材和复材的化学成分。
表 1 两种金属材料的化学成分 (% )