一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]純鎢由于其高熔點(diǎn)、高溫強(qiáng)度高、高硬度和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于一些極端條件，如熱核反應(yīng)堆中的抵抗高能粒子沖刷和高熱流沖擊的防護(hù)材料、電磁軌道炮的軌道材料以及熱沉材料等。在這些應(yīng)用場(chǎng)合，往往不僅需要純鎢的高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度等特性，還需要其他材料的特性。如在熱核反應(yīng)堆的面向等離子體材料(PFM)，還需要銅的高導(dǎo)熱率和良好的加工性能。但由于鎢和銅性能差異巨大，熔點(diǎn)相差2000°C，熱膨脹系數(shù)相差四倍，導(dǎo)致在其結(jié)合和服役過程中，在結(jié)合界面處存在高結(jié)合應(yīng)力，因此通過常規(guī)方法(如等離子噴涂、熱等靜壓、液相燒結(jié)等方法)很難形成鎢和銅的大面積、高強(qiáng)度的結(jié)合。此外，由于金屬鎢的加工性能差，低溫脆性的缺點(diǎn)，在制備金屬鎢與其他與之性質(zhì)差異較大的金屬復(fù)合材料時(shí)，采用常規(guī)方法還存在裂紋，高雜質(zhì)含量，孔洞，高處理溫度和高成本等問題。
[0003]爆炸焊接技術(shù)作為一種固相結(jié)合技術(shù)，采用炸藥作為能量源，通過炸藥爆轟驅(qū)動(dòng)金屬板以一定角度撞擊其他金屬板，在撞擊處形成高溫高壓的極端條件，并在碰撞點(diǎn)附近產(chǎn)生射流，兩種金屬材料在塑性流動(dòng)和射流侵徹沖刷的作用下，形成高強(qiáng)度的結(jié)合。這些特性使得爆炸焊接技術(shù)適用于將性質(zhì)差異較大的金屬材料結(jié)合到一起。由于爆炸焊接是通過在金屬表面敷設(shè)炸藥來進(jìn)行的，因此可以形成大面積的焊接，可以制備大尺寸的復(fù)合材料，同時(shí)，還具有成本低廉，易于操作等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]有研宄者將爆炸焊接技術(shù)應(yīng)用到純鎢材料焊接中來，但由于金屬鎢的脆性，在高應(yīng)變率加載下，非常容易產(chǎn)生裂紋。研宄者采用了許多方法來減少裂紋，如Hokamoto等人在制備鎢和銅的復(fù)合板時(shí)，應(yīng)用水下爆炸焊接的方法來消除裂紋，但仍無法完全避免，且焊接的純鶴板厚度較薄，僅0.1mm。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積焊接，瞬間將純鎢這種高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、脆性的難熔金屬與其他與之性能差異較大的金屬材料焊接到一起，可以制備厚度較大(大于Imm)的純鎢復(fù)合板，制備的復(fù)合材料無裂紋，具備較高結(jié)合強(qiáng)度。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，具體步驟為:
[0008]步驟一、以純鶴板為基板，將基板置于電加熱板上；
[0009]步驟二、以其他金屬板為覆板，將覆板通過支撐物平行置于基板之上，基板與覆板之間預(yù)留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點(diǎn)和脆性差異大的金屬；
[0010]步驟三、在覆板表面敷設(shè)等厚度炸藥，炸藥敷設(shè)尺寸與覆板尺寸相同，均大于基板尺寸；
[0011]步驟四、接通電加熱板對(duì)基板進(jìn)行加熱；
[0012]步驟五、當(dāng)基板達(dá)到預(yù)定溫度后，通過雷管引爆炸藥，完成爆炸焊接，制備出高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板。
[0013]進(jìn)一步地，基板與覆板之間預(yù)留的空隙為0.5mm-3mm。
[0014]進(jìn)一步地，所述預(yù)定溫度為500°C。
[0015]有益效果:
[0016]本發(fā)明提出的高溫預(yù)熱爆炸焊接方法，通過對(duì)純鎢板進(jìn)行預(yù)熱，來提高純鎢板的韌性和延展性，以消除沖擊加載造成的裂紋，可以制備厚度較大(大于1_)的純鎢復(fù)合板；預(yù)熱方式采用加熱板原位加熱，結(jié)構(gòu)簡單，可靠，易于操作。
【附圖說明】
[0017]圖1為純鎢復(fù)合材料高溫預(yù)熱爆炸焊接裝置總體結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為鎢板電加熱溫升曲線圖。
[0019]圖3a為本發(fā)明制備的尺寸為100X 50mm的純鎢-純銅爆炸焊接樣品實(shí)物圖。
[0020]圖3b為本發(fā)明制備的純鎢-純銅爆炸焊接樣品鎢板表面的宏觀形貌。
[0021]圖4為本發(fā)明制備的純鎢-純銅爆炸焊接樣品結(jié)合區(qū)域顯微照片。
[0022]圖5為采用一般爆炸焊接方法制備的鎢銅復(fù)合板鎢板表面的宏觀形貌。
[0023]其中，1-電雷管，2-炸藥，3-覆板，4-支撐柱，5-基板，6-電加熱板。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]本發(fā)明提供了一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，具體步驟為:
[0026]步驟一、將電加熱板6置于平整的木板上，放置在木板上是為了減少電加熱板6在工作時(shí)的熱量損失，連接好電加熱板6的導(dǎo)線，以純鎢板為基板5，將純鎢板上下表面打磨后，置于電加熱板6上，確保電加熱板6和基板5接觸良好；
[0027]步驟二、以其他金屬板為覆板3，將覆板3朝向純鎢板的一面，即覆板3的下表面進(jìn)行打磨，將覆板3通過支撐柱4平行置于基板5之上，基板5與覆板3之間預(yù)留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點(diǎn)和脆性差異大的金屬，如銅、鋼、鋯等；
[0028]步驟三、在覆板3的上表面均勻涂抹黃油，然后布置藥框，黃油用于將覆板3和藥框粘接在一起，確保覆板3和藥框之間無空氣，向藥框中填充炸藥2，并確保炸藥2厚度均勻，各處密度一致，炸藥2厚度根據(jù)設(shè)定的基板5和覆板3的碰撞速度和碰撞角計(jì)算得出，覆板3的密度和厚度、基板5與覆板3的間隙、炸藥2的爆速和藥量等參數(shù)均會(huì)影響到碰撞速度。炸藥2敷設(shè)尺寸與覆板3尺寸相同，均大于基板5尺寸；
[0029]步驟四、接通電加熱板6對(duì)基板5進(jìn)行加熱；
[0030]步驟五、當(dāng)基板5達(dá)到預(yù)定溫度500°C后，切斷電加熱板6電源，基板5的預(yù)定溫度主要根據(jù)金屬鎢的韌脆轉(zhuǎn)變溫度來決定，該溫度除受材料性質(zhì)影響外，還取決于材料的厚度，厚度越大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越高。在實(shí)施中，該溫度由實(shí)驗(yàn)確定，即以不產(chǎn)生裂紋為佳。通過電雷管I引爆炸藥2，炸藥2爆轟驅(qū)動(dòng)覆板3碰撞基板5，完成爆炸焊接，制備出高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板。
[0031]本發(fā)明中基板5與覆板3之間預(yù)留的空隙為0.5mm-3mm。
[0032]本發(fā)明中炸藥選用低爆速的工業(yè)粉狀炸藥，炸藥通過8號(hào)工業(yè)電雷管從端部引爆。
[0033]實(shí)例1:T1銅板與0.5mm厚純鎢板高溫預(yù)熱爆炸焊接實(shí)驗(yàn)
[0034]在進(jìn)行熱爆炸焊接試驗(yàn)前，需要確定炸藥最佳起爆時(shí)間。具體做法是:將加熱板置于絕熱性能較好的平整木板上，連接導(dǎo)線，然后將純鎢板上下表面打磨后，放于加熱板之上，用直徑Φ?πιπι K型熱電偶測(cè)量純鎢板上、下表面的溫升歷程。如圖2所示，在接通加熱板電源后33分鐘后，鎢板上下表面溫度均達(dá)到500°C，其后溫度趨于平穩(wěn)，不再增加，因此，炸藥最佳起爆時(shí)間確定為35分鐘。
[0035]采用2mm厚的Tl紫銅板作為覆板，0.5mm厚的純鎢板為基板，并按照?qǐng)D1所示結(jié)構(gòu)布置，基板與覆板間隙為2mm。炸藥采用爆速為2100?2300m/s的膨化硝銨炸藥，裝藥密度為0.6g/cm3，裝藥厚度為10mm，采用8號(hào)工業(yè)電雷管引爆炸藥。在接通加熱板電源35分鐘后，引爆炸藥，完成焊接實(shí)驗(yàn)。
[0036]通過本發(fā)明制備的W-Cu復(fù)合板，具有良好的性能。如圖3所示，純鎢板表面無裂紋。如圖4所示，W-Cu焊接界面呈波紋狀，是典型的爆炸焊接結(jié)合形貌。圖5為采用一般爆炸焊接方法(即無加熱情形)制備的鎢銅復(fù)合板，可以看到鎢板表面有非常明顯且數(shù)量較多的裂紋。對(duì)比圖3和圖5，證明了本發(fā)明的有益效果。
[0037]實(shí)例2:T1銅板與1_厚純鎢板高溫預(yù)熱爆炸焊接實(shí)驗(yàn)
[0038]采用2mm厚的Tl紫銅板作為覆板，Imm厚的純鎢板為基板，按照?qǐng)D1所示結(jié)構(gòu)布置，其余工藝參數(shù)與實(shí)例I相同，取得了很好的效果，制備的W-Cu復(fù)合板，無裂紋，焊接質(zhì)量良好。
[0039]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、以純鎢板為基板，將基板置于電加熱板上； 步驟二、以其他金屬板為覆板，將覆板通過支撐物平行置于基板之上，基板與覆板之間預(yù)留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點(diǎn)和脆性差異大的金屬； 步驟三、在覆板表面敷設(shè)等厚度炸藥，炸藥敷設(shè)尺寸與覆板尺寸相同，均大于基板尺寸； 步驟四、接通電加熱板對(duì)基板進(jìn)行加熱； 步驟五、當(dāng)基板達(dá)到預(yù)定溫度后，通過雷管引爆炸藥，完成爆炸焊接，制備出高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板。
2.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，其特征在于，基板與覆板之間預(yù)留的空隙為0.5mm-3mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，其特征在于，所述預(yù)定溫度為500°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)熱爆炸焊接制備高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板的方法，可以制備厚度較大的純鎢復(fù)合板，制備的復(fù)合材料無裂紋，具備較高結(jié)合強(qiáng)度；該方法包括:步驟一、以純鎢板為基板，將基板置于電加熱板上；步驟二、以其他金屬板為覆板，將覆板通過支撐物平行置于基板之上，基板與覆板之間預(yù)留空隙；所述其他金屬為與純鎢熔點(diǎn)和脆性差異大的金屬；步驟三、在覆板表面敷設(shè)等厚度炸藥，炸藥敷設(shè)尺寸與覆板尺寸相同，均大于基板尺寸；步驟四、接通電加熱板對(duì)基板進(jìn)行加熱；步驟五、當(dāng)基板達(dá)到預(yù)定溫度后，通過雷管引爆炸藥，完成爆炸焊接，制備出高結(jié)合強(qiáng)度純鎢復(fù)合板。
【IPC分類】B23K20-08, B23K20-24
【公開號(hào)】CN104741764
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510104500
【發(fā)明人】陳鵬萬, 周強(qiáng), 馮健銳, 戴開達(dá), 安二峰
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月10日