本發(fā)明屬于復(fù)合板制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鋁合金-鋼復(fù)合板的爆炸焊接成型方法。

背景技術(shù)：

普通碳素鋼價(jià)格低廉，用途廣泛，但其密度大、比強(qiáng)度低、不耐腐蝕。鋁合金密度小、質(zhì)輕、塑性韌性高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性良好且耐腐蝕。二者復(fù)合之后密度減小、耐腐蝕性增強(qiáng)、比強(qiáng)度提高，在很大程度上彌補(bǔ)了鋼密度大、不耐腐蝕等缺陷。且經(jīng)過(guò)爆炸焊接導(dǎo)致其強(qiáng)度等力學(xué)性能有所提高，因而鋁-鋼復(fù)合板在冶金、電力、船舶、地鐵等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)行鋁-鋼爆炸焊接工藝，采用鋼板為基層（基板）、鋁板為復(fù)層（復(fù)板），由于鋁合金大多含有一定量的Mg、Zn低熔點(diǎn)元素，鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生氣化和界面熔化反應(yīng)層，形成大波狀的結(jié)合界面，會(huì)產(chǎn)生許多微裂紋，大大削弱了界面的結(jié)合強(qiáng)度，存在鋁-鋼易分層、復(fù)層鋁板嚴(yán)重減薄，結(jié)合面貼合性能差及邊緣脫焊等問(wèn)題。

鋁合金直接與碳鋼進(jìn)行爆炸焊接存在一定困難，加入中間層（中間板）是有效提高鋁-鋼復(fù)合板性能的方法。6系鋁合金作為目前應(yīng)用最廣泛的合金，然而在現(xiàn)有的在鋁-鋼爆炸焊接中加入中間層的研究中，尚未檢索到以6系鋁合金為復(fù)板加入中間層進(jìn)行爆炸焊接的試驗(yàn)研究。本發(fā)明以6系鋁合金為復(fù)板，純鋁作為中間板、碳鋼為基板進(jìn)行爆炸焊接復(fù)合板的制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接方法，有效地解決鋁-鋼復(fù)合板易分層、邊界不結(jié)合、脫焊、結(jié)合面性能差的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：碳素鋼板作為基板，純鋁作為中間板，6系鋁合金作為復(fù)板；基板先放置在表面平整、土粒結(jié)構(gòu)疏松的砂土上面，然后將中間板放置在基板上，再將復(fù)板放于中間板之上；在復(fù)板上布置炸藥，用電雷管引爆炸藥，一次爆炸成型制成復(fù)合板，包括以下步驟：

①、樣品預(yù)處理：采用機(jī)械磨床、金剛石噴砂機(jī)或砂紙分別對(duì)基板、中間板和復(fù)板進(jìn)行打磨，去除表面的氧化膜，直至表面平整呈現(xiàn)銀白色的金屬光澤，最后將打磨后的基板、中間板和復(fù)板分別在丙酮中超聲清洗15min，蒸餾水沖洗，吹干；

②、樣品擺放：將基板置于表面平整、土粒結(jié)構(gòu)疏松的砂土之上，然后將中間板放置于基板上，再將復(fù)板放置于中間板上；板與板之間用間隔片來(lái)設(shè)置間隔，基板和中間板的間隔為2～5mm，中間板和復(fù)板的間隔為2～6mm；

③、炸藥布置：先在復(fù)板上表面均勻涂一層機(jī)油緩沖保護(hù)層，然后將均勻鋪放炸藥的紙質(zhì)炸藥框放置于機(jī)油緩沖保護(hù)層上面，在紙質(zhì)炸藥框的一端角落處插入電雷管，安全引爆炸藥，瞬間爆炸成型為復(fù)合板；

④、退火熱處理：將爆炸成型后的復(fù)合板放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火熱處理。

所述步驟②中的間隔片為折成直角的小鋁片或小銅片。

所述中間板的長(zhǎng)邊比基板的長(zhǎng)邊多4～14cm，中間板的寬邊比基板的寬邊多4～14cm，中間板和復(fù)板的長(zhǎng)寬尺寸相同；基板、中間板和復(fù)板的一端對(duì)齊。

所述紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的長(zhǎng)邊比復(fù)板的長(zhǎng)邊多4～14cm，紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的寬邊比復(fù)板的寬邊多4～14cm；紙質(zhì)炸藥框內(nèi)放置電雷管的一端與基板、中間板和復(fù)板的對(duì)齊端相齊平。

所述炸藥類型為膏狀乳化炸藥，其組成為膏狀2號(hào)巖石硝銨乳化炸藥和機(jī)油，組成的重量百分比為2號(hào)巖石硝銨乳化炸藥占99～99.7%，機(jī)油占0.3～1%，二者重量百分比的加和值為100%；紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的炸藥厚度為20～40mm。

所述爆炸成型后的復(fù)合板退火熱處理工藝參數(shù)為：電阻爐中的溫度升至280～350℃，保溫1～2h后隨爐冷卻至室溫。

所述退火熱處理后的復(fù)合板在平整機(jī)上進(jìn)行平整校直，去除復(fù)合板的飛邊并用砂紙打磨。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步是：

1.爆炸焊接所制備的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板結(jié)合良好，通過(guò)加入純鋁中間板，有效解決鋁-鋼界面易分層的問(wèn)題，提高鋼的耐蝕性及比強(qiáng)度。

2.爆炸焊接方法成型速度快、可控性好且成本低廉，能夠使性能相差極大的不同金屬經(jīng)濟(jì)可靠的結(jié)合成一體，并且爆炸焊不受能源的限制。

3.復(fù)板和基板之間的厚度比及復(fù)合板總厚度、總面積等尺寸規(guī)格靈活性很大，焊接過(guò)程安全可靠， 可用于工業(yè)大面積制備。

附圖說(shuō)明

圖1為鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接裝置示意圖。

圖1中：1.砂土地面，2.碳素鋼基板，3.純鋁中間板，4.6系鋁合金復(fù)板，5.間隔片，6.機(jī)油緩沖保護(hù)層，7.乳化炸藥，8.紙質(zhì)炸藥框，9.電雷管。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的截面形貌。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的截面形貌。

圖2和圖3中：A.6系鋁合金，B.純鋁，C.碳素鋼 。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板截面形貌的能譜分析。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板截面形貌的能譜分析。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板鹽霧腐蝕116h的增重曲線。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板鹽霧腐蝕116h的表面形貌。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板鹽霧腐蝕116h的表面形貌。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍和應(yīng)用范圍。

一、鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接方法

圖1為鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接裝置示意圖。首先將碳素鋼基板2放置在表面平整、土粒結(jié)構(gòu)疏松的砂土地面1上方，然后將純鋁中間板3放置在碳素鋼基板2上，再將6系鋁合金復(fù)板4放純鋁于中間板3之上；碳素鋼基板2與純鋁中間板3、純鋁中間板3與6系鋁合金復(fù)板4之間放置有間隔片5；在6系鋁合金復(fù)板4表面均勻涂一層機(jī)油緩沖保護(hù)層6后，將紙質(zhì)炸藥框8放在機(jī)油緩沖保護(hù)層7上面，紙質(zhì)炸藥框8內(nèi)的均勻布滿了乳化炸藥7，將電雷管9插入到乳化炸藥7，安全引爆炸藥，一次爆炸成型制成鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板。

實(shí)施例1

鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接方法，包括以下步驟：

1.樣品選用：碳素鋼基板尺寸為130mm×115mm×12mm，6系鋁合金復(fù)板尺寸為150mm×125mm×5mm ，純鋁中間板尺寸為150mm×125mm×1mm；

2.樣品預(yù)處理；采用機(jī)械磨床、金剛石噴砂機(jī)或砂紙分別對(duì)碳素鋼材基板、6系鋁合金復(fù)板和純鋁中間板進(jìn)行打磨，去除表面的氧化膜，直至表面平整呈現(xiàn)銀白色的金屬光澤，最后將打磨后的樣品在丙酮中超聲清洗15min，蒸餾水沖洗，吹干；

3.樣品擺放：將基板置于表面平整、土粒結(jié)構(gòu)疏松的砂土之上，然后將中間板放置于基板上，再將復(fù)板放置于中間板上；板與板之間用間隔片來(lái)設(shè)置間隔，間隔片是折成直角的小鋁片或小銅片，基板和中間板的間隔為2～5mm，中間板和復(fù)板的間隔為2～6mm；中間板的長(zhǎng)邊比基板的長(zhǎng)邊多4～14cm，中間板的寬邊比基板的寬邊多4～14cm，中間板和復(fù)板的長(zhǎng)寬尺寸相同；基板、中間板和復(fù)板的一端對(duì)齊；

4.炸藥布置：先在復(fù)板上表面均勻涂上一層機(jī)油緩沖保護(hù)層，然后將均勻鋪放炸藥的紙質(zhì)炸藥框放置于機(jī)油緩沖保護(hù)層上面，在紙質(zhì)炸藥框的一端角落處插入電雷管，安全引爆炸藥，瞬間爆炸成型為復(fù)合板；其中，紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的長(zhǎng)邊比復(fù)板的長(zhǎng)邊多4～14cm，紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的寬邊比復(fù)板的寬邊多4～14cm；紙質(zhì)炸藥框內(nèi)放置電雷管的一端與基板、中間板和復(fù)板的對(duì)齊端相齊平；炸藥配方：99～99.7%膏狀 2號(hào)巖石硝銨乳化炸藥和0.3～1%機(jī)油，炸藥厚度為36mm；

5.將爆炸后的復(fù)合板放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火熱處理，將爐中的溫度升溫至280～350℃，保溫1～2h后隨爐冷卻至室溫；然后將復(fù)合板平整校直，去除復(fù)合板飛邊并用砂紙打磨，制得性能優(yōu)良的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板。

實(shí)施例2

鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的爆炸焊接方法，包括以下步驟：

1.樣品選用：碳素鋼基板尺寸為130mm×115mm×9.5mm，6系鋁合金復(fù)板尺寸為150mm×125mm×5mm ，純鋁中間板尺寸為150mm×125mm×2mm；

2.樣品預(yù)處理；采用機(jī)械磨床、金剛石噴砂機(jī)或砂紙分別對(duì)碳素鋼材基板、6系鋁合金復(fù)板和純鋁中間板進(jìn)行打磨，去除表面的氧化膜，直至表面平整呈現(xiàn)銀白色的金屬光澤，最后將打磨后的樣品在丙酮中超聲清洗15min，蒸餾水沖洗，吹干；

3.樣品擺放：將基板置于表面平整、土粒結(jié)構(gòu)疏松的砂土之上，然后將中間板放置于基板上，再將復(fù)板放置于中間板上；板與板之間用間隔片來(lái)設(shè)置間隔，間隔片是折成直角的小鋁片或小銅片，基板和中間板的間隔為2～5mm，中間板和復(fù)板的間隔為2～6mm；中間板的長(zhǎng)邊比基板的長(zhǎng)邊多4～14cm，中間板的寬邊比基板的寬邊多4～14cm，中間板和復(fù)板的長(zhǎng)寬尺寸相同；基板、中間板和復(fù)板的一端對(duì)齊；

4.炸藥布置：先在復(fù)板上表面均勻涂上一層機(jī)油緩沖保護(hù)層，然后將均勻鋪放炸藥的紙質(zhì)炸藥框放置于機(jī)油緩沖保護(hù)層上面，在紙質(zhì)炸藥框的一端角落處插入電雷管，安全引爆炸藥，瞬間爆炸成型為復(fù)合板；其中，紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的長(zhǎng)邊比復(fù)板的長(zhǎng)邊多4～14cm，紙質(zhì)炸藥框內(nèi)的寬邊比復(fù)板的寬邊多4～14cm；紙質(zhì)炸藥框內(nèi)放置電雷管的一端與基板、中間板和復(fù)板的對(duì)齊端相齊平；炸藥配方：99～99.7%膏狀 2號(hào)巖石硝銨乳化炸藥和0.3～1%機(jī)油，炸藥厚度為37mm；

5.將爆炸后的復(fù)合板放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火熱處理，將爐中的溫度升溫至280～350℃，保溫1～2h后隨爐冷卻至室溫；然后將復(fù)合板平整校直，去除復(fù)合板飛邊并用砂紙打磨，制得性能優(yōu)良的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板。

二、鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的結(jié)構(gòu)表征

將實(shí)施例1和實(shí)施例2制得的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板進(jìn)行鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)，利用配有能譜儀的掃描電鏡觀察鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的表面形貌和截面形貌，并進(jìn)行能譜分析，測(cè)定結(jié)果詳見(jiàn)圖2至圖8。

實(shí)施例1和實(shí)施例2測(cè)定的結(jié)果表明：

由圖2和圖3可知，純鋁與碳素鋼界面結(jié)合良好，屬冶金結(jié)合，并呈波形特征，波形不規(guī)則，波長(zhǎng)短，波幅小。

由圖4和圖5可知，鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的純鋁-鋼界面應(yīng)出現(xiàn)了元素?cái)U(kuò)散現(xiàn)象，生成Al、Fe的金屬間化合物。

由圖6可知，鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板在50h前腐蝕速率比較快，之后隨著腐蝕時(shí)間的增加，腐蝕速率開(kāi)始降低；90h后腐蝕速率又逐漸增加；實(shí)施例2制備的鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的抗腐蝕性好于實(shí)施例1的抗腐蝕性。

由圖7和圖8可知，純鋁及6系鋁合金的腐蝕產(chǎn)物大量堆積，出現(xiàn)裂紋，尤其結(jié)合區(qū)發(fā)生電偶腐蝕，腐蝕程度更嚴(yán)重，而碳素鋼腐蝕程度明顯較輕，表面無(wú)裂紋；表明了6系鋁合金復(fù)板及純鋁中間板保護(hù)了碳素鋼基板。