不锈钢/钢复合板的爆炸焊接试验与数值模拟

摘要

针对实际生产中在爆炸焊接窗口内取值时因为所取参数不同而导致生产的复合板结合强度差异较大这一现状，选取现代工业中复合板生产量最多的不锈钢/钢复合板作为研究对象，通过实验与分析并且结合数值仿真模拟，研究界面结合强度与界面波形的关系以及两者随工艺参数的变化规律，找到窗口内的最佳工艺参数，以提高爆炸焊接复合板质量以及生产效益。主要工作及成果有如下几点:
　　 首先，根据理论公式编写了完整的计算爆炸焊接窗口与工艺条件的计算机程序，通过对计算得到的不锈钢/钢爆炸焊接窗口内的参数系统地取值，确定相应的工艺条件进行爆炸焊接实验。
　　 其次，测试实验所制得复合板的力学性能，发现最佳装药量的选取方式与复板厚度有关。当复板(SUS304)的厚度较薄（文中为3mm）时装药量取值应比理论计算最佳值偏高;当复板(SUS304)的厚度较厚(文中为6mm)时装药量取值应比理论计算下限值稍低。在实际生产中，对于SUS304和Q345R的爆炸复合来说，当复板较薄(文中为3mm)时，如果优先考虑复合板结合质量，药厚的取值为30mm时效果很好，如果优先考虑生产成本，药厚取值可以为15mm，这样得到的复合板结合质量也符合标准要求;当复板较厚（文中为6mm）时，药厚为25mm时能得到较好的结合强度。
　　 再次，对复合板的结合界面进行金相分析，发现随着装药量的增加，波长和振幅也都会增加。装药量一定时，不同的工艺得到的界面波形的波长和振幅随着复板与基板间距的增加而先增大然后减小。界面的结合强度与波长和振幅先正相关，一定程度后负相关。当界面波的波长相同时，振幅越小，界面的结合强度越高。间距的取值对于结合界面的影响要远小于药量的取值，对于复板(SUS304)厚度为3mm的情况，间距为8mm是较好的取值，装药量的不同对于最佳间距取值影响不大。
　　 最后，结合ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟，得到了与现实比较符合的关于复板运动姿态，运动速度以及结合界面压力的计算结果，并且结合实验的分析发现飞行过程中复板的速度先增大后减小，在碰撞后速度仍然会有波动。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 爆炸焊接简述

1．1．2 爆炸焊接的发展

1．1．3 爆炸焊接的优缺点

1．2 国内外研究现状

1．2．1 爆炸焊接机理研究状况

1．2．2 爆炸焊接的工艺研究状况

1．3 本文的所做的研究工作

2 爆炸焊接理论窗口与工艺参数的计算

2．1 爆炸焊接窗口简介

2．2 爆炸焊接窗口参数的选择原则

2．2．1 声速限的确定

2．2．2 流动限的确定

2．2．3 上限的确定

2．2．4 下限的确定

2．2．5 理论最佳参数的确定

2．3 工艺参数的选择

2．4 爆炸焊接参数计算程序

2．5 爆炸焊接相关理论参数的计算

2．6 爆炸焊接工艺参数的确定

2．6．1 炸药的确定

2．6．2 装药量与间距的确定

2．7 本章小结

3 平板爆炸焊接实验与结果分析

3．1 引言

3．2 爆炸焊接复合板制备

3．2．1 实验器材

3．2．2 实验步骤

3．3 力学性能测试分析

3．3．1 力学性能试样的制备

3．3．2 测试结果分析

3．4 金相分析

3．4．1 金相试样的制备

3．4．2 金相结果分析

3．5 本章小结

4 平板爆炸焊接数值模拟

4．1 引言

4．2 ANSYS／LS-DYNA简介

4．2．1 算法简介

4．2．2 简化积分单元与沙漏

4．3 三维模型的建立

4．3．1 单元类型的选择

4．3．2 材料属性

4．3．3 划分网格

4．4 定义接触算法

4．5 仿真模拟结果分析

4．5．1 运动状态分析

4．5．2 结合界面的压力状态分析

4．5．3 复板运动速度分析

4．5．4 爆炸焊接工艺的模拟比较

4．6 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录