一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料領域，具體涉及一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法。
【背景技術】
[0002]純鎢由于其高熔點、高溫強度高、高硬度和化學性質穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛應用于一些極端條件，如熱核反應堆中的抵抗高能粒子沖刷和高熱流沖擊的防護材料、電磁軌道炮的軌道材料以及熱沉材料等。在這些應用場合，往往不僅需要純鎢的高熔點、高強度等特性，還需要其他材料的特性。如在熱核反應堆的面向等離子體材料(PFM)，還需要銅的高導熱率和良好的加工性能。但由于鎢和銅性能差異巨大，熔點相差2000°C，熱膨脹系數(shù)相差四倍，導致在其結合和服役過程中，在結合界面處存在高結合應力，因此通過常規(guī)方法(如等離子噴涂、熱等靜壓、液相燒結等方法)很難形成鎢和銅的大面積、高強度的結合。此外，由于金屬鎢的加工性能差，低溫脆性的缺點，在制備金屬鎢與其他與之性質差異較大的金屬復合材料時，采用常規(guī)方法還存在裂紋，高雜質含量，孔洞，高處理溫度和高成本等問題。
[0003]爆炸焊接技術作為一種固相結合技術，采用炸藥作為能量源，通過炸藥爆轟驅動金屬板以一定角度撞擊其他金屬板，在撞擊處形成高溫高壓的極端條件，并在碰撞點附近產(chǎn)生射流，兩種金屬材料在塑性流動和射流侵徹沖刷的作用下，形成高強度的結合。這些特性使得爆炸焊接技術適用于將性質差異較大的金屬材料結合到一起。由于爆炸焊接是通過在金屬表面敷設炸藥來進行的，因此可以形成大面積的焊接，可以制備大尺寸的復合材料，同時，還具有成本低廉，易于操作等優(yōu)點。
[0004]有研宄者將爆炸焊接技術應用到純鎢材料焊接中來，但由于金屬鎢的脆性，在高應變率加載下，非常容易產(chǎn)生裂紋。研宄者采用了許多方法來減少裂紋，如Hokamoto等人在制備鎢和銅的復合板時，應用水下爆炸焊接的方法來消除裂紋，但仍無法完全避免，且焊接的純鶴板厚度較薄，僅0.1mm。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，能夠實現(xiàn)大面積焊接，瞬間將純鎢這種高熔點、高強度、脆性的難熔金屬與其他與之性能差異較大的金屬材料焊接到一起，可以制備厚度較大(大于Imm)的純鎢復合板，制備的復合材料無裂紋，具備較高結合強度。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，具體步驟為:
[0008]步驟一、以純鶴板為基板，將基板置于電加熱板上；
[0009]步驟二、以其他金屬板為覆板，將覆板通過支撐物平行置于基板之上，基板與覆板之間預留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點和脆性差異大的金屬；
[0010]步驟三、在覆板表面敷設等厚度炸藥，炸藥敷設尺寸與覆板尺寸相同，均大于基板尺寸；
[0011]步驟四、接通電加熱板對基板進行加熱；
[0012]步驟五、當基板達到預定溫度后，通過雷管引爆炸藥，完成爆炸焊接，制備出高結合強度純鎢復合板。
[0013]進一步地，基板與覆板之間預留的空隙為0.5mm-3mm。
[0014]進一步地，所述預定溫度為500°C。
[0015]有益效果:
[0016]本發(fā)明提出的高溫預熱爆炸焊接方法，通過對純鎢板進行預熱，來提高純鎢板的韌性和延展性，以消除沖擊加載造成的裂紋，可以制備厚度較大(大于1_)的純鎢復合板；預熱方式采用加熱板原位加熱，結構簡單，可靠，易于操作。
【附圖說明】
[0017]圖1為純鎢復合材料高溫預熱爆炸焊接裝置總體結構圖。
[0018]圖2為鎢板電加熱溫升曲線圖。
[0019]圖3a為本發(fā)明制備的尺寸為100X 50mm的純鎢-純銅爆炸焊接樣品實物圖。
[0020]圖3b為本發(fā)明制備的純鎢-純銅爆炸焊接樣品鎢板表面的宏觀形貌。
[0021]圖4為本發(fā)明制備的純鎢-純銅爆炸焊接樣品結合區(qū)域顯微照片。
[0022]圖5為采用一般爆炸焊接方法制備的鎢銅復合板鎢板表面的宏觀形貌。
[0023]其中，1-電雷管，2-炸藥，3-覆板，4-支撐柱，5-基板，6-電加熱板。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0025]本發(fā)明提供了一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，具體步驟為:
[0026]步驟一、將電加熱板6置于平整的木板上，放置在木板上是為了減少電加熱板6在工作時的熱量損失，連接好電加熱板6的導線，以純鎢板為基板5，將純鎢板上下表面打磨后，置于電加熱板6上，確保電加熱板6和基板5接觸良好；
[0027]步驟二、以其他金屬板為覆板3，將覆板3朝向純鎢板的一面，即覆板3的下表面進行打磨，將覆板3通過支撐柱4平行置于基板5之上，基板5與覆板3之間預留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點和脆性差異大的金屬，如銅、鋼、鋯等；
[0028]步驟三、在覆板3的上表面均勻涂抹黃油，然后布置藥框，黃油用于將覆板3和藥框粘接在一起，確保覆板3和藥框之間無空氣，向藥框中填充炸藥2，并確保炸藥2厚度均勻，各處密度一致，炸藥2厚度根據(jù)設定的基板5和覆板3的碰撞速度和碰撞角計算得出，覆板3的密度和厚度、基板5與覆板3的間隙、炸藥2的爆速和藥量等參數(shù)均會影響到碰撞速度。炸藥2敷設尺寸與覆板3尺寸相同，均大于基板5尺寸；
[0029]步驟四、接通電加熱板6對基板5進行加熱；
[0030]步驟五、當基板5達到預定溫度500°C后，切斷電加熱板6電源，基板5的預定溫度主要根據(jù)金屬鎢的韌脆轉變溫度來決定，該溫度除受材料性質影響外，還取決于材料的厚度，厚度越大，韌脆轉變溫度越高。在實施中，該溫度由實驗確定，即以不產(chǎn)生裂紋為佳。通過電雷管I引爆炸藥2，炸藥2爆轟驅動覆板3碰撞基板5，完成爆炸焊接，制備出高結合強度純鎢復合板。
[0031]本發(fā)明中基板5與覆板3之間預留的空隙為0.5mm-3mm。
[0032]本發(fā)明中炸藥選用低爆速的工業(yè)粉狀炸藥，炸藥通過8號工業(yè)電雷管從端部引爆。
[0033]實例1:T1銅板與0.5mm厚純鎢板高溫預熱爆炸焊接實驗
[0034]在進行熱爆炸焊接試驗前，需要確定炸藥最佳起爆時間。具體做法是:將加熱板置于絕熱性能較好的平整木板上，連接導線，然后將純鎢板上下表面打磨后，放于加熱板之上，用直徑Φ?πιπι K型熱電偶測量純鎢板上、下表面的溫升歷程。如圖2所示，在接通加熱板電源后33分鐘后，鎢板上下表面溫度均達到500°C，其后溫度趨于平穩(wěn)，不再增加，因此，炸藥最佳起爆時間確定為35分鐘。
[0035]采用2mm厚的Tl紫銅板作為覆板，0.5mm厚的純鎢板為基板，并按照圖1所示結構布置，基板與覆板間隙為2mm。炸藥采用爆速為2100?2300m/s的膨化硝銨炸藥，裝藥密度為0.6g/cm3，裝藥厚度為10mm，采用8號工業(yè)電雷管引爆炸藥。在接通加熱板電源35分鐘后，引爆炸藥，完成焊接實驗。
[0036]通過本發(fā)明制備的W-Cu復合板，具有良好的性能。如圖3所示，純鎢板表面無裂紋。如圖4所示，W-Cu焊接界面呈波紋狀，是典型的爆炸焊接結合形貌。圖5為采用一般爆炸焊接方法(即無加熱情形)制備的鎢銅復合板，可以看到鎢板表面有非常明顯且數(shù)量較多的裂紋。對比圖3和圖5，證明了本發(fā)明的有益效果。
[0037]實例2:T1銅板與1_厚純鎢板高溫預熱爆炸焊接實驗
[0038]采用2mm厚的Tl紫銅板作為覆板，Imm厚的純鎢板為基板，按照圖1所示結構布置，其余工藝參數(shù)與實例I相同，取得了很好的效果，制備的W-Cu復合板，無裂紋，焊接質量良好。
[0039]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、以純鎢板為基板，將基板置于電加熱板上； 步驟二、以其他金屬板為覆板，將覆板通過支撐物平行置于基板之上，基板與覆板之間預留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點和脆性差異大的金屬； 步驟三、在覆板表面敷設等厚度炸藥，炸藥敷設尺寸與覆板尺寸相同，均大于基板尺寸； 步驟四、接通電加熱板對基板進行加熱； 步驟五、當基板達到預定溫度后，通過雷管引爆炸藥，完成爆炸焊接，制備出高結合強度純鎢復合板。
2.如權利要求1所述的一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，其特征在于，基板與覆板之間預留的空隙為0.5mm-3mm。
3.如權利要求1所述的一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，其特征在于，所述預定溫度為500°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預熱爆炸焊接制備高結合強度純鎢復合板的方法，可以制備厚度較大的純鎢復合板，制備的復合材料無裂紋，具備較高結合強度；該方法包括:步驟一、以純鎢板為基板，將基板置于電加熱板上；步驟二、以其他金屬板為覆板，將覆板通過支撐物平行置于基板之上，基板與覆板之間預留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點和脆性差異大的金屬；步驟三、在覆板表面敷設等厚度炸藥，炸藥敷設尺寸與覆板尺寸相同，均大于基板尺寸；步驟四、接通電加熱板對基板進行加熱；步驟五、當基板達到預定溫度后，通過雷管引爆炸藥，完成爆炸焊接，制備出高結合強度純鎢復合板。
【IPC分類】B23K20-08, B23K20-24
【公開號】CN104741764
【申請?zhí)枴緾N201510104500
【發(fā)明人】陳鵬萬, 周強, 馮健銳, 戴開達, 安二峰
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月10日