一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺

技术领域

本发明属于复合钢板加工技术领域，具体涉及一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺。

背景技术

钛是一种新型的金属材料，具有密度小、强度高、耐腐蚀和高低温性能好等优异性能，是航天、航空、海洋、化工、电力和冶金等部门重要的结构材料；不锈钢是一种表面光洁，有较高可塑性、韧性和机械强度，可耐酸、碱性气体、溶液和其他介质腐蚀的一种合金材料，用不锈钢-钛复合板制造的设备具有良好的导热性，以及克服热应力、耐热疲劳，耐压差和耐其他载荷的能力，可以在更苛刻的条件下工作，因此，不锈钢-钛复合板已成为现代化学工业和压力容器工业不可缺少的结构材料；

由于钛和铁在高温下生成多种金属间化合物，这两种金属材料不能用常规的熔化焊方法直接进行焊接，这就使得不锈钢-钛复合板的生产显得困难，利用爆炸焊接技术进行不锈钢-钛复合板的生产，降低稀贵金属材料的损耗，提高材料利用率；

但是，现有的爆炸焊接技术应用到不锈钢-钛复合板的生产时，存在着结合面咬合效果差，强度低，以及在爆炸焊接时搭接区域能量不能完全卸载，中间区域断裂容易出现复合质量差、板体中心区域断裂问题，为此，我们提出了一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺，包括以下步骤，

S1、基复板下料，准备钛基板和不锈钢复板，不锈钢复板比钛基板尺寸单边大20mm；

S2、基复板处理，对钛基板和不锈钢复板进行表面处理后，对钛基板加热升温至300℃，且采取保温石棉进行保温处理；

S3、构建爆炸结构，将钛基板平稳摆放在铺有细沙的地基上，在钛基板四周加焊卸载板，再在钛基板表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑，再将不锈钢复板摆放在间隙支撑上，在不锈钢复板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，完成爆炸结构的构建；

S4、爆炸焊接，选用爆炸焊接参数为支撑间隙为8mm，炸药高度为30-40mm，炸药爆速为1500-2300m/s，对爆炸结构进行爆炸焊接操作；

S5、后处理。

作为本发明的进一步优化方案，所述钛基板选用TA1板，所述不锈钢复板选用S31603板。

作为本发明的进一步优化方案，所述TA1板的性能为抗拉强度≥240MPa、屈服强度140-310MPa、延伸率≥30％。

作为本发明的进一步优化方案，如S2所述的对钛基板和不锈钢复板进行表面处理的步骤为，分别对钛基板和不锈钢复板两者用于搭接的表面进行抛光处理，然后，在丙酮溶液中超声清洗至少20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干。

作为本发明的进一步优化方案，所述钛基板用于搭接的表面经抛光处理后，其表面粗糙度小于Ra0.6μm。

作为本发明的进一步优化方案，如S3所述构建爆炸结构时，所述钛基板除用于搭接的边外所有边缘均与不锈钢复板边缘呈上下对齐设置。

作为本发明的进一步优化方案，如S5所述的后处理包括对爆炸焊接后的复合钢板进行校平、切边、超声波探伤检验、波纹观察以及剪切强度检测。

一种根据不锈钢-钛爆炸焊接工艺制成的复合钢板，所述复合钢板两端的剪切强度检测值为192MPa/218MPa，符合NB/T47002.3-2019标准对剪切强度要求(≥140MPa)要求。

本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺，经过基复板下料、基复板处理、构建爆炸结构、爆炸焊接以及后处理一系列制得的复合钢板，其四周切边整齐，板体未见断裂现象，对复合钢板基复层剔开检查，波纹咬合清晰，咬合程度高达99％，结合面清洁，剪切强度检测值为192MPa/218MPa，满足市场使用的标准；

2)本发明对钛基板进行带温爆炸焊接，控制表面温度在300℃，且采取保温石棉进行保温处理，能够保证在爆炸焊接时待结合面温度可以瞬间提高，这要待结合面可以快速形成有效锯齿状波纹咬合；

3)本发明在钛基板四周加焊卸载板，在爆炸焊接时，当强大爆炸载荷力通过复层推向基层钛板时由于钛基板四周加焊了卸载板材料，可以将载荷力通过卸载板卸载，可以解决复合板因抗拉强度不高出现的断裂现象。

附图说明

图1是现有工艺中构建的爆炸结构示意图；

图2是本发明中构建的爆炸结构示意图；

图3是本发明的工艺流程图；

图中：1、地基；2、细沙；3、钛基板；4、间隙支撑；5、不锈钢复板；6、炸药；7、雷管；8、卸载板。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

备料：钛基板选用TA1板：15*2000*4000-1件(单位：mm)，性能为抗拉强度≥240MPa、屈服强度140-310MPa、延伸率≥30％；

不锈钢复板选用S31603板：3*2050*4050-1件(单位：mm)；

实施例1

一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺，包括以下步骤，

S1、基复板下料，准备TA1板和S31603板；

S2、基复板处理，分别对TA1板和S31603板两者用于搭接的表面进行抛光处理，钛基板用于搭接的表面经抛光处理后，其表面粗糙度为Ra0.5μm，然后，在丙酮溶液中超声清洗20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干，然后，对钛基板加热升温至300℃，且采取保温石棉进行保温处理；

S3、构建爆炸结构，将钛基板平稳摆放在铺有细沙的地基上，在钛基板四周加焊卸载板，再在钛基板表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑，再将不锈钢复板摆放在间隙支撑上，钛基板除用于搭接的边外所有边缘均与不锈钢复板边缘呈上下对齐设置，在不锈钢复板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，完成爆炸结构的构建；

S4、爆炸焊接，选用爆炸焊接参数为支撑间隙为8mm，炸药高度为30-40mm，炸药爆速为1500-2300m/s，对爆炸结构进行爆炸焊接操作；

S5、后处理，对爆炸焊接后的复合钢板进行校平、切边、超声波探伤检验、波纹观察以及剪切强度检测。

为了获得最优的爆炸焊接参数，选用爆炸焊接参数为支撑间隙为8mm，炸药高度为A(1、2、3):30mm、35mm、40mm；炸药爆速B(1、2、3)：1500m/s、1800m/s、2300m/s，对爆炸结构进行爆炸焊接操作，并对爆炸焊接后的复合钢板进行超声波探伤检验、波纹观察以及对复合钢板两端进行剪切实验，获得复合钢板检验结果以及剪切强度检测值，并制得下表；

由上表可知，实验组别A2B2，即选用爆炸焊接参数为支撑间隙为8mm，炸药高度为35mm，炸药爆速为1800m/s，对爆炸结构进行爆炸焊接操作后获得的复合钢板，其四周切边整齐，板体未见断裂现象，对复合钢板基复层剔开检查，波纹咬合清晰，咬合程度为99％，结合面清洁，剪切强度检测值为192MPa/218MPa。

对比例1

一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺，包括以下步骤，

S1、基复板下料，准备TA1板和S31603板；

S2、基复板处理，分别对TA1板和S31603板两者用于搭接的表面进行抛光处理，钛基板用于搭接的表面经抛光处理后，其表面粗糙度为Ra0.5μm，然后，在丙酮溶液中超声清洗20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干；

S3、构建爆炸结构，将钛基板平稳摆放在铺有细沙的地基上，在钛基板四周加焊卸载板，再在钛基板表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑，再将不锈钢复板摆放在间隙支撑上，钛基板除用于搭接的边外所有边缘均与不锈钢复板边缘呈上下对齐设置，在不锈钢复板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，完成爆炸结构的构建；

S4、爆炸焊接，选用爆炸焊接参数为支撑间隙为8mm，炸药高度为35mm，炸药爆速为1800m/s，对爆炸结构进行爆炸焊接操作；

S5、后处理，对爆炸焊接后的复合钢板进行校平、切边、超声波探伤检验、波纹观察以及剪切强度检测。

分别根据实施例1以及对比例1提供的不锈钢-钛爆炸焊接工艺，对两者制得的复合钢板分别进行超声波探伤检验、波纹观察以及对复合钢板两端进行剪切实验，获得复合钢板检验结果及剪切强度检测值，如下表所示：

对此，对比例1与实施例1的区别之处在于，实施例1对钛基板加热升温至300℃，且采取保温石棉进行保温处理，此种钛基板带温爆炸焊接的方式，能够保证在爆炸焊接时待结合面温度可以瞬间提高，使得待结合面可以快速形成有效锯齿状波纹咬合，结合强度高，由此可保证复合板符合NB/T47002.3-2019标准对剪切强度要求(≥140MPa)要求，满足市场使用的标准。

对比例2

一种不锈钢-钛爆炸焊接工艺，包括以下步骤，

S1、基复板下料，准备TA1板和S31603板；

S2、基复板处理，分别对TA1板和S31603板两者用于搭接的表面进行抛光处理，钛基板用于搭接的表面经抛光处理后，其表面粗糙度为Ra0.5μm，然后，在丙酮溶液中超声清洗20min，清洗后用蒸馏水冲洗并吹干，然后，对钛基板加热升温至300℃，且采取保温石棉进行保温处理；

S3、构建爆炸结构，将钛基板平稳摆放在铺有细沙的地基上，再在钛基板表面由中心向外扩散摆放若干间隙支撑，再将不锈钢复板摆放在间隙支撑上，钛基板除用于搭接的边外所有边缘均与不锈钢复板边缘呈上下对齐设置，在不锈钢复板的表面铺放炸药，在炸药的中心处安插雷管作为起爆点，完成爆炸结构的构建；

S4、爆炸焊接，选用爆炸焊接参数为支撑间隙为8mm，炸药高度为30-40mm，炸药爆速为1500-2300m/s，对爆炸结构进行爆炸焊接操作；

S5、后处理，对爆炸焊接后的复合钢板进行校平、切边、超声波探伤检验、波纹观察以及剪切强度检测。

分别根据实施例1以及对比例2提供的不锈钢-钛爆炸焊接工艺，对两者制得的复合钢板分别进行超声波探伤检验及波纹观察，获得复合钢板检验结果，如下表所示：

对此，对比例2与实施例1的区别之处在于，实施例1在构建爆炸结构时，在钛基板四周加焊卸载板，此种爆炸结构在爆炸焊接时，当强大爆炸载荷力通过复层推向基层钛板时由于四周加焊了卸载板材料，将载荷力通过卸载板卸载，可以解决复合板因抗拉强度不高出现的断裂现象，对复合钢板分别进行超声波探伤检验及波纹观察，其四周未见断裂缺陷,板体中心区域完好，结合面波纹咬合清晰，未见裂纹显像，保证复合钢板的良好构型及结合强度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。