钛/钢复合板爆炸焊接实验

以3mm 厚的TA2钛板和26mm 厚的正火态Q345R为材料,通过爆炸焊接实验,对钛/钢复合板 爆炸焊接的动态参数进行了研究。结合复合板结合界面特征、复合板结合强度(剪切强度)以及界面波的金相 组织,讨论了钛/钢爆炸焊接时获得高强度结合和规则的界面结合波状形态的条件。对于3mm 厚TA2与 26mm厚正火态Q345R,该条件是动态碰撞角17,动态碰撞速度vp760m/s。根据界面波及基板轧制 金相组织形态,分析了形成界面波的机理,认为射流阻碍复板连续碰撞基板是形成界面波的一个主要原因。     

过渡层对锆/钢爆炸复合板剪切强度的影响

为了考察钛作为过渡层提高锆/钢复合板结合强度的有效性,同时给出合理的爆炸焊接碰撞参数,对双层锆/钢和三层锆/钛/钢进行了小倾角法爆炸焊接实验研究。借助金相显微技术测量了复合板结合界面的波形参数,采用光滑粒子动力学法模拟得到了不同位置的碰撞速度和碰撞角,并按照国家标准(GB/T 6396-2008)测量了复合板结合界面的爆炸态及退火态的剪切强度。结果表明:钛作为过渡层能够显著提高锆/钢界面的剪切强度;退火消除加工应力后,锆/钢及钛/钢结合面的剪切强度会有所降低;当锆/钛界面的碰撞速度为734~805 m/s,碰撞角为19.8°~20.8°,钛/钢界面的碰撞速度为803~904m/s,碰撞角为19.5°~20.5°时,锆/钛/钢三层复合板的锆/钛和钛/钢界面的剪切强度都能高于140 MPa。     

材料强度对爆炸焊接结合界面的影响

为了研究爆炸焊接结合界面机理及材料强度对爆炸焊接的影响，采用相同的爆炸焊接参数对不同强度的基板进行了爆炸焊接。通过光学显微镜、扫描电子显微镜以及数值模拟技术对焊接试样的形貌、缺陷以及焊接机理进行了分析。结果表明:当材料强度较低时，碰撞点动压与基板材料强度的比值较高，界面出现较大的塑性应变并生热，此时界面熔化区较大，在焊接过程中可以将界面等效为不可压缩流体；当材料强度较高而碰撞点动压与基板强度的比值较低时，试样界面形貌受材料强度的影响较大。随着材料强度的上升，周期性的波状界面逐渐趋于平直。界面熔化现象减弱但温升速率较高，并受碰撞点附近高压出现热失稳现象形成剪切带及裂缝。此时材料强度的影响不可忽略，界面不能等效为不可压缩流体。     

爆炸焊接界面波物质点法三维数值模拟

基于冲击动力学和爆炸焊接理论,采用物质点法对爆炸焊接界面波的形成进行三维数值模拟。通过数值模拟结果与爆炸焊接实验结果的对比,对复合界面材料的塑性流动变形以及界面波形成的机理进行探讨。结果表明:界面波是因为在碰撞点处的金属材料发生熔化并产生涡旋流动形成的;同时也说明采用物质点法模拟爆炸焊接界面波的形成是可行的。     

爆速对爆炸焊接铝/不锈钢复合管界面及结合性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例的密度调节剂,配制了爆速范围为1 450~2 550 m/s的低爆速炸药;采用该爆速炸药进行了铝/不锈钢复合管爆炸焊接实验,结合最小碰撞速度理论,对实验结果及其界面微观结构和结合强度进行了测试和分析,确定该复合管爆炸焊接的合适爆速约为1 950~2 150 m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;同时发现界面由介于直线与波形之间的波状形态组成,且呈现不太规则的扁平波状结合,经分析,炸药爆速、复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件对界面结合波形及熔化层厚度有很大影响。     

爆炸焊接复合界面波与温度场物质点法分析

爆炸焊接是一门双金属复合工程技术,在炸药爆轰载荷驱动下,飞板高速冲击基板时,两金属板复合界面处在高温高压作用下材料发生塑性流动并形成周期性波状界面,波状界面的形成与复合界面处的材料熔化和变形直接相关。本文应用物质点法对爆炸焊接界面波的形成和界面温度场进行数值模拟,同时开展双金属爆炸焊接实验,并结合物质点法的三维数值模拟对爆炸焊接界面波的形态和界面材料高温软化进行分析。     

不锈钢-普碳钢的双面爆炸复合

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸的能量利用率极低的问题，使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药，并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合二块复合板的双面爆炸复合技术。进行了7 mm厚的蜂窝结构炸药用于3 mm厚的不锈钢板和16 mm厚的Q235钢板的双面爆炸复合实验；并计算得到了复板碰撞速度的上下限及2组实验中复板的碰撞速度。由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束，炸药的临界厚度显著降低，乳化炸药在5 mm厚度时仍可以稳定爆轰。研究结果表明:和现行的单面爆炸复合相比，在复合相同数量复合板的情况下，采用蜂窝结构炸药的双面爆炸复合技术中，炸药的使用量节省了77%，炸药的能量利用率得到显著提高；计算与实验结果一致性较好。     

不锈钢/普碳钢爆炸焊接与轧制

以不锈钢/普碳钢为对象,对爆炸焊接+轧制联合技术进行了研究。爆炸焊接参数通过计算和优化设计,准确地预示了不锈钢/普碳钢大型厚板坯的爆炸焊接窗口;复合后的板坯在选定的轧制参数下进行热轧和冷轧;在保证复合质量的条件下,经过轧制可获得力学性能、尺寸精度完全合格的大面积薄复合板。     

爆炸焊接外复法制取铌-不锈钢复合棒

采用爆炸焊接中的外复法,并控制爆炸能量,使3.8mm的不锈钢管与铌棒在固态下产生高强度的冶金结合,其性能超过了预定的技术指标。若炸药的品种、药量、间隙等影响爆炸复合的主要工艺参数选择得当,动态条件合适,其最高结合强度可以达到铌材的强度,产生等强结合。     

2205双相不锈钢/16MnR 爆炸复合板界面的微观组织

为了研究2205双相不锈钢/16MnR 爆炸复合板界面的微观结构,用金相显微镜和扫描电镜 (SEM)观察了复合界面的形貌;用显微硬度计测定了爆炸复合界面的显微硬度;分析了热处理对显微硬度的 影响。研究表明:基材和复材的显微硬度随着退火加热温度的提高和保温时间的延长而降低;2205双相不锈 钢在850℃加热保温8h后炉冷到400℃出炉空冷会析出相。     

爆炸焊接基复板间隙中的气体冲击波

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工程中长大复合板尾部焊接质量降低或失效的主要原因。还通过建立简化模型,分析了复合板宽度、各种保护性气体和粗真空对管道效应的影响,说明了选择爆炸焊接保护气体的原则,进而使用氦气保护进行了钛钢、铝镁爆炸焊接实验验证,为气体保护爆炸焊接、真空爆炸焊接技术的进一步开发研究奠定了理论基础。     

多层爆炸复合中的成波研究

用爆炸复合法制成了15层每层1mm厚的紫铜板组成的长1.2m,宽90mm的软电览。进行了2层至14层的对称爆炸复合实验,在多层对称爆炸复合中,总存在一个较大波纹的复合界面。对奇数层复合来说,存在一个稳定的复合模式。在对称多层复合中,最后二个碰撞界面的碰撞角较大,所以在该界面产生大的波纹.但比波长/H不遵循在单层复合时的公式。数值计算指出多层复合时碰撞压力的峰值与廓图均异于对应的单层复合中的情况。     

304L/Q235B大面积金属板爆炸焊接物质点法模拟分析

大面积金属板材304L/Q235B的爆炸焊接过程涉及炸药爆轰、金属板材的高速碰撞和塑性变形等。采用有限元法计算模拟这个问题时,网格单元会发生扭曲畸变现象,导致计算精度下降,甚至出现单元负体积而使计算终止,并且炸药爆轰形成气体产物飞散过程也很难模拟。为了能模拟大面积金属板材的爆炸焊接整个过程并获得合理的技术工艺参数,采用物质点法进行三维数值模拟分析。物质点法作为一种无网格法,在模拟冲击动力学问题中主要采用显式积分算法。通过将拉格朗日质点单元与固定的欧拉背景网格相结合,可以实现爆炸焊接的复板与基板的高速碰撞、炸药滑移爆轰、金属板面的塑性变形过程的数值模拟,并给出爆炸复合板材的形变、有效塑性应变和复板与基板的碰撞速度的计算结果。采用物质点法模拟的复合板材变形与爆炸焊接实验结果基本一致。计算复板与基板的碰撞速度这个重要的物理参数时,物质点法与Richter理论公式的相对误差不超过13%。数值计算和实验结果表明,物质点法在数值精度和计算效率方面具有优势,物质点法是研究金属焊接爆炸问题的一种有效数值方法。     

爆炸复合板边界效应研究

认为引起边界效应的主要因素不仅有炸药和基、复板边界稀疏的影响，而且尚受复板反弹拉伸的作用。设计了不等面积复合板爆炸焊接工艺，超声探伤结果表明，复合板的边界效应极小，满足工程需要。     

5083H111铝合金宽应变率拉伸动态本构模型

结合5083H111铝合金较宽应变率范围2×10-4 ~ 4×102s-1内的拉伸实验数据,揭示该铝合金的拉伸“V”型率效应特征,分析对数应变率敏感系数λ和切线模量Et的应变率和应变相关性,进而通过对Johnson-Cook模型的修正来建立合理描述5083H111铝合金较宽应变率范围内的动态拉伸本构模型。建立的动态本构模型中,流动应力包括应变率相关和应变相关两部分。该模型合理描述了5083H111铝合金的拉伸“V”型率效应特征,预测结果与实验结果较为一致。另外,结合破坏应变的对数应变率敏感系数β,得到了拉伸破坏应变预测方程,其预测结果也与实验结果基本一致。     

Experimental and numerical study on formability of friction stir welded TWB sheets based on hemispherical dome stretch tests

In order to investigate formability performance and also to obtain guidelines for the stamping process design of friction stir welded TWB (tailor welded blank) sheets, the hemispherical dome stretching test was experimentally performed and the results of the base and friction stir welded samples were compared. Also, in order to better understand the experimental results, numerical analysis was performed. In this work, five automotive sheets, 6111-T4, 5083-H18, 5083-O aluminum alloy, dual-phase steel (DP590) and AZ31 magnesium alloy sheets were considered by (friction stir) welding the same materials. To represent mechanical properties for the numerical analysis, the non-quadratic orthotropic yield function, Yld2000-2d, was utilized for the aluminum alloy and DP590 sheets, while the Cazacu anisotropic/asymmetric yield function was applied for the AZ31 sheet considering different hardening behavior in tension and compression.     

合金工具钢的水下爆炸焊接

针对水下爆炸焊接法对超薄、高硬度脆性材料的独特应用特点,开展合金工具钢与铜箔的焊接复合实验。采用高爆速炸药倾斜装药方式,开展实验研究。利用有限元软件ANASYS/LS-DYNA对水下爆炸冲击波驱动飞板的飞行过程进行数值模拟,验证焊接参数合理性。模拟结果显示,飞板与基本碰撞速度沿焊接方向逐渐减小。微观组织观察显示,界面整体表现为爆炸焊接波状形态,呈沿焊接方向逐渐减弱的趋势,与模拟预计结果一致。对焊接实验样品界面处进行显微硬度测试,显示近界面处硬度稍有增加。