PDF《材料硬度对于水下爆炸焊接界面的影响》

第猿苑卷第 员员 期圆园员远年员员月焊摇 接摇 学摇 报 栽砸粤晕杂粤悦栽陨韵晕杂 韵云 栽匀耘 悦匀陨晕粤 宰耘蕴阅陨晕郧 陨晕杂栽陨栽哉栽陨韵晕 灾燥造援 猿苑摇 晕燥援 员员 晕燥增藻皂遭藻则摇 圆园员远 收稿日期院 圆园员源 原 员园 原 圆猿 基金项目院 中央高校基本科研业务费专项资助项目渊 阅哉栽员缘砸悦渊猿冤 园源怨冤曰大学生创新计划资助项目 圆园员远员园员源员员园苑猿 材料硬度对于水下爆炸焊接界面的影响 孙摇 伟员 袁摇 贾子光员 袁摇 王振宇员 袁摇 乔摇 平员 袁摇 李晓杰圆 渊员援 大连理工大学渊盘锦校区冤 海洋科学与技术学院袁盘锦摇 员圆源园园园曰 圆援 工业装备结构分析国家重点实验室袁大连摇 员员远园圆源冤 摘摇 要院 利用水下爆炸焊接方法袁分别对初始态和硬化态工具合金钢与铜箔进行焊接试验援 目的一袁 验证水下爆 炸焊接法对于高硬度尧超薄等难焊材料的焊接优势援 目的二袁对比两组试验袁在相同材料成分袁相同焊接参数下袁可 以研究材料初始硬度对爆炸焊接结果的影响援 微观组织显示界面为连续的波纹形态援 初始态工具钢和铜箔都显示 硬度在界面处稍有增加袁唯独在淬火硬化态工具钢焊接后出现硬度明显下降援 金相组织观察袁初始态合金工具钢在 碰撞点处的细晶强化和高密度位错导致硬度增加袁而淬火硬化态合金钢在界面处奥氏体化相变是导致硬度降低的 主要原因援 关键词院 水下爆炸焊接曰 波状界面曰 淬火工具钢曰 相变曰 显微硬度 中图分类号院 栽郧 源缘远援 远摇 摇 文献标识码院 粤摇 摇 文章编号院 园圆缘猿 原猿远园载渊圆园员远冤员员 原园园远猿 原园源 园摇 序摇 摇言爆炸焊是一种以炸药爆炸能量为驱动袁通过飞 板加速尧碰撞基板尧结合而直接焊接两层或多层异种 金属的复合技术援 这种焊接的强度往往是其它技术 所不能达到的袁因此广泛应用于造船尧化工尧核工业尧 航空航天等工业领域援 近年来国内外大量的文献重 点研究了爆炸焊接初始参数如质量比 砸渊炸药质量 与飞板质量比值冤袁基覆板间距等对于焊接复合板界 面特征 渊 界面形态尧强度尧 硬度分布等冤 的影响关 系咱员 原 源暂 援 此类文献都是着重于改变炸药质量比和基 覆板间距袁鲜有研究关于材料初始硬度对于焊接结 合情况的分析援 阅藻则蚤遭葬泽 提出了爆炸焊接窗口参数中 下限的公式咱缘暂 袁材料的初始硬度对于焊接结果有重 要的影响援 基于此袁文中分别研究了日本产 允陨杂 杂运杂猿 合金工具钢初始态渊硬度 圆园 匀砸悦冤和热处理渊淬火尧 回火冤后高硬化态渊硬度 远园 匀砸悦冤的爆炸焊接过程援 近年来袁水下爆炸焊接技术由于其在高硬度尧高 脆性尧超薄材料的焊接上有独特的焊接优势而受到 关注援 陶瓷咱远暂 尧金属玻璃咱苑暂 尧 钨片咱愿暂 尧 形状记忆合 金咱怨暂 等一系列常规技术难焊材料成功通过水下爆炸 焊接法成功复合援 第一步袁利用水下爆炸焊接技术 对初始态合金工具钢与铜箔进行焊接试验研究援 第 二步袁合金工具钢进行高温淬火袁中温回火袁以提高 其硬度袁利用与第一步相同的焊接参数袁即在相同的 炸药能量下袁与铜箔进行爆炸焊接援 试验目的院探索 利用水下爆炸焊接复合高硬度材料与超薄材料的可 能性曰在相同的材料成分袁相同的焊接参数下袁仅仅 提高材料初始硬度袁分析焊接结果援 工具钢淬火是使奥氏体进行马氏体相变袁从而 快速提高其硬度的一种热加工工艺袁即热处理合金 工具钢为淬火马氏体组织援 文献表明袁奥氏体在高 速率塑性变形下会出现马氏体相变的特征袁并且马 氏体钢在高速率周期循环中会产生马氏体相变援 在 爆炸焊接过程中袁碰撞点附近金属在高温高压下会 表现出流体性质袁飞板和基板表面产生超高速的塑 性变形援 所以另一方面袁该方法可以研究马氏体钢 在超高速率塑性变形下的相变情况援 员摇 试验方法 试验用材料为日本 允陨杂 杂运杂猿 合金工具钢袁元素 成分渊质量分数冤 为院员援 园豫 悦袁园援 猿豫 杂蚤袁员援 园豫 酝灶袁 园援 愿豫 悦则袁 园援 愿豫 宰袁其余为 云藻援 热处理过程为院工具 钢在真空炉中 远缘园 益下预加热 缘 皂蚤灶袁然后 愿缘园 益下 保温 员缘 皂蚤灶袁接着样品在油中淬冷袁最后在 员缘园 益下回火 远园 皂蚤灶援 工具钢尺寸为 远园 皂皂 伊 远园 皂皂 伊 圆缘 皂皂袁做为基板袁铜箔为飞板袁尺寸为 远园 皂皂 伊 远园 皂皂 伊 园援 缘 皂皂援 炸药为日本 粤泽葬澡蚤 运葬泽藻蚤 悦匀耘酝陨悦粤蕴杂 公 司生产的密度 员 猿园园 早辕皂猿 袁爆炸速度为 远 怨园园 皂辕 泽水下用塑性炸药援 由于爆炸速度超过了焊接材料的声 远源 摇摇摇焊摇 接摇 学摇 报第猿苑 卷 速袁采用倾斜安置法袁倾角 圆园毅袁装置模型如图 员所示袁药厚为 缘 皂皂援 铜箔与合金工具钢的间距为 园援 圆 皂皂袁用防水胶布密封飞板和基板袁所有装置放入 水中援 图 员摇 水下爆炸焊接装置图 云蚤早郾 员摇 耘曾责藻则蚤皂藻灶贼葬造 泽藻贼鄄怎责 藻皂责造燥赠藻凿 遭赠 怎灶凿藻则憎葬贼藻则 藻曾鄄 责造燥泽蚤增藻 憎藻造凿蚤灶早 圆摇 试验结果 圆援 员摇 初始态工具钢与铜箔界面形貌观察 水下爆炸焊接所得的复合板焊缝形态图 圆援 从图圆可以看出袁焊缝结合区呈现出规律和连续的正 弦波状结合形态袁焊接区域结合紧密袁没有产生明显 摇图圆摇 水下爆炸焊初始态工具钢与铜箔的界面形态 云蚤早郾 圆摇 陨灶贼藻则枣葬糟藻 燥枣 葬泽鄄则藻糟藻蚤增藻凿 贼燥燥造 泽贼藻藻造辕 糟燥责责藻则 的脆性金属间化合物袁将得到优良的结合强度援 典 型的波状界面表明了焊接参数的正确性和焊接强度 的可靠性援 仔细分析焊接界面袁沿着爆轰方向袁在开 始阶段 缘 糟皂 处袁波纹振幅大约为 员远 滋皂袁然后逐渐 减小援 由于文中试验采用了倾斜安置法进行水下爆 炸焊接袁飞板从前端到后端与炸药的距离逐渐增大袁 导致爆轰能量随着焊接方向逐渐减小援 文献可查袁 在爆炸焊接中袁随着爆炸能量的增大袁焊接板材受影 响的深度增加袁然后射流层的厚度增厚袁爆炸焊接界 面会由平直界面逐渐转变为波状界面咱员 原 猿暂 援 反之可 得袁用倾斜安置法进行爆炸焊接试验时袁各个位置的 能量逐渐减小袁从而导致界面形态变化袁这对于爆炸 焊接的研究是有益的袁一组试验可以得到不同的试 验结果援 圆援 圆摇 硬化态工具钢与铜箔界面形貌观察 图猿所示为热处理后高硬度工具合金钢 杂运杂 猿 与铜箔水下爆炸焊接复合界面援 如图 缘 所示一致袁 波纹形态为主要的界面特征袁在开始阶段 缘 糟皂 处袁 波纹振幅大约为 员园 滋皂袁然后逐渐减小援 对比分析图 圆 和图 猿袁可以发现袁仅仅提高材料的初始硬度袁在相 同成分袁相同焊接参数下袁相同的位置袁波纹的振幅 减小援 由此也可以证明袁材料的初始硬度会影响爆 炸焊接的结果援 图 猿摇 水下爆炸焊接淬火工具钢与铜箔的界面形态 云蚤早郾 猿摇 陨灶贼藻则枣葬糟藻 燥枣 澡藻葬贼鄄贼则藻葬贼藻凿 贼燥燥造 泽贼藻藻造辕 糟燥责责藻则 第 员员 期 孙摇 伟袁等院材料硬度对于水下爆炸焊接界面的影响 远缘 摇摇.

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