块体非晶态合金管及其复合管的多层爆炸焊接技术.pdf

发明内容

本发明的目的是：提供一种多层非晶态合金薄膜的柱对称爆炸焊接方法，
用这种方法直接生产出管状非晶态合金块体及其与普通金属的复合管材。在
爆炸加工过程中，不仅对非晶态合金薄膜达到爆炸压实，同时产生爆炸焊接，
达到真正的冶金结合，并且保证非晶态合金不发生过热晶化与冲击断裂。

实现本发明的技术方案如下：

由于爆炸焊接方法的特殊性，除焊接界面外，材料基体温升很小，基本
上属于冷加工范畴，有利于保证非晶态合金微观结构的无序性，可防止合金
的过热晶化。首先，采用薄膜作为原料与采用粉末原料相比，更便于预先对
原料的清洁处理。其次，爆炸焊接的界面自清理作用，可消除表面氧化膜，
达到理想的焊合。采用外爆炸的柱对称焊接方法，可使非晶态合金在爆炸焊
接过程中不产生焊接要求以外的变形，因此，可控制工件不发生断裂。

具体实施方法可按如下程序进行：

首先，对非晶态合金薄膜进行表面处理，除去氧化物、油污等，以保证
爆炸焊接界面的清洁，有利于爆炸焊接的实现，防止在焊接的固结件中产生
夹杂、不结合区。将表面清洁后的薄膜缠绕在圆柱形的芯棒上，制成原料棒。
由于非晶态薄膜表面粗糙度、不整平度的存在，可自然形成间隙，这些间隙
就可作为爆炸焊接的加速距离。这样就可通过调节非晶态合金薄膜卷的松紧
度，来控制薄膜卷的初装密度，使薄膜卷的初装密度控制在其合金理论密度
的40％～80％的范围内，使薄膜间形成合理的爆炸焊接间隙。然后，将卷好的
原料棒一起放置在飞管的正中，封装在飞管打击装置内。与一般粉末爆炸烧
结方法不同，在本发明中，飞管与薄膜卷之间必须留有间隙，以供炸药爆轰
压力能驱动飞管加速到焊接速度，达到使飞管与非晶态合金薄膜之间、非晶
态合金薄膜之间的爆炸焊接条件。间隙控制在飞管壁厚的0.1～10倍之间，
以0.5～2倍最好。最后，通过调节布置在飞管外部的炸药参数，使之满足爆
炸焊接条件，就能使薄膜间产生良好的冶金焊合。如果飞管的内表面处理干
净，就可与非晶态合金管焊接在一起，通过除去芯棒后，可制成内表面为非
晶态合金层的复合管。对于管状的非晶态合金块体，可用两种方法制得。一
种是用焊接好的复合管为原料，加工或腐蚀除去外表面的普通金属；另一种
是在飞管内表面或非晶态合金带卷的外表面涂上石墨、滑石、陶瓷或金属自
身氧化物作为防粘层，爆炸焊接后就能轻易地剥离飞管，再除去芯棒就能制
成管状的非晶态合金块体。

使非晶态合金薄膜间产生爆炸焊接的参数条件，可由爆炸焊接理论计算
得到。飞管与非晶态合金薄膜、薄膜与薄膜之间的碰撞速度Vp的下限条件，
可按一般的爆炸焊接参数设计确定，即：
V p ≥ K H v / ρ ]]>
其中K＝0.6，H_v是非晶态合金的维氏硬度；ρ是其理论密度。

V_p的上限条件是焊接多层非晶态合金薄膜所特有的，是对爆炸焊接所产生
热量的控制，用以防止非晶态合金的过热晶化，即：
1 2 V p 2 < C p ( T x - T 0 ) ]]>或 V p < 2 C p ( T x - T 0 ) ]]>
其中，C_p是非晶态合金常压热容量；T_x是通常的晶化温度；T₀是环境温度。

而对于飞管的轴向闭合速度V_c恰好等于炸药爆速V_d这种爆炸焊接形式，
形成爆炸焊接的条件可直接按下述条件对直接炸药的爆速进行控制，即：

                          C_T≤V_d≤1.1C_L
其中C_L是非晶态合金的膨胀波声速；C_T是剪切波声速。下限是在爆炸焊接中，
防止在碰撞点前薄膜发生弯曲波的条件，是薄膜爆炸焊接的特有条件；上限
是防止进入超声速流动状态的一般爆炸焊接条件。

本发明的优点是：非晶态合金薄膜间均能满足爆炸焊接条件，薄膜间几乎
可全部达到理想的冶金焊合，因此合金块体中的缺陷较少。外爆炸柱对称焊
接的严格对称性，可使工件承受十分均匀爆炸压力，不发生变形、断裂。通
过限制爆炸焊接过程中，薄膜中弯曲波的形成可防止微观裂纹。通过限制爆
炸焊接能量，可以防止非晶态合金的过热晶化。因此，可制造优质的块体非
晶态合金管，并且随所采用的飞管材料不同，可制成各种普通材料与非晶态
合金的复合管。