專利名稱：工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬復(fù)合板爆炸焊接技術(shù)，特別是一種工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝。
目前，國內(nèi)外大面積爆炸焊接的復(fù)合板主要為不銹鋼、銅等與普碳鋼的復(fù)合板，其爆炸焊接工藝已基本成熟，它主要采用復(fù)板與基板平行放置、在復(fù)板上等厚度布藥，藥量以及基復(fù)板之間的間隙由經(jīng)典經(jīng)驗計算公式確定，其復(fù)合板的焊合質(zhì)量也有標(biāo)準(zhǔn)，如不銹鋼與普碳鋼復(fù)合板爆炸焊接的焊合率，我國標(biāo)準(zhǔn)為95％，日本為98％。然而，由于工具鋼板屬于較脆的高碳材料，因此，盡管國內(nèi)一些單位目前能夠進(jìn)行工具鋼與普碳鋼的爆炸焊接生產(chǎn)，但在爆炸焊接中始終存在著3個難以克服的問題，即工具鋼復(fù)板極易產(chǎn)生裂紋、復(fù)合板翹曲變形嚴(yán)重、焊合率較低(最大只達(dá)到85％)。
本發(fā)明的目的是提供一種能解決工具鋼與普碳鋼復(fù)合板在爆炸焊接中焊合率低、翹曲變形嚴(yán)重和易開裂等問題，以提高工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接質(zhì)量。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝，其特征在于工藝如下1、在普碳鋼基板上放置木塊作為間隙支撐架；2、在木塊上平行放置工具鋼復(fù)板；在復(fù)合板的起爆左端沿與基板同側(cè)邊線方向開有切槽；3、在工具鋼復(fù)板上放置2-3層緩沖材料，在緩沖材料層與層之間加黃油；4、在上層緩沖材料層的表面朝雷管方向先以梯度遞增的厚度布藥直至與基板邊線止，然后等厚度布藥(2)。
所述的緩沖材料為油毛氈。
所述的切槽的深度為復(fù)板厚度的1/2。
本發(fā)明主要通過在工具鋼復(fù)板局部切槽、不等厚度布藥、采用2-3層油毛氈緩沖層并在層與層之間加黃油等技術(shù)手段解決工具鋼復(fù)板在爆炸焊接過程中易產(chǎn)生裂紋、焊合率低和復(fù)合板翹曲變形等問題。
工具鋼復(fù)板切槽的目的是消除起爆端復(fù)板在與基板碰撞過程中易出現(xiàn)的破裂現(xiàn)象，切槽深度一般為工具鋼復(fù)板厚度的1/2。在不銹鋼等材料與普碳鋼的爆炸焊接中，為保證起爆端的可靠焊接，復(fù)板一般長于基板(一般為60-80mm)，其原因是炸藥從引爆到穩(wěn)定爆轟存在一個加速段，在該段爆轟驅(qū)動復(fù)板對基板的碰撞壓力小于穩(wěn)定爆轟時的壓力。因此，若采用基復(fù)板等面積爆炸焊接，易導(dǎo)致復(fù)合板起爆端的一定范圍內(nèi)不易焊合。而起爆端復(fù)板長于基板，則可使炸藥起爆后的加速段處在復(fù)合板之外，這就確保了起爆端復(fù)合部位的正常焊接壓力，從而有利于復(fù)合板起爆端的可靠焊接。對于不銹鋼、銅等金屬板材，復(fù)板的長出部分可利用炸藥爆轟的沖擊力整齊地切割下來，但對于高碳工具鋼板，在利用炸藥爆轟的沖擊力切割長出部分時，往往會導(dǎo)致工具鋼復(fù)板的切割部位出現(xiàn)嚴(yán)重破裂。而在切割部位切槽后，則可完全消除這一破裂現(xiàn)象。
復(fù)板上采用不等厚度布藥的目的是確保整個復(fù)合板結(jié)合界面的結(jié)合強度均勻一致，并消除末端易出現(xiàn)的破裂和不易焊接現(xiàn)象。因為我們通過對等厚度布藥爆炸焊接復(fù)合板結(jié)合界面的晶相分析可知，從起爆端至末端的界面波是由小到大。而對于不同大小界面波所做的抗剪切強度測試又可知，小波結(jié)合的抗剪切強度大于大波結(jié)合的抗剪切強度。由于界面波的大小與炸藥爆轟能量和爆轟壓力對復(fù)板產(chǎn)生的激振應(yīng)力波大小直接相關(guān)，因此，若采用等厚度布藥，則在穩(wěn)定爆轟時每一個爆轟陣面的爆轟壓力對復(fù)板產(chǎn)生的激振力是相等的，因而會導(dǎo)致復(fù)合板內(nèi)的應(yīng)力振動波隨著爆轟波的推進(jìn)而增大，并在爆轟末端達(dá)到最大值，其結(jié)果是結(jié)合界面波將隨著應(yīng)力振動波的增大而增大，界面塑性變形區(qū)內(nèi)在劇烈的應(yīng)力振動波作用下極易產(chǎn)生空洞、微裂紋等，嚴(yán)重時甚至將復(fù)合板振裂。另外，應(yīng)力振動還會在復(fù)合板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)不斷增大的應(yīng)力振動達(dá)到一定值時，所產(chǎn)生的拉應(yīng)力甚至?xí)⒁押附拥慕缑胬_。而采用不等厚度布藥方式(藥厚差一般控制在7-8mm)，則由于不同厚度藥量爆炸后產(chǎn)生的激振力大小不相同，使應(yīng)力振動波在傳播中的增大受到一定遏制，從而可大大減小復(fù)合板末端的應(yīng)力振動強度和拉應(yīng)力，因此，有利于消除末端易出現(xiàn)的破裂和不易焊接現(xiàn)象。
采用2-3層油毛氈緩沖層并在每層之間加黃油的目的是減小炸藥爆轟驅(qū)動復(fù)板對基板的沖擊猛度，并改善炸藥爆轟壓力在復(fù)板上的分布均勻性，以解決工具鋼復(fù)板易開裂問題。關(guān)于增加緩沖層厚度所起的防開裂作用是不言而喻的，而油毛氈加黃油緩沖層可改善炸藥爆轟壓力在復(fù)板上的分布均勻性的原因是，在爆轟傳播過程中，炸藥爆炸產(chǎn)生的溫度效應(yīng)將使油毛氈及黃油熔化，使復(fù)板與緩沖層接觸的表面上覆蓋著一定厚度的液體油膜，由于同層面液體受力的等效性，因此，爆轟陣面?zhèn)鞑ブ袑?fù)板的作用壓力通過液體油膜而均勻地分布在力作用面上。顯然，壓力分布的均勻性可使復(fù)板內(nèi)部的應(yīng)力分布大大得到改善，有效避免了由于復(fù)板內(nèi)部應(yīng)力分布不均而出現(xiàn)的裂紋。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是焊合率高、變形小、無裂紋。通過爆炸焊接35塊0.5-1.5m2的工具鋼與普碳鋼復(fù)合板，結(jié)果是任意抽取四塊復(fù)合板進(jìn)行超聲波探傷檢驗焊合率均超過了98％，大大超過了背景技術(shù)85％的焊合率；復(fù)合板的抗剪切強度為405-415MPa，其強度完全能滿足使用的要求。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述


圖1是本發(fā)明的爆炸焊接放置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的復(fù)板與基板放置俯視圖。
實施例1T10工具鋼與A3鋼復(fù)合板的爆炸焊接，基板(6)和復(fù)板(4)復(fù)合表面均用砂輪打磨，其材料及尺寸規(guī)格為基板為A3鋼，尺寸1700×850×25，單位mm；復(fù)板為T10工具鋼，尺寸1780×900×6，單位mm，在距起爆點80mm處銑一條3mm深的直槽(8)。
基復(fù)板之間用5mm的立方小木塊(5)支撐。
緩沖層為3層油毛氈(3)，黃油粘接，尺寸為1800×950，單位mm。
粘土地基(7)。
炸藥(2)為低爆速硝胺巖石炸藥，其密度為0.75g/cm3，當(dāng)藥厚為35mm時炸藥爆速為2200m/s。
T10工具鋼維氏硬度HV＝2087MPa，密度ρ＝7850kg/m3。
不等厚度布藥，起爆端藥厚40mm，末端藥厚32mm。雷管(1)置于起爆端。
爆炸焊接結(jié)果焊合率大于98％，復(fù)合板無任何裂紋。
實施例2T8工具鋼與A3鋼復(fù)合板的爆炸焊接基板(6)、復(fù)板(4)復(fù)合表面均用砂輪打磨，其材料及尺寸規(guī)格為基板為A3鋼，尺寸1610×710×35，單位mm；復(fù)板為T10工具鋼，尺寸1670×710×6，單位mm，在距起爆點60mm處銑一條3mm深的直槽(8)。
基復(fù)板之間用5mm的立方形小木塊(5)支撐。
緩沖層為3層油毛氈(3)，黃油粘接，尺寸為1690×760，單位mm。
沙子地基(7)。
炸藥性能與實施例1相同。
T8工具鋼維氏硬度HV＝1989MPa，密度ρ＝7850kg/m3。
不等厚度布藥，起爆端藥厚35mm，末端藥厚28mm。雷管(1)置于起爆端。
爆炸焊接結(jié)果焊合率大于98％，復(fù)合板無任何裂紋。
權(quán)利要求
1.一種工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝，其特征在于工藝如下1.1在普碳鋼基板(6)上放置木塊(5)作為間隙支撐架；1.2在木塊(5)上平行放置工具鋼復(fù)板(4)；在復(fù)合板(4)的起爆左端沿與基板(6)同側(cè)邊線方向開有切槽(8)；1.3在工具鋼復(fù)板(4)上放置2-3層緩沖材料(3)，在緩沖材料層與層之間加黃油；1.4在上層緩沖材料層的表面朝雷管(1)方向先以梯度遞增的厚度布藥(2)，至與基板(6)邊線止等厚度布藥(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝，其特征在于所述的緩沖材料為油毛氈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝，其特征在于所述的切槽(8)的深度為復(fù)板(4)厚度的1/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種關(guān)于工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝,其特點是通過在工具鋼復(fù)板局部切槽、不等厚度布藥、采用2－3層油毛氈緩沖層并在層與層之間加黃油等技術(shù)手段,解決了工具鋼與普碳鋼復(fù)合板在爆炸焊接過程中,工具鋼板易破裂、復(fù)合板焊合率低以及翹曲變形嚴(yán)重等問題,為工具鋼與普碳鋼復(fù)合板的高質(zhì)量爆炸焊接生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。運用本發(fā)明可確保復(fù)合板的焊合率達(dá)到98%以上,且無裂紋、變形小,界面結(jié)合強度完全滿足使用要求。
文檔編號B23K20/08GK1346726SQ0013541
公開日2002年5月1日 申請日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者王耀華, 陸明, 王偉策, 顧月兵, 史長根 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院