块体非晶态合金与普通金属的爆炸焊接装置

摘要

本发明公开了一种块体非晶态合金与普通金属的爆炸焊接装置，属于焊接技术领域。该装置包括一焊接基板，该焊接基板是一带有凹槽的砧板，将块体非晶态合金板嵌入砧板中的凹槽来限制其在爆炸焊接过程中的变形，本发明砧板采用与非晶态合金板波阻抗相匹配材料，以防止块体非晶态合金板在爆炸焊接过程中反弹而引起脆性断裂，且在砧板上设置的凹槽的长度方向垂直于滑移爆轰方向，可防止块体非晶态合金板在爆炸焊接过程中脆性断裂。本发明的优点在于，保持非晶态合金非平衡特征不变和整体完好，将块体非晶态合金与普通金属大面积焊接在一起。

说明书

技术领域

本发明是关于焊接技术领域中块体非晶态合金与普通金属的焊接技术，具体涉及一种块体非晶态合金与普通金属的爆炸焊接装置。

背景技术

非晶态合金是一种新型材料，具有特殊的原子结构、优异的物理和化学性质，有着巨大的工程应用潜力。但非晶态合金的特殊物理和化学性质，使常规的焊接技术很难将其与普通金属焊接在一起。

摩擦焊、激光焊、脉冲焊等特殊焊接工艺可用于非晶态合金与普通金属的焊接，但其工艺和设备会限制非晶态合金与普通金属大面积复合。采用爆炸焊接技术也可以实现非晶态合金与普通金属的焊接，其最大优点是可大面积焊接，但是在焊接过程中会产生高温、高压，很难保持非晶态合金的物理特性不变。

发明内容

本发明克服现有技术中的不足，提供了一种块体非晶态合金与普通金属的爆炸焊接装置。

本发明的技术方案是：

一种块体非晶态合金与普通金属的爆炸焊接装置，包括一焊接基板，其特征在于，所述焊接基板是一带有凹槽的砧板，该砧板采用与非晶态合金板波阻抗相匹配材料，在该砧板上设置的凹槽的长度方向垂直于滑移爆轰方向，且所述凹槽与所述非晶态合金板相匹配。

所述凹槽与爆炸焊接起爆点的距离可大于50mm。

所述砧板的厚度可大于非晶态合金板厚度的5倍。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将块体非晶态合金板嵌入砧板中的凹槽来限制其在爆炸焊接过程中的变形，非晶态合金板在滑移爆轰方向的尺寸小于垂直该方向的尺寸，可防止块体非晶态合金板在爆炸焊接过程中脆性断裂；砧板材料的波阻抗应与块体非晶态合金相当，以防止块体非晶态合金板在爆炸焊接过程中反弹而引起脆性断裂。本发明的优点在于，保持非晶态合金非平衡特征不变和整体完好，将块体非晶态合金与普通金属大面积焊接在一起。

附图说明

图1为本发明的爆炸焊接装置示意图。自下而上包括：带有凹槽的砧板1、非晶态合金板2、支撑3、普通金属板4、炸药5和电雷管6。其中非晶态合金板2被嵌入凹槽砧板1内，周边缝隙利用特种胶(如安固特)填充，支撑3放置在凹槽砧板上的边缘，以便在焊接过程中飞出。

图2为本发明实施例块状非晶态合金Ti₄₀Zr₂₅Cu₁₂Ni₂₀Be₃与纯铝(1060)爆炸焊接在一起后的结合界面金相图，其中7为非晶态合金Ti₄₀Zr₂₅Cu₁₂Ni₂₀Be₃，8为纯铝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

(1)焊接材料的加工处理

将待焊的非晶态合金及普通金属进行加工处理处理，其中普通金属板的长度大于100mm，从而提供足够的助轰距离来得到稳定爆轰；普通金属板的宽度(垂直于滑移爆轰方向)应是非晶态合金板长度的两倍以上，从而消除侧面边界效应。非晶态合金板与金属板均需利用砂纸进行表面处理。

(2)带有凹槽的砧板

带有凹槽的砧板材料的选取，几何尺寸的选取对焊接结果有较大的影响。带有凹槽的砧板的材料应选用与非晶态合金波阻抗相匹配的材料(即二者波阻抗之差很小)，以防止块体非晶态合金板在爆炸焊接过程中反弹而引起脆性断裂。砧板的长度和宽度与金属板一致或略大于金属板的长度和宽度。砧板上的凹槽的长度方向垂直于滑移爆轰方向，且几何尺寸与非晶态合金板一致，可将非晶态合金板嵌入凹槽内，周边缝隙利用特种胶(如安固特)填充，整个表面利用砂纸进行处理。

(3)试验装置炸药及倾斜角度选取

本发明采用倾斜爆炸焊接装置，根据爆炸焊接理论，爆炸焊接成功与否取决于碰撞速速V_p及碰撞角度β，而这两个参数由炸药种类及药量、倾斜角度等控制。对于非晶态合金，碰撞速度应满足：

$K\sqrt{H_V/\rho }\le V_p<\sqrt{2C_p(T_x-T_0)}$

其中K＝0.6，H_v为非晶态合金的维氏硬度，ρ为其密度，C_p为其常压热容量，T_x为其晶化温度，T₀为环境温度。根据以上公式及试验验证，对于黑索金炸药(RDX)，单位面积炸药质量与金属板质量之比约为0.9～1.5，预设倾斜角度为3°～5°。其他种类炸药药量的选取依据和黑索金炸药Gurney能之比进行调整。

砧板上的凹槽与爆炸焊接起爆点的距离可大于50mm，即起爆点和块体非晶态合金与普通金属初始碰撞点之间的距离较大，以保证块体非晶态与普通金属在稳定爆轰作用下进行焊接。

(4)试验装置安装

将已嵌好非晶态合金板的凹槽砧板平放于爆炸场，待焊金属板置于凹槽砧板上。利用支撑(支撑高度通过倾斜角度和砧板尺寸计算得到)将金属板远离起爆端一侧抬起。金属板上表面(铺放炸药一面)四周贴限制炸药的围栏，其高度与炸药高度一致，可通过炸药药量计算得到。将炸药平铺于金属板上，上表面与围栏齐平。在起爆端一侧炸药内埋入电雷管，并接入远处起爆器。

为了更清楚地说明本发明，提供如下具体实施例：

将块状非晶态合金Ti₄₀Zr₂₅Cu₁₂Ni₂₀Be₃与纯铝(1060)爆炸焊接在一起。具体包括以下步骤：

1)利用砂纸将块状非晶态合金Ti₄₀Zr₂₅Cu₁₂Ni₂₀Be₃(60mm×33mm×3mm)、铝板(200mm×100mm×2mm)、砧板(200mm×100mm×15mm)(软钢)待焊表面进行打磨。

2)在砧板长度方向距起爆端100mm处加工与块状非晶态合金匹配的凹槽，并将块状非晶态合金嵌入其中，周边缝隙采用胶填充(如安固特)。

3)将铝板放置在凹槽砧板上，远离起爆端一侧利用支撑抬起，铝板倾斜角度为4.1°。

4)将黑索金炸药粉末均匀覆盖在铝板上表面，厚度为3mm。

5)将电雷管埋入黑索金起爆端一侧，并将引线接入起爆器。

6)利用起爆器将黑索金炸药引爆，爆轰产物推动金属板，爆轰波传播一段距离达到稳定，铝板与块体非晶态合金板开始撞击，撞击点附近的高温高压使两种材料结合在一起。

7)撞击点随爆轰波的传播而推进，直至两块材料完全焊接在一起。

参考图2，实施例中的块状非晶态合金Ti₄₀Zr₂₅Cu₁₂Ni₂₀Be₃与纯铝1060完全焊接在一起。

本发明适用于各种铝合金、钢等普通金属与块状非晶态合金(Ti基、Zr基、Pb基等)的爆炸焊接。

以上通过详细实施例描述了本发明所提供的爆炸焊接装置，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改。