爆炸焊接复合材料课件

爆炸焊接复合材料ppt爆炸焊接过程爆炸焊接优点爆炸焊接应用内容框架内容框架简介及发展金属爆炸焊接是介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学

之间的一门边缘学科，爆炸焊接又是用炸药作能源进行金属间焊

接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。它的最大特点是在一瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属组合

,简单、迅速和强固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面积

的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属

复合材料。爆炸复合的方法是美国人卡尔

(L.R.Carl)在1944年首先提出来的9。他在一次炸药爆炸试验中偶然发现两片直径约为1英寸，厚度为0.035英寸的黄铜圆薄片，由于

受到爆炸的突然冲击而被焊接在一起。于是他便提出了利用炸药把不同的金属复合在一

起的研究课题。但当时并没有多少人认识到它的工业应用前景。直到十几年后，美国的简介及发展费列普捷克

(V.Philipchuk)

才第一次把爆炸复合技术引入工业生产中12。之后，许多国家相继展开了对这门新工艺的研究工作。我国对爆炸复合的研究起始于20世纪60年代，1968年大连造船厂的陈火金等人试制成功了国内第一块爆炸复合板；西北有色金属研究院、洛阳725所等开展了爆炸复合材料制备工艺的研究和生产；大连理工大学、中科院力学所开展了爆炸复合冲击力学方面的研究；中南大学开展了爆炸复合材料的物理冶金的研究以及新型爆炸复合材料的研简介及发展制28]。将炸药、雷管、覆板和基板在基础(地面)

上安装起来。当置于覆板之上的炸药被雷管引爆后，炸药的爆炸化学反应经过一段时间的加速便以爆轰速度在覆板上传播。随着爆轰波的高速推进和爆炸产物的急骤膨胀，炸药化学能的大部分便转换成高速运动的爆轰波和爆炸产物的动能。随后该动能的一部分传递给覆板，从而推动覆板向基板高速运动。在两板之间的空气迅速和全部排出的同时，覆板和基板随即在接触点上依次发生撞击。在这个过程中，在两板间的接触面上，借助波的形成，一薄层金属由于倾斜撞击和切向应力的作用而发生强烈的塑性变形。爆炸复合，亦称爆炸焊接，是一种特殊的固相焊接技术。它利用炸药爆轰时产生的冲击波高压驱动金属运动，使两金属或多金属体产生高速碰撞，形成射流，将金属的内

表面的表面膜清除，并在界面上产生局部剧烈的塑性变形而形成界面冶金结合。爆炸复

合是一个复杂的冶金、物理化学过程，涉及到力学、材料科学、高压物理学等多学科。

下面以工程中最常见的平板爆炸焊接为例，简要介绍其基本原理[29]。爆炸焊接过程图

1爆炸焊示意图如此大量的热能在近似绝热

的情况下促使塑性变形后的金属

的温度升高。当此温度达到其熔

点以后，就会使紧靠界面的一薄

层塑性变形的金属发生熔化。剩

余的热能还会使部分塑性变形的

金属发生回复和再结晶，并使双

金属整体的温度升高。在这个过程中，在两板间的

接触面上，借助波的形成，

一薄

层金属由于倾斜撞击和切向应力

的作用而发生强烈的塑性变形。

在此过程中又借助于金属塑性变

形的热效应将覆板高速运动的动

能的90%～95%转换成热能。爆炸焊接过程(e)

便斜安装爆炸焊接过程爆炸焊接示意图由金属物理学的原理可知，在爆炸焊接

过程中，由于不同金属间的高的浓度梯度，界面上的高压、高温和高温下金属的塑性变

形及熔化等条件的存在及其综合作用，必然

导致基体金属原子间的相互扩散。这样，当

界面上那一薄层塑性变形的和熔化了的金属

迅速冷凝后，便在界面上形成了包括金属塑

性变形特征、熔化特征和原子间相互扩散特

征的结合区。此结合区就是2种金属之间的

焊接过渡区，亦称焊接接头。爆炸焊接双金属结合区在正常的情况

下具有波形特征爆炸焊接过程界面(结合区)波形图波谱银金银-铜镍

50×不锈钢钢50×镍-不锈钢

50×金-银金镍

50×银-铜

150×镍-钛

200×铜

钛150×铝-钢

50×铝

铝

50×铝-钢

15×钛-钢

50×此波形的形成与爆炸载荷在金属中和界面上的波动传

播有关，并且不同强度和特性的金属材料，在不同强度和

特性的爆炸载荷作用下，发生不同强度和特性的相互作用

—冲击碰撞，便在结合界面上形成不同形状和参数(波

长、波辐和频率)的波形。右图为不同材料强度在爆炸复合过程中形成不同的波形。下图为不同装药量时结合区的金像图片。ag爆炸焊接过程2*采样

20x1*采样

20x爆炸焊接优点爆炸复合这门特种连接技术之所以能够独立存在，并且越来越得到广泛应用和迅速的发展，主要是由于爆炸复合技术本身有以下几个显著特点0033:爆炸焊接工艺的实施需要一些专用设备和金属材料、炸药和爆炸场地(采石场),以及一些辅助工具。爆炸焊接的能源是廉价的炸药，与生产金属复

合材料的其他技术相比，其成本低，经济效

益显著。爆炸复合不仅可以用于平板复合，也可用

于管材的内包与外包复合来制备复合管材、

棒材。焊特

接点23二爆炸焊接优点覆层材料和基层材料都可以根据实际需要而4

任意选择由于爆炸复合是在高温、高压下微秒级的时间内

完成的，结合面发生扩散、夹杂、晶形改变等现

象较少，为冶金结合，因此复合界面保持一定的

韧性。爆炸复合材料可以是三层和多层。三层如钛一钢

一不锈钢、钛一钢一镍等。还能使金属与陶瓷、

塑料和玻璃等非金属焊接在一起而组成复合材料山5爆炸焊接的应用能够归纳为如下几个方面，这些应用也是它的一大特点。1>爆炸焊接提供了一种新的复合材料的生产工艺金属复合材料的生产方法很多，如叠轧不地、堆焊法、浇注法、电镀法、涂

层不地、共挤压法、共拉拔法、气相沉积法和粉末冶金法等。而爆炸焊接为任意

金属组合的复合材料的生产，提供了一种简单、价

廉、迅

速、有效和适用范围广

泛的新工艺及新技术。2

爆炸复合材料提供了一套新的复合结构材料系统该复合结构材料系统的组成之一见表1。此外，还有三金属、四金属以及多金属

复合材料。表中，纯金属还包括它们的合金，“钢”也包括普通钢、合金钢和低合

金钢，不锈钢的种类也有100多种。爆炸焊接的应用品种和规格繁多、形状和尺寸各异的金属爆炸复合材料，如钛一钢，不锈钢一钢

,铜一钢、铝一钢、镍一钢、铜一铝、金一银金(铜)镍一铜镍、钛一钢一不锈钢

等双金属和多金属的板、管、管板、板管、管棒、带材、箔材、线材、型材、锻件

、粉末和异型件等，为生产和科学技术提供了一整套具有特殊物理和化学性能及有

广泛用途的复合结构材料系统。这个系统中的材料按性质和用途可分类如下。组元之一组元之二钛钢、不锈钢、铜、铝、镍、锆、铪、铌、钽、钨、钼、金、银、镁、铍和锂等不锈钢钢、铜、铝、镍、锆、铌、钽、钼、银、因瓦合金、因科镍和哈斯特洛依等铜钢、铝、镍、锆、铌、钽、钨、钼、金、银、镁、锡、铀、钍、锌、铍、超导合金、因瓦合金和可代合金等铝钢、镍、锆、铌、钽、银、铍、锂、镁、锌和可代合金等镍钢、锆、铪、铌、钽、钨、钼、铑、金、银、镁、因科镍、因瓦合金和可代合金等钨钢、钒、铍、铌、钽、锆和钼等钼钢、铌、钽和锆等铌钢、锆和钽等钽钢、金和钴等锆钢和钴等因科镍钢、锆、钼和哈斯特洛依等，还有铅-钢。层次23456789011121314第一层钬钕锈钢钛钬钛合()金铝铝铌铌镁铂第二

层钢钢钢铜铝钬合金铝合

金g银金(铜)

镍银铁钒钒钢铑第三

层钛不锈钢不锈钢铝铜钕铝合

金铜

镍不锈钢镍不锈钢铁不锈钢铂爆炸焊接的应用表

2

三金属复合结构材料表

1

双

层

金

属铝

金a)充分利用金属化学性能的复合材料钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜、铝、镍、贵金属和不锈等，在相应的化学介

质中有良好的耐蚀性，它们与普通钢组成的复合板已较为广泛地应用在化工和

压力容器中。b)

充分发挥金属物理性能的复合材料这类材料包括热双金属(热一力学性能),电力、电子和电化学用双金(电学

性能)

,音叉双金属(声学性能)

,涡轮叶片双金属(耐汽蚀性能)

,枪(

炮)

管双金属

(

耐烧蚀性能),贵金属复合触点材料(耐电蚀性能)

,复合磁性材料

(磁学性能)

,复合超导材料(超导性能),

以及复合原子能材料(核性能)

等oc)充分增强金属力学性能的复合材料这类材料如复合纤维增强材料(抗拉强度显著提高)、

复合装甲材料(各层具

有不同的硬度，可显著提高材料抗拒破甲的能力)、

复合刀具材料(刀刃部分硬

度特高)、

减摩复合材料(内层材料耐摩擦磨损，外层材料承压强度高),比强

度和比刚度更高的轻型复合材料(如铝一钛、铝一镁、铝一铍、铝一锂、钛一镁

、钛一铍、钛一锂等)

。爆炸焊接的应用爆炸焊接的应用d)其他特殊用途的复合材料这类材料的代表有3层复合材料。它们的中间为与被焊结构材料相同的材料，两

侧为钎料。钎焊后除将多接头的结构件(如汽车散热器)牢固地焊成一体外，还

起加强作用。又如核燃料铀和钍的数量少、体积小、强度低，为了提高其刚度和

达到其他目的，将其与铜组成复合材料后作为重离子的靶子。3>用爆炸焊接法制造异种金属的过渡连接头用爆炸焊接法能够制造异种金属的搭接、对接和斜接的板接头、管接头及棒接头。例如，锆-2+不锈钢管接头的两端分别

与同种管材用常规焊接工艺焊接起来之后，放入反应堆内的锆-2管就可以发挥其优良的

核性能，而在堆外则使用廉价的不锈钢管即

可。此外，还有电冰箱内使用的铜一铝管接

头，宇宙飞船上使用的钛一不锈钢管接头，

现代铝生产和造船工中使用的铝一钢板接头

,以及电力、电子和电化学工业中使用的导

电材料的板

(

管、

棒)

接头。上述过渡接头

主要用于异种结构材料和异种导电材料的过渡连接。爆炸焊接的应用爆炸焊接的其他用途爆炸焊接还有其他一些特殊用途，如在某些钛合金热轧板坯的两面复以一层纯钛

板，以解决其热轧开裂问题。又如热交换器特别是核反应堆的热交换器的破损传热

管的爆炸焊接堵塞。再如，对于欲报废的大中型零部件来说，用爆炸法覆上一层同

种金属材料，或修补内外缺陷，或增加厚度，或填补尺寸公差，使它们翻新再用。

所以，爆炸焊接技术为维修和充分利用一些重要、复杂和贵重的设备、零部件及材料提供了一个好方法。爆炸焊接和爆炸复合材料的具体应用举例在模具制造行业，滑块、导板是广泛使用的标准

件，使用材质为高强度铜合金，如铍青铜等；铜合金

导板摩擦系数小.

导向时阻力小、灵活。但材料价格

昂贵。为此，在低成本的钢表面焊接一层铍青铜，在

满足使用要求的条件下.可以减少贵重铜合金的使用量。使模具标准件成本大大降低。123·工艺实施多在野