專利名稱：局部真空爆炸焊接方法
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，特別涉及到局部真空爆炸焊接方法。
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、空間技術(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 30m2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。但是對(duì)于單純的氣 體保護(hù)爆炸焊接還依然存在著一定的問(wèn)題，這要從基復(fù)板間隙中的氣體流動(dòng)談 起。在爆炸焊接的基復(fù)板碰撞閉合線(理論研究中稱為碰撞點(diǎn))前，兩板之間 的氣體必須通過(guò)間隙空間排出，間隙中氣體排出必然是以高出碰撞線移動(dòng)速度 的氣體沖擊波為流動(dòng)形式的，也就是間隙中的氣體流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度與碰撞線移動(dòng) 速度相等，而氣體沖擊波就要以高于碰撞點(diǎn)移動(dòng)速度在間隙中傳播，這樣氣體 沖擊波就會(huì)超前于碰撞點(diǎn)，爆炸焊接的板幅越大，氣體沖擊波超前距離就越長(zhǎng)， 這種超前沖擊波會(huì)達(dá)到數(shù)百個(gè)大氣壓的壓力，對(duì)于較薄、較輕的復(fù)板這種沖擊 波會(huì)使其產(chǎn)生向上運(yùn)動(dòng)，干擾炸藥的爆轟。這就是低于0.5mm厚度薄板在進(jìn)行 較大面積(1X1 1112)的爆炸焊時(shí)容易燒穿的原因，也是超長(zhǎng)復(fù)合板常常尾端焊接失效的重要原因。
因此，如果能在真空中進(jìn)行爆炸焊接將不僅能阻止噴射射流的燃燒，還可 以解決超大板幅穩(wěn)定爆炸焊接問(wèn)題。然而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)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)局部真空爆炸 焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種局部真空的爆炸焊接方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì) 大型復(fù)合板爆炸焊接過(guò)程解決金屬射流微粒與空氣反應(yīng)問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)大板幅復(fù) 合板的爆炸焊接。
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于 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 性抗外壓的真空密封方法，密封基板與復(fù)板間隙空間，通過(guò)抽氣口將該密閉空 間抽成負(fù)壓，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)， 并可以控制間隙中的氣體沖擊波，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的大板幅爆炸焊接。實(shí)現(xiàn)基板與復(fù) 板間的密封方法沒(méi)有特殊限定，可以采用氣囊密封、薄膜粘結(jié)密封、機(jī)械夾緊 加彈性封條密封等。
采用柔性薄膜制成氣囊的形成保護(hù)性氣體密閉空間的方法有是用剛性背板 卡緊復(fù)板與基板合板的四周抵抗外壓，然后用柔性薄膜包裹整個(gè)組合好的復(fù)合 板對(duì)，通過(guò)抽氣口抽氣，當(dāng)真空達(dá)到指定負(fù)壓程度時(shí)，起爆實(shí)行爆炸焊接。對(duì) 柔性薄膜材料沒(méi)有特殊的限定，可以使用橡膠、塑料。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。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。固密封剛性背板采用塑料、膠木、木材或纖維板 等輕質(zhì)材料制造為好。
使用柔性薄膜粘結(jié)密封的方法是用剛性背板卡緊復(fù)板與基板合板的四周抵 抗外壓，清理基板的四邊，將密封柔性薄膜與基板粘結(jié)，然后粘結(jié)薄膜與復(fù)板， 形成密封，再通過(guò)抽氣口抽氣，當(dāng)真空達(dá)到指定負(fù)壓程度時(shí)，起爆實(shí)行爆炸焊 接。對(duì)柔性薄膜材料沒(méi)有特殊的限定，可以使用橡膠、塑料。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。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。固密封剛性背板采用塑料、膠木、木材或纖 維板等輕質(zhì)材料制造為好。
機(jī)械夾緊加彈性封條密封可以采用真空密封中常用的機(jī)械夾緊加彈性封條 密封設(shè)計(jì)。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，預(yù)制出帶密封面的金屬邊條，開(kāi)出壓緊用螺孔，預(yù)先將 邊條焊接在基板四周邊緣上；再使用塑料、膠木等材料制成帶槽密封件，在槽 型密封件上安裝彈性密封條，在爆炸焊接前，沿板邊安裝、緊固，在基板與復(fù) 板之間形成了密閉空間，通過(guò)抽氣口抽氣，當(dāng)真空達(dá)到指定負(fù)壓程度時(shí)，起爆 實(shí)行爆炸焊接。由于一般常用的2—4ram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，如高彈性橡膠和高彈性橡膠件為好。
在上述對(duì)復(fù)合板進(jìn)行爆炸焊接時(shí)，對(duì)于所抽真空度沒(méi)有特殊的限定，視所
焊接材料而確定，以負(fù)壓不大于0.05MPa為佳。同時(shí)，為進(jìn)一步防止射流微粒的燃燒反應(yīng)，也可以向密閉空間中充入保護(hù)性氣體，進(jìn)行反復(fù)充氣、抽氣稀釋空氣成分；保護(hù)性氣體可以采用惰性氣體或二氧化碳?xì)怏w。


圖1是本發(fā)明的真空爆炸焊接裝置示意圖。
圖中1基板；2復(fù)板；3炸藥；4架高支撐體；5雷管；6密封；7抽氣口； 8密閉空間。
圖2是本發(fā)明的用氣囊密封整個(gè)爆炸焊接裝置的示意圖。圖中9剛性背板；10柔性薄膜袋。
圖3是本發(fā)明的利用柔性薄膜粘結(jié)密封的爆炸焊接示意圖。圖中11柔性薄膜；12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局部裝配示意圖。
圖中13帶槽密封構(gòu)件；14緊固螺釘；15彈性密封條；16帶密封面金
屬邊條；17壓緊螺孔。
圖5是本發(fā)明的密封復(fù)板與基板間隙的爆炸焊接局部裝配示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(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0.5Xlm2，端頭起爆。按附圖2布置，剛性背板9采用10mm厚的木條，柔性薄膜袋10為塑料薄膜，壓制成密封袋，將爆炸焊接裝置放入其中，用熱封氣囊封口，通過(guò)抽氣口抽氣，測(cè)
定負(fù)壓到0.05MPa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2.
爆炸焊接參數(shù)同實(shí)施例1，按附圖3布置，采用PVC塑料加工成剛性背板9，密封用柔性薄膜ll為0.5mm厚橡膠膜，用801膠粘接膠皮膜與基板、復(fù)板，通過(guò)抽氣口抽氣，抽到負(fù)壓0.04MPa后，充入氬氣到0.1MPa，再抽到負(fù)壓0. 04MPa: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4布置進(jìn)行密封，用普鋼條加工帶密封面金屬邊條16，并焊接在基板l的四周，邊條密封面對(duì)接焊縫用機(jī)械修磨，并用樹(shù)脂刮平，用硅膠條制成彈性密封條15， PVC塑料為制成帶槽密封構(gòu)件13。通過(guò)抽氣口抽氣，抽到負(fù)壓0.03MPa后，充入氬氣到O. lMPa，再抽到負(fù)壓0. 03MPa: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，只是復(fù)合板的面積增加為0.5m寬，3m長(zhǎng)，按附圖5布置進(jìn)行密封，用普鋼條加工成帶密封面金屬邊條16，并焊接在基板1的四周，邊條密封面對(duì)接焊縫用機(jī)械修磨，并用樹(shù)脂刮平，用橡膠制成.彈性密封條15， PVC塑料為制成密封件13。通過(guò)抽氣口抽氣，抽到負(fù)壓0. 03MPa后，充入氬氣到O. lMPa，再抽到負(fù)壓0.03MPa,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. 一種局部真空爆炸焊接方法，其特征是基板與復(fù)板間構(gòu)成密閉空間(8)，通過(guò)抽氣口(7)將密閉空間(8)抽成負(fù)壓，所抽真空度不大于0.05MPa，再起爆炸藥(3)，實(shí)施爆炸焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于用剛性背板(9)卡緊復(fù)板(2)與基板(1)抵抗四周外壓，然后用柔性薄膜袋(10)包裹整個(gè)組合好的復(fù)合板對(duì)構(gòu)成密封空間(8);柔性薄膜袋(10)材料為橡膠或塑料，剛性背板(9)的材料為塑料、膠木、木材或纖維板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于用剛性背板(9)卡緊復(fù)板(2)與基板(1)抵抗四周外壓，然后用柔性薄膜(11)粘結(jié)基板與復(fù)板構(gòu)成密封空間(8);柔性薄膜(11)材料為橡膠或塑料，剛性背板(9)的材料為塑料、膠木、木材或纖維板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于預(yù)制出帶密封面的金屬邊條(16)，開(kāi)出壓緊螺孔(17)，預(yù)先將金屬邊條焊接在基板四周邊緣上；再使用塑料、膠木材料制成帶槽密封構(gòu)件(13)，在槽型密封件(13)上安裝彈性密封條(15)，在爆炸焊接前沿板邊安裝、緊固，構(gòu)成基板與復(fù)板間的密閉空間(8)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于通過(guò)抽氣口(7)將密閉空間(8)抽成負(fù)壓時(shí)，向密閉空間內(nèi)反復(fù)充加的保護(hù)性氣體，降低密閉空間(8)中氧含量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種局部真空爆炸焊接方法，屬于金屬?gòu)?fù)合板的制造領(lǐng)域，涉及一種使基復(fù)板間隙中形成局部真空的爆炸焊接生產(chǎn)復(fù)合板方法。其特征是采用采用氣囊、薄膜粘結(jié)、機(jī)械夾緊加彈性封條密封基板與復(fù)板間隙空間，通過(guò)抽氣口將該間隙空間抽成負(fù)壓，再起爆炸藥，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構(gòu)成包含基板與復(fù)板間隙的密閉空間，對(duì)該空間進(jìn)行抽空，降低和阻止了爆炸焊接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，實(shí)現(xiàn)了大板面穩(wěn)定爆炸焊接。
文檔編號(hào)B23K20/08GK101462199SQ20081019090
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)