一种大厚度无氧铜覆板爆炸焊接中的基覆板拓展方法与流程

本发明属于爆炸焊接技术领域，具体涉及一种覆板为大厚度无氧铜板，且具有特殊质量要求的双金属（316l不锈钢、无氧铜）复合板的爆炸焊接方法中的基覆板拓展方法。

背景技术：

热核聚变发电试验堆需要一种具有特殊质量要求的双金属复合板，要求该复合板由316l不锈钢板与一种高纯度无氧铜板焊接复合而成。采用传统电焊、摩擦焊等焊接方法，存在设备复杂、成本高、焊合强度低、结合界面易出现微观缺陷等问题，而采用爆炸焊接具有焊接质量高、结合界面可达冶金结合等优点。但在实践中发现，厚度大于15mm的无氧铜板作为覆板的爆炸焊接，若采用现有工艺，焊合率很低，且随着覆板厚度增大而降低，造成贵重金属的浪费；若采用有关的仅对覆板附加延拓板的专利技术，又会产生两个问题，一是焊合率仍然偏低，二是大厚度的无氧铜板与延拓板难以实现有效焊接。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种大厚度无氧铜覆板爆炸焊接中的基覆板拓展方法，确保复合板的材料利用率为90%以上，焊合面结合强度符合双金属固相冶金结合的强度规律，结合界面为微细波状。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种大厚度无氧铜覆板爆炸焊接中的基覆板拓展方法，所述的无氧铜覆板厚度h≥15mm，基板厚度≥1.0h，包括以下内容：

（1）在基板、覆板上均增加延拓板；

（2）延拓板的尺寸依据基板、覆板的厚度和采用的炸药参数计算确定；

（3）覆板与延拓板采用螺栓连接，基板与延拓板的连接方式依据基板的材质确定。

本发明的大厚度无氧铜覆板爆炸焊接中的基覆板拓展方法，如图1-3所示，

1、覆板1的四周边均需增加延拓板（起爆端延拓板2、末端延拓板3、2个侧边延拓板4），基板的延拓板除厚度与覆板延拓板不同外，其形状、尺寸均与覆板的延拓板一致。

2、延拓板的材质优选采用强度≤q235强度的普通钢板；

3、起爆端延拓板2形状与尺寸：（1）采用如图1所示的形状（梯形+方形），主要原因有二，一是减少延拓板上的装药量，二是使得爆轰波尽可能接近平面波；（2）宽度b1=覆板宽度b，顶端宽度k=30~50mm；（3）长度l1≥l0+（2~3）h，l0为所用炸药的非稳定爆轰段长度，主要原因有二，一是确保在有效焊合区炸药达到有效爆轰，二是考虑到覆板和延拓板之间有个配合长度，根据试验，该过渡区的影响区域为2~3h；（4）厚度h2，h-1.5mm≤h2≤h。

4、覆板末端及两侧边延拓板尺寸：（1）末端延拓板3的长度l2，2h≥l2≥1.5h；厚度h2，h-1.5mm≤h2≤h，宽度b2=b-b1，b1为配合台阶长度；（2）两侧边延拓板4的尺寸：l3=l4=l2，b3=b4=l，l为覆板的长度，h3=h4=h2。

5、覆板与延拓板的连接采用螺栓紧固，起爆端螺栓5的直径d1依据覆板厚度和炸药特性以及l1等参数，采用初步估算与反复试验验证相结合的方法确定；初步估算的力学模型如下：

由图1可见，所有连接螺栓中，中间的螺栓受力最大，设中间螺栓对应的一个长为l11、宽为d，厚度为h1的长条视为一个杠杆，该杠杆受力如图4所示。图中，a为杠杆的支点，即延拓板台阶的根部与覆板台阶的端部的接触点；根据杠杆平衡原理，有

f1·l11=f2·l2+f3·l3+f4·l4

式中，f1为杠杆上表面所受的炸药爆炸产物的作用力，l2为螺栓中心与支点a的距离。

f1=p·s=p·l0·d

式中，p为炸药非稳定爆轰段对延拓板上板面的平均压强，对于一般使用的爆炸焊接炸药，p=8000-10000mpa，l0—非稳定段爆轰长度，d—螺栓直径。

l11=1/2l0；

f2=k[σb]πd²/4

式中k为抗拉强度的动态系数，一般k≥2-10；[σb]为许用强度。

f3=f4=k[τ]πd²/4

l3=l4=1/3h

h为延拓板的厚度。

当采用上述公式获取初步的螺栓直径后，开展爆炸焊接实验，若螺栓发生断裂，则适当增加螺栓直径，再次进行试验，直到螺栓不在断裂为止。若螺栓不发生断裂，则可适当减小螺栓直径进行试验，以寻求一个不发生断裂的最小螺栓直径。

其余三边螺栓直径d2=（1/4~1/3）h，该直径系依据实验获得。

6、覆板与延拓板螺栓连接处采用台阶配合，如图3所示，根据延拓板与覆板强度的匹配关系，应有延拓板台阶高度h3与覆板的台阶高度h3’的比与强度成反比，对于强度低于q235的延拓板，可取h3与h3’的比为1:2，以确保延拓板与覆板的台阶的根部在爆炸焊接中均不发生断裂。台阶长度b1=（1.5~2）d，d为连接螺栓直径，以便于螺栓的紧固。

7、基板延拓板的形状、长度和宽度与覆板延拓板一致，其厚度大于等于基板厚度的一半，以便于基板的延拓板与覆板的延拓板之间产生有效碰撞，在消除炸药边界吸收波效应的同时，有利于消除边界的反弹效应；其连接方式视延拓板与基板的可焊性而定，如易于焊合则采用常规焊接；如不宜焊接则参照覆板与延拓板的连接方式。

有益效果：与现有技术相比，本发明的大厚度无氧铜复合板的爆炸焊接中的基复板拓展方法，确定了螺栓强度及其数量计算公式，实现了定量化，有利于消除盲目性；确定了控制起爆端不焊合及其边界效应的方法，保证了复合板的四边的可靠焊接。该工艺焊接的复合板的焊合率达到90%，大大提高了基复板的利用率，焊合面结合强度符合双金属固相冶金结合的强度规律，其结合界面为质量优良的微细波状，完全满足该复合板焊接质量要求。

附图说明

图1是拓展板的结构示意图；

图2是拓展板的侧视图；

图3是拓展板的台阶示意图；

图4是杠杆受力模型示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

覆板为尺寸为1800mm×1000mm×23mm的c10100无氧铜板，基板为1800mm×1000mm×90mm的316l不锈钢板。

1）仅在覆板起爆端附加延拓板，延拓板形状如图1所示，延拓板的材料是q235，长度是250mm，宽度与覆板宽度相同，厚度为23mm。螺栓采用m16螺栓，数量为5个，进行爆炸焊接，结果显示焊合率约为70%。主要不焊合区发生在末端和两个侧边。

2）起爆端延拓板及使用的螺栓同上，末端延拓板宽度等于覆板宽度，长度30mm。两侧边延拓板长度等于覆板长度，宽度等于30mm。末端和两侧边的螺栓采用m6，螺距为12mm螺栓。进行爆炸焊接，结果显示焊合率仍约为70%，主要不焊合区发生在末端和两个侧边，与前述相比，焊合率基本无改善。

3）覆板的延拓板同2），采用焊接方法，在基板的四周均附加厚度为50mm、形状、长宽与覆板延拓板相同的延拓板。进行爆炸焊接，结果显示焊合率达到96%，不焊合区主要发生在起爆端。

实施例2

覆板为尺寸为1800mm×1000mm×15mm的c10100无氧铜板，基板为1800mm×1000mm×45mm的316l不锈钢板。

在覆板起爆端附加延拓板，延拓板形状如图1所示，延拓板的材料是q235，长度是220mm，宽度与覆板宽度相同，厚度为15mm。螺栓采用m12螺栓，螺距22mm。末端延拓板宽度等于覆板宽度，长度25mm。两侧边延拓板长度等于覆板长度，宽度等于25mm；末端和两侧边的螺栓采用m4，螺距为8mm螺栓。

采用焊接方法，在基板的四周均附加厚度为30mm、形状、长宽与覆板延拓板相同的延拓板。

进行爆炸焊接，结果显示焊合率达到98%，不焊合区主要发生在起爆端。