專(zhuān)利名稱(chēng)：爆炸焊接最小作用量裝藥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種爆炸焊接裝藥方法，具體地說(shuō)是一種最小作用量裝藥方法，屬于爆炸焊接和金屬?gòu)?fù)合材料綜合技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
很多研究者認(rèn)為在確定爆炸焊接初始裝藥工藝參數(shù)時(shí)，盡管可調(diào)節(jié)的參數(shù)很多，但歸根結(jié)底都是在調(diào)節(jié)爆炸焊接中的三個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)碰撞速度Vp、碰撞角β和碰撞點(diǎn)移動(dòng)速度V。，其三者關(guān)系為νρ = 2ν# η(θ/2)。盡管在可焊性窗口給出的動(dòng)態(tài)參數(shù)變化范圍內(nèi)，任意取點(diǎn)計(jì)算炸藥量均可實(shí)現(xiàn)成功的爆炸焊接，但該“窗口”本身沒(méi)有直接給出爆炸焊接所需的炸藥用量。另外，在實(shí)際工程應(yīng)用中，人們最為關(guān)注的還是如何依據(jù)可焊性窗口來(lái)確定成功爆炸焊接時(shí)的最少裝藥量，而可焊性窗口下限給出的僅是成功爆炸焊接時(shí)，基、復(fù)板的最小碰撞速度Vpmin曲線(xiàn)，并沒(méi)有直接給出下限裝藥量，且認(rèn)為在下限以外區(qū)域取點(diǎn) 計(jì)算出的裝藥量，不可能實(shí)現(xiàn)復(fù)合板的成功爆炸焊接，為了確保復(fù)合板的可靠焊接，往往是在可焊性窗口的中部取點(diǎn)。而且，同時(shí)爆炸焊接裝藥厚度參數(shù)和安裝間隙兩個(gè)直接參數(shù)也沒(méi)有聯(lián)合起來(lái)加以考慮，因此，目前所確定的爆炸焊接參數(shù)并不是最佳的焊接參數(shù)，所獲得的復(fù)合板界面質(zhì)量也沒(méi)有達(dá)到最佳狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
爆炸焊接揭示的是兩金屬板高速碰撞的物理現(xiàn)象，在這一物理過(guò)程中，適合流體力學(xué)的最小作用量原理。然而，目前在研究爆炸焊接裝藥窗口、基復(fù)板間隙等涉及爆炸焊接諸多關(guān)鍵參數(shù)時(shí)，很多研究結(jié)果并沒(méi)有遵循物理學(xué)這一最基本法則。如裝藥量過(guò)大，使基板和復(fù)板界面碰撞能量過(guò)大而使界面出現(xiàn)過(guò)熔現(xiàn)象，從而在結(jié)合界面產(chǎn)生很多缺陷致使界面強(qiáng)度下降，大大降低了復(fù)合板的質(zhì)量。最小作用量原理在爆炸焊接技術(shù)中應(yīng)用，將不僅大大降低裝藥量、降低生產(chǎn)成本，而且提高了復(fù)合板界面質(zhì)量，同時(shí)簡(jiǎn)化了涉及爆炸焊接的很多關(guān)鍵問(wèn)題。最小作用量原理在爆炸焊接物理過(guò)程中體現(xiàn)為耗能最低原理。即界面結(jié)合能量最小可獲得最佳的結(jié)合質(zhì)量。亦即用最小的裝藥量可獲得最佳的結(jié)合界面。I裝藥量最小法則爆炸焊接復(fù)合材料一般有三種結(jié)合形式大波、小波和微波。大波狀結(jié)合由于爆炸荷載過(guò)大，使得其結(jié)合界面出現(xiàn)過(guò)熔現(xiàn)象而存在一定的縫隙缺陷或空洞物等微觀(guān)缺陷；此夕卜，即使不存在缺陷，在界面過(guò)渡區(qū)域中，各種元素的含量比基材和復(fù)材中各元素的含量均要低。鑒于上述兩種原因，大波狀結(jié)合界面其缺陷和疏松的過(guò)渡區(qū)域大大削弱了界面的結(jié)合強(qiáng)度。而微小波狀結(jié)合界面幾乎不存在微觀(guān)缺陷，而且界面過(guò)渡區(qū)域是由基材和復(fù)材兩種材料共同組成，其中的各元素含量都介于兩種金屬之間，界面的結(jié)合強(qiáng)度介于兩種金屬之間，并且比大波狀結(jié)合強(qiáng)度高。而在一塊復(fù)合板的整個(gè)結(jié)合界面上，很難全部得到微波狀結(jié)合，但通過(guò)控制裝藥量和布藥工藝，可以在一塊復(fù)合板中獲得微波狀和小波狀的結(jié)合界面，避免大波狀界面的出現(xiàn)。因此為了獲得最佳分布的結(jié)合界面，爆炸焊接裝藥必須遵循下限法則。而裝藥下限可依據(jù)下述條件得到在爆炸焊接過(guò)程中“爆轟荷載產(chǎn)生的復(fù)板的最大彎矩必須大于復(fù)板材料在其動(dòng)態(tài)屈服極限時(shí)的彎矩而小于其在動(dòng)態(tài)抗拉極限時(shí)的彎矩，才能實(shí)現(xiàn)成功爆炸焊接”所以，爆炸焊接裝藥量最小法則遵循最小作用量原理，即爆炸載荷使復(fù)板所產(chǎn)生的最大彎矩首先必須超過(guò)材料的動(dòng)態(tài)屈服極限時(shí)的彎矩，使復(fù)板產(chǎn)生彎折變形，才能滿(mǎn)足爆炸焊接復(fù)板和基板傾斜碰撞的基本條件^min > Ictg 丄arccos J45^-2
ω V P0D I在爆炸焊接實(shí)踐時(shí)，按上式最小值計(jì)算藥量，所得到的爆炸焊接界面質(zhì)量最佳，而 無(wú)需考慮爆炸焊接上限條件。2基復(fù)板間距最大法則復(fù)板在爆轟壓力的作用下作變加速運(yùn)動(dòng)，雖然其加速度越來(lái)越小，但基復(fù)板最終的碰撞速度隨著間距S的增大而增大。根據(jù)最小作用量原理，如基復(fù)板間距選取上限，如選取相同的最佳爆炸焊接碰撞速度，則其裝藥厚度必然減小。同時(shí)，提高了基復(fù)板間距，也更有利于焊接過(guò)程中基復(fù)板之間的射流(氣固二相流)的排出。因此，基復(fù)板間距的選取應(yīng)遵循上限法則。Ezra認(rèn)為待焊接件之間的間距S必須足夠大。適用值在復(fù)板厚度O. 5 2. O倍之間，并提出不同的S值，可根據(jù)復(fù)板材料的比重計(jì)算。對(duì)于比重小于5或5 10及大于
10者，這些值分別為復(fù)板厚度的(I 昏)、(I I)、(I 2)倍。因此按“最小作用量原
理”，在爆炸焊接的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)中，所選用的間距值按復(fù)板比重小于5或5 10及大于10者應(yīng)分別選取為復(fù)板厚度的I、I和2倍。若根據(jù)Kury和Aziz等人的理論結(jié)果，復(fù)板的最終碰撞速度為S = 3k δ R0其中，考慮復(fù)板最終速度等于70%v〃或100% Vp時(shí)，k分別取O. 4和O. 7 ; δ為炸藥厚度；R為炸藥質(zhì)量和復(fù)板質(zhì)量之比。同理，遵循“最小作用量原理”，按基復(fù)板間距上限法則，k O. 7。
具體實(shí)施例方式用戶(hù)需一批爆炸焊接316L/16MnR復(fù)合板。基板尺寸2000_X 10000_X20mm ;復(fù)板尺寸為2000mmX IOOOOmmX3mm。根據(jù)裝藥量最小法則，通過(guò)計(jì)算最小裝藥厚度為
I.5mm ;又根據(jù)上述間距最大法則,最大間距確定為6mm。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,爆炸焊接效果最佳，而且裝藥量大大減少，降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.爆炸焊接最小作用量裝藥方法，其特征是裝藥量按最小下限選取，而兩板間距按最大上限選取。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝藥量按最小選取，其特征是裝藥量按此式
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩板間距按最大上限選取，其特征是按Ezra或按Kury和Aziz間距計(jì)算公式取最大值。
全文摘要
在爆炸焊接過(guò)程中，裝藥量過(guò)大，將使基板和復(fù)板界面碰撞能量過(guò)大而使界面出現(xiàn)過(guò)熔現(xiàn)象，從而在結(jié)合界面產(chǎn)生很多缺陷致使界面強(qiáng)度下降，大大降低了復(fù)合板的質(zhì)量。最小作用量原理在爆炸焊接物理過(guò)程中體現(xiàn)為耗能最低原理。即界面結(jié)合能量最小可獲得最佳的結(jié)合質(zhì)量。亦即用最小的裝藥量可獲得最佳的結(jié)合界面。最小作用量裝藥方法在爆炸焊接技術(shù)中應(yīng)用，將不僅大大降低裝藥量、降低生產(chǎn)成本，而且提高了復(fù)合板界面質(zhì)量，同時(shí)簡(jiǎn)化了涉及爆炸焊接的很多關(guān)鍵問(wèn)題。爆炸焊接最小作用量裝藥方法，是指裝藥量按下限最小值選取，而兩板間距按上限最大值選取。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102873453SQ20121039374
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者史長(zhǎng)根, 熊云, 李宏偉, 汪育 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)