TA1/Q345复合板爆炸焊接数值模拟及热处理工艺研究

摘要

随着现代科学技术的发展，钛／钢复合板在石油化工和压力容器中得到越来越多的应用，已经成为了现代工业中不可缺少的结构材料。爆炸焊接是生产钛／钢复合板的主要方法之一，但是实际爆炸焊接过程具有瞬时性、危险性，且实际爆炸焊接试验费时、费力。因此本论文以TA1/Q345复合板为研究对象，利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对其爆炸焊接过程进行了数值模拟，并研究了爆炸焊接参数对复合板质量的影响，这不仅可以提高设计效率，还降低了设计成本；同时，分析不同热处理工艺对钛／钢复合板组织与性能的影响规律，为工程实际应用提供一定的参考依据。 研究结果表明：复合板爆炸焊接过程分为复板的上表面受爆炸冲击波的作用、发生塑性变形、高速向基板飞行及与基板发生碰撞接触四个过程。爆炸焊接过程中出现复合板边缘部分未成功复合，这和爆炸焊接过程中的“边界效应”有关；距离起爆点越远，炸药爆炸所产生的压力载荷逐渐增大，单元的运动速度增大；复板和基板成功爆炸焊接结合后，复合板内仍有残余应力。其次，当复板和炸药厚度一定时，随着基、复板间距的增加，复板单元的速度和塑性应变值均先逐渐增大再逐渐减小。而当复板和基板间距为1.1cm时，复板等效应力最小，得到爆炸焊接的结合情况良好。当复板厚度和基、复板间距一定，炸药厚度为3.0cm和3.6cm时，炸药爆炸后复板能够与基板复合，当炸药厚度为4.0cm时，结合效果不理想；当炸药厚度为3.6cm时，塑性变形稍大一些，复板等效应力最小，因此3.6cm为理想炸药厚度。另一方面，TA1/Q345复合板爆炸态组织存在塑性变形的纤维组织，界面处塑性变形最为严重；经退火热处理后，界面组织发生再结晶和晶粒长大。界面处显微硬度明显大于两侧组织的显微硬度，480℃×4h和600℃×4h热处理后界面硬度呈下降趋势，700℃×4h热处理时界面的显微硬度急剧上升。随着热处理温度的上升，复合板的抗拉强度逐渐降低，600℃×4h热处理时塑性较好；剪切强度随热处理温度的升高逐渐降低；TA1/Q345复合板经热处理后可以外弯到90°钛复层不裂。

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