一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于爆炸材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到電解鋁行業(yè)一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電解鋁行業(yè)，為了實(shí)現(xiàn)鋁導(dǎo)桿和碳鋼的聯(lián)接需求，需要用鋁-鋼復(fù)合材料來(lái)制作電解鋁生產(chǎn)的過(guò)渡接頭，以替代由壓接、鉚接、包接或是螺栓聯(lián)接等方式制作的過(guò)渡接頭。
[0003]目前電解鋁用鋁-鋼復(fù)合材料主要采用爆炸焊接方法制造，但由于鋁層較厚，為了獲得較好的界面結(jié)合強(qiáng)度，一般采用以厚度較薄的純鋁為中間層并分兩次實(shí)施爆炸焊接，即先將3?4mm厚的純鋁中間層爆炸焊接到鋼板上，再將8?12mm厚的純鋁復(fù)層爆炸焊接到中間層上，鋁-鋼結(jié)合界面存在一定厚度的熔化層，影響了其結(jié)合界面的強(qiáng)度，尤其是由鋁-鋼復(fù)合材料制作的過(guò)渡接頭在電解鋁工作溫度> 300°C的情形下更為嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)鋁-鋼界面脫開(kāi)現(xiàn)象。
[0004]改善鋁-鋼結(jié)合界面熔化現(xiàn)象，進(jìn)而提高其結(jié)合界面的強(qiáng)度是本文研究的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法，該爆炸焊接方法可以大幅降低爆炸焊接時(shí)鋁-碳鋼界面的熱能消耗，顯著減少鋁-碳鋼界面的熔化，從而提高鋁-碳鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，尤其是在電解鋁工作溫度> 300°C的特殊工況下其界面不易脫開(kāi)，提高鋁-碳鋼復(fù)合材料制作的過(guò)渡接頭使用壽命O
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法，該爆炸焊接方法中使用到基層、中間薄層、復(fù)層及8#工業(yè)雷管，本發(fā)明的特征如下:
基層為Q235B碳鋼，基層厚度控制在40~45mm ；
中間薄層為Q235B碳鋼，中間薄層厚度控制在0.2~lmm ；
復(fù)層為1060鋁，復(fù)層厚度控制在8?14mm ;
基層、中間薄層和復(fù)層的長(zhǎng)寬面積相等；
先將基層、中間薄層、復(fù)層的爆炸焊接面分別進(jìn)行表面拋光處理，再將基層水平放置在地基上，在基層的上端面通過(guò)疊加銅片的支撐放置中間薄層并使中間薄層與基層之間形成間距S2，S2控制在2?1mm ;在中間薄層的上端面通過(guò)疊加銅片的支撐放置復(fù)層并使復(fù)層與中間薄層之間形成間距S1, S1控制在6?16mm ;最后在復(fù)層的上端面鋪設(shè)密度為0.5?
0.8 g/cm2且厚度為H的炸藥，H控制在30?60mm，炸藥采用膨化硝酸銨類炸藥，在炸藥層的任一處埋設(shè)8#工業(yè)雷管，8 #工業(yè)雷管的起爆速度控制在2000?2600m/s，起爆8 #工業(yè)雷管后通過(guò)一次爆炸焊接使復(fù)層依次碰撞中間薄層、基層并形成三層一體的鋁-碳鋼復(fù)合材料。
[0007]通過(guò)采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下有益效果:
1、在爆炸焊接瞬間鋁-碳鋼界面的熱能消耗明顯得到降低，界面基本不出現(xiàn)明顯的熔化現(xiàn)象。
[0008]2、與【背景技術(shù)】中兩次實(shí)施爆炸焊接的方法相比，本發(fā)明爆炸焊接制備的電解鋁用鋁-碳鋼復(fù)合材料其界面剪切強(qiáng)度平均提高30?50Mpa，由鋁-碳鋼復(fù)合材料制作的過(guò)渡接頭在電解鋁工作溫度> 300°C的特殊工況下其使用壽命得到明顯提高。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明爆炸焊接方法的簡(jiǎn)易位置關(guān)系圖。
[0010]圖1中:1_地基；2-基層；3-銅片；4-中間層；5-復(fù)層，6-炸藥，7-雷管，H-炸藥鋪設(shè)厚度，S1-復(fù)層下端面至中間薄層上端面之間距，S2-中間薄層下端面至基層上端面之間距。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明是一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法，該爆炸焊接方法通過(guò)一次爆炸焊接可以大大降低鋁-碳鋼界面的熱能消耗，顯著減少鋁-碳鋼界面的熔化，從而提高鋁-碳鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。
[0012]本發(fā)明在爆炸焊接方法中使用到基層、中間薄層、復(fù)層及8#工業(yè)雷管。
[0013]基層為Q235B碳鋼，基層厚度控制在40~45mm。
[0014]中間薄層為Q235B碳鋼，中間薄層厚度控制在0.2~lmm。
[0015]復(fù)層為1060鋁，復(fù)層厚度控制在8?14mm。
[0016]本發(fā)明不局限于上述碳鋼和鋁材的牌號(hào)以及所對(duì)應(yīng)的厚度范圍，應(yīng)理解為最佳方案之一，本發(fā)明同樣適用于其它碳鋼和鋁材牌號(hào)以及所對(duì)應(yīng)需求的厚度范圍。
[0017]基層、中間薄層和復(fù)層的長(zhǎng)寬面積均相互匹配。
[0018]結(jié)合圖1，先將基層2、中間薄層4、復(fù)層5的爆炸焊接面分別進(jìn)行表面拋光處理，再將基層2水平放置在地基I上，在基層2的上端面通過(guò)疊加銅片3的支撐放置中間薄層4并使中間薄層4與基層2之間形成間距S2，S2控制在2?10mm。
[0019]在中間薄層4的上端面通過(guò)疊加銅片3的支撐放置復(fù)層5并使復(fù)層5與中間薄層4之間形成間距S1, S1控制在6?16mm。
[0020]上述銅片3為薄銅片，但必須保證疊加銅片3的高度要分別滿足S” S2。
[0021]最后在復(fù)層5的上端面鋪設(shè)密度為0.5?0.8 g/cm2且厚度為H的炸藥6，H控制在30?60mm，炸藥6采用膨化硝酸銨類炸藥，為保證炸藥密度和H，可沿復(fù)層的四周圍設(shè)遮攔以防炸藥外泄，在炸藥層的任一處埋設(shè)8#工業(yè)雷管7，8#工業(yè)雷管7的起爆速度控制在2000?2600m/s，起爆8#工業(yè)雷管7后通過(guò)一次爆炸焊接使復(fù)層2依次碰撞中間薄層4、基層5并形成三層一體的鋁-碳鋼復(fù)合材料。
[0022]在保證IS1以及S 2的前提下，引爆8 #工業(yè)雷管，炸藥產(chǎn)生的能量使復(fù)層向下加速運(yùn)動(dòng)并依次碰撞中間薄層和基層并完成復(fù)層、中間薄層和基層的爆炸焊接，形成三層一體的鋁-碳鋼復(fù)合材料。根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒定律，鋁-碳鋼界面的熱能消耗得到明顯降低，其界面基本不出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。【背景技術(shù)】中兩次實(shí)施爆炸焊接的鋁-鋼復(fù)合材料其界面剪切強(qiáng)度一般多為60?lOOMpa，而本發(fā)明在該值上可提高30?50Mpa，界面結(jié)合剪切強(qiáng)度明顯得到提高，由鋁-碳鋼復(fù)合材料制作的過(guò)渡接頭在電解鋁工作溫度> 300°C的特殊工況下其使用壽命也得到明顯提高。
[0023]公開(kāi)本發(fā)明而在本文中選用的實(shí)施例，當(dāng)前認(rèn)為是適宜的，但是應(yīng)了解的是:本發(fā)明旨在包括一切屬于本構(gòu)思和本發(fā)明范圍內(nèi)所有變化和改進(jìn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法，該爆炸焊接方法中使用到基層(2)、中間薄層(4)、復(fù)層(5)及8#工業(yè)雷管(7)，其特征是: 基層⑵為Q235B碳鋼，基層⑵厚度控制在40~45mm ； 中間薄層(4)為Q235B碳鋼，中間薄層(4)厚度控制在0.2~lmm ； 復(fù)層(5)為1060招，復(fù)層(5)厚度控制在8?14mm ; 基層(2)、中間薄層(4)和復(fù)層(5)的長(zhǎng)寬面積相等； 先將基層(2)、中間薄層(4)、復(fù)層(5)的爆炸焊接面分別進(jìn)行表面拋光處理，再將基層(2)水平放置在地基(I)上，在基層(2)的上端面通過(guò)疊加銅片(3)的支撐放置中間薄層(4)并使中間薄層(4)與基層(2)之間形成間距S2，S2控制在2?1mm;在中間薄層(4)的上端面通過(guò)疊加銅片(3)的支撐放置復(fù)層(5)并使復(fù)層(5)與中間薄層(4)之間形成間距S1, S1控制在6?16mm ;最后在復(fù)層(5)的上端面鋪設(shè)密度為0.5?0.8 g/cm2且厚度為H的炸藥(6)，H控制在30?60_，炸藥(6)采用膨化硝酸銨類炸藥，在炸藥(6)層的任一處埋設(shè)8#工業(yè)雷管(7)，8 #工業(yè)雷管(J)的起爆速度控制在2000?2600m/s，起爆8 #工業(yè)雷管(7)后通過(guò)一次爆炸焊接使復(fù)層(5)依次碰撞中間薄層(4)、基層(2)并形成三層一體的鋁-碳鋼復(fù)合材料。
【專利摘要】一種提高鋁-碳鋼復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的爆炸焊接方法，對(duì)碳鋼基層(2)、碳鋼中間薄層(4)、鋁復(fù)層(5)的爆炸焊接面分別進(jìn)行表面拋光，將基層水平放置在地基(1)上，在基層的上端面通過(guò)疊加銅片(3)的支撐放置中間薄層并使中間薄層與基層之間形成間距S2，在中間薄層的上端面通過(guò)疊加銅片的支撐放置復(fù)層并使復(fù)層與中間薄層之間形成間距S1，最后在復(fù)層的上端面鋪設(shè)密度為0.5～0.8g/cm2且厚度為H的炸藥(6)并埋設(shè)雷管(7)，起爆速度控制在2000～2600m/s，通過(guò)一次爆炸焊接使復(fù)層依次碰撞中間薄層、基層并形成三層一體的鋁-碳鋼復(fù)合材料，熱能消耗明顯降低，不出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，界面結(jié)合強(qiáng)度得到提高。
【IPC分類】B23K20-24, B23K20-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104526150
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410694316
【發(fā)明人】辛寶, 徐宇皓, 李演楷
【申請(qǐng)人】洛陽(yáng)雙瑞金屬?gòu)?fù)合材料有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日