专利名称：局部真空爆炸焊接方法
技术领域：
本发明属于金属复合板的制造领域，涉及到爆炸焊接技术生产复合板的方 法，特别涉及到局部真空爆炸焊接方法。
背景技术：
爆炸焊接或爆炸复合方法是生产各种金属复合板的主要方法，可生产不锈 钢-钢、钛-钢、锆-钢等各种复合板材，这些复合板材主要用于各种化工容器与 设备的制造，也用于军工、空间技术、机械与电子工程中。由于大型设备的需 求，要求采用尽量大板幅的复合板，这样可大量地减少焊缝长度、降低焊接费 用、减少焊接中产生的缺陷和縮短设备制造周期。目前已经可以使用爆炸焊接
方法制造出20 30m2的各种复合钢板，但在实际生产中由于各种工艺原因，常 常会发生局部焊接失效，造成废品板。对于一般的不锈钢板可以采用电弧或氩 弧焊接进行补堆焊修补，但对于锆、钛、铝、镁、钽等很多材料就只能采用爆 炸焊接修补或报废改成小板使用。另外，在这些复合板的爆炸焊接中，也常常 会出现局部界面结合强度下降的情况，在容器巻制、加工过程中出现脱焊、分 层现象。究其原因，产生爆炸焊接失效和结合质量不稳定的原因之一，是由于 大面积复合板的爆炸焊接是在露天空气环境中进行的。这是因为爆炸焊接时基 复板之间会喷射出基复板厚度的百分之几到千分之几的微射流，而这样的微射 流会发生雾化，产生出高速运动的金属微粒，这些金属微粒会与空气中的活性 成分发生化学反应一一燃烧，燃烧反应不仅会释放热量，而且会产生固体氧化物、氮化物甚至碳化物和氢化物。无论是反应所释放的热量还是所产生的脆性 固体微粒都会对界面焊接质量产生不良影响。
众所周知，在金属材料之间进行爆炸焊接时，必须对基板与复板的待焊接 表面进行打磨清理，保持界面洁净。而爆炸焊接的射流始终是在碰撞点前方的， 一旦射流微粒在空气中燃烧成脆性固体微粒，显然会污染打磨好的金属表面， 而这些脆性化合物的残留无疑会影响界面的焊接质量。另一方面，当在碰撞点 前方的射流微粒燃烧放热时，这些热量必然会向基板与复板的待结合表面传递， 这些传入的热量在焊接时会带入界面结合区，由于附加的热量引入会促进界面 的金属间反应，可能产生过多的金属间化合物，也会降低界面的结合强度与韧
度；从爆炸焊接参数窗口来看，其中，爆炸焊接的能量上限是由界面沉积能量 所决定的，而喷射射流微粒的燃烧无疑会增加界面沉积能量，过多的外界热量 引入，也有造成焊接"过熔失效"的可能。
显然，如果将爆炸焊接过程置入惰性气体或真空环境中，就可以阻止射流 微粒的燃烧，从而增大爆炸焊接参数窗口并改善焊接质量。但是对于单纯的气 体保护爆炸焊接还依然存在着一定的问题，这要从基复板间隙中的气体流动谈 起。在爆炸焊接的基复板碰撞闭合线(理论研究中称为碰撞点)前，两板之间 的气体必须通过间隙空间排出，间隙中气体排出必然是以高出碰撞线移动速度 的气体冲击波为流动形式的，也就是间隙中的气体流动质点速度与碰撞线移动 速度相等，而气体冲击波就要以高于碰撞点移动速度在间隙中传播，这样气体 冲击波就会超前于碰撞点，爆炸焊接的板幅越大，气体冲击波超前距离就越长， 这种超前冲击波会达到数百个大气压的压力，对于较薄、较轻的复板这种冲击 波会使其产生向上运动，干扰炸药的爆轰。这就是低于0.5mm厚度薄板在进行 较大面积(1X1 1112)的爆炸焊时容易烧穿的原因，也是超长复合板常常尾端焊接失效的重要原因。
因此，如果能在真空中进行爆炸焊接将不仅能阻止喷射射流的燃烧，还可 以解决超大板幅稳定爆炸焊接问题。然而大型爆炸焊接往往会使用数百公斤乃 至上吨的炸药，采用刚性的封闭空间内抽空爆炸，无论是在生产成本，还是生 产效率上都是无法承受的。为此，必须寻找经济有效的方法实现局部真空爆炸 焊接。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种局部真空的爆炸焊接方法，以实现对 大型复合板爆炸焊接过程解决金属射流微粒与空气反应问题，并实现大板幅复 合板的爆炸焊接。
本发明的技术方案如下
大型复合板的爆炸焊接过程都平行法布置，爆炸焊接的金属射流只存在于 基板与复板的间隙中，或者说，只有基板与复板的间隙中射流微粒反应才影响 爆炸焊接界面结合质量。因此，本发明的解决方案是，采用经济、简单的一次 性抗外压的真空密封方法，密封基板与复板间隙空间，通过抽气口将该密闭空 间抽成负压，再起爆炸药，实施爆炸焊接。这样就降低了射流微粒与空气反应， 并可以控制间隙中的气体冲击波，实现稳定的大板幅爆炸焊接。实现基板与复 板间的密封方法没有特殊限定，可以采用气囊密封、薄膜粘结密封、机械夹紧 加弹性封条密封等。
采用柔性薄膜制成气囊的形成保护性气体密闭空间的方法有是用刚性背板 卡紧复板与基板合板的四周抵抗外压，然后用柔性薄膜包裹整个组合好的复合 板对，通过抽气口抽气，当真空达到指定负压程度时，起爆实行爆炸焊接。对 柔性薄膜材料没有特殊的限定，可以使用橡胶、塑料。由于气囊材料在爆炸后即被摧毁，应该从环保的角度考虑，应使用易于回收或完全炸毁的材料；由于 气囊与火工品接触，从安全角度上应采用不易产生静电的材料或进行消静电处 理。另外，由于密封装置在爆炸焊接时可能被炸药炸飞，应该尽量不采用金属 材料以防止飞散击伤人、物。固密封刚性背板采用塑料、胶木、木材或纤维板 等轻质材料制造为好。
使用柔性薄膜粘结密封的方法是用刚性背板卡紧复板与基板合板的四周抵 抗外压，清理基板的四边，将密封柔性薄膜与基板粘结，然后粘结薄膜与复板， 形成密封，再通过抽气口抽气，当真空达到指定负压程度时，起爆实行爆炸焊 接。对柔性薄膜材料没有特殊的限定，可以使用橡胶、塑料。由于气囊材料在 爆炸后即被摧毁，应该从环保的角度考虑，应使用易于回收或完全炸毁的材料； 由于气囊与火工品接触，从安全角度上应采用不易产生静电的材料或进行消静 电处理。另外，由于密封装置在爆炸焊接时可能被炸药炸飞，应该尽量不采用 金属材料以防止飞散击伤人、物。固密封刚性背板采用塑料、胶木、木材或纤 维板等轻质材料制造为好。
机械夹紧加弹性封条密封可以采用真空密封中常用的机械夹紧加弹性封条 密封设计。由于爆炸焊接装置的组装是在野外现场进行的，所以必须简便快速， 以保证生产效率，而且密封装置在爆炸后即被炸毁，就要求尽量降低成本。简 易的直接密封方法有，预制出带密封面的金属边条，开出压紧用螺孔，预先将 边条焊接在基板四周边缘上；再使用塑料、胶木等材料制成带槽密封件，在槽 型密封件上安装弹性密封条，在爆炸焊接前，沿板边安装、紧固，在基板与复 板之间形成了密闭空间，通过抽气口抽气，当真空达到指定负压程度时，起爆 实行爆炸焊接。由于一般常用的2—4ram复板，很难与基板保证同样的平整度， 密封面的配合误差很大，所以密封材料应使用高弹性材料，如高弹性橡胶和高弹性橡胶件为好。
在上述对复合板进行爆炸焊接时，对于所抽真空度没有特殊的限定，视所
焊接材料而确定，以负压不大于0.05MPa为佳。同时，为进一步防止射流微粒的燃烧反应，也可以向密闭空间中充入保护性气体，进行反复充气、抽气稀释空气成分；保护性气体可以采用惰性气体或二氧化碳气体。
图1是本发明的真空爆炸焊接装置示意图。
图中1基板；2复板；3炸药；4架高支撑体；5雷管；6密封；7抽气口； 8密闭空间。
图2是本发明的用气囊密封整个爆炸焊接装置的示意图。图中9刚性背板；10柔性薄膜袋。
图3是本发明的利用柔性薄膜粘结密封的爆炸焊接示意图。图中11柔性薄膜；12胶接位置。
图4是本发明的密封复板与基板间隙的爆炸焊接局部装配示意图。
图中13带槽密封构件；14紧固螺钉；15弹性密封条；16带密封面金
属边条；17压紧螺孔。
图5是本发明的密封复板与基板间隙的爆炸焊接局部装配示意图。
具体实施例方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施例。实施例1.
爆炸焊接主装炸药使用30毫米的粉状铵油炸药，爆速D=2500米/秒左右，进行3mm厚度的TA2钛钢复合板爆炸焊接，板面为0.5Xlm2，端头起爆。按附图2布置，刚性背板9采用10mm厚的木条，柔性薄膜袋10为塑料薄膜，压制成密封袋，将爆炸焊接装置放入其中，用热封气囊封口，通过抽气口抽气，测
定负压到0.05MPa后，进行爆炸焊接。经探伤检验，复合率100%，界面剪切强度，中部与尾部都达到270MPa。实施例2.
爆炸焊接参数同实施例1，按附图3布置，采用PVC塑料加工成刚性背板9，密封用柔性薄膜ll为0.5mm厚橡胶膜，用801胶粘接胶皮膜与基板、复板，通过抽气口抽气，抽到负压0.04MPa后，充入氩气到0.1MPa，再抽到负压0. 04MPa:进行爆炸焊接。经探伤检验，复合率100%，界面剪切强度，中部与尾部都达到270MPa。
实施例3.
爆炸焊接参数同实施例l，按附图4布置进行密封，用普钢条加工带密封面金属边条16，并焊接在基板l的四周，边条密封面对接焊缝用机械修磨，并用树脂刮平，用硅胶条制成弹性密封条15， PVC塑料为制成带槽密封构件13。通过抽气口抽气，抽到负压0.03MPa后，充入氩气到O. lMPa，再抽到负压0. 03MPa:进行爆炸焊接。经探伤检验，复合率100%，界面剪切强度，中部与尾部都达到270MPa。
实施例4.
爆炸焊接参数同实施例l，只是复合板的面积增加为0.5m宽，3m长，按附图5布置进行密封，用普钢条加工成带密封面金属边条16，并焊接在基板1的四周，边条密封面对接焊缝用机械修磨，并用树脂刮平，用橡胶制成.弹性密封条15， PVC塑料为制成密封件13。通过抽气口抽气，抽到负压0. 03MPa后，充入氩气到O. lMPa，再抽到负压0.03MPa,进行爆炸焊接。经探伤检验，复合率100%，界面剪切强度，中部与尾部都达到270MPa。
权利要求
1. 一种局部真空爆炸焊接方法，其特征是基板与复板间构成密闭空间(8)，通过抽气口(7)将密闭空间(8)抽成负压，所抽真空度不大于0.05MPa，再起爆炸药(3)，实施爆炸焊接。
2. 根据权利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于用刚性背板(9)卡紧复板(2)与基板(1)抵抗四周外压，然后用柔性薄膜袋(10)包裹整个组合好的复合板对构成密封空间(8);柔性薄膜袋(10)材料为橡胶或塑料，刚性背板(9)的材料为塑料、胶木、木材或纤维板。
3. 根据权利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于用刚性背板(9)卡紧复板(2)与基板(1)抵抗四周外压，然后用柔性薄膜(11)粘结基板与复板构成密封空间(8);柔性薄膜(11)材料为橡胶或塑料，刚性背板(9)的材料为塑料、胶木、木材或纤维板。
4. 根据权利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于预制出带密封面的金属边条(16)，开出压紧螺孔(17)，预先将金属边条焊接在基板四周边缘上；再使用塑料、胶木材料制成带槽密封构件(13)，在槽型密封件(13)上安装弹性密封条(15)，在爆炸焊接前沿板边安装、紧固，构成基板与复板间的密闭空间(8)。
5. 根据权利要求1所述的局部真空爆炸焊接方法，其特征在于通过抽气口(7)将密闭空间(8)抽成负压时，向密闭空间内反复充加的保护性气体，降低密闭空间(8)中氧含量。
全文摘要
本发明公开了一种局部真空爆炸焊接方法，属于金属复合板的制造领域，涉及一种使基复板间隙中形成局部真空的爆炸焊接生产复合板方法。其特征是采用采用气囊、薄膜粘结、机械夹紧加弹性封条密封基板与复板间隙空间，通过抽气口将该间隙空间抽成负压，再起爆炸药，实施爆炸焊接。本发明效果与益处是经济、简单的一次性密封形式构成包含基板与复板间隙的密闭空间，对该空间进行抽空，降低和阻止了爆炸焊接射流微粒与空气反应，提高了焊接质量并增大了爆炸焊接窗口，实现了大板面稳定爆炸焊接。
文档编号B23K20/08GK101462199SQ20081019090
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者明 孙, 李晓杰, 王小红, 闫鸿浩 申请人:大连理工大学