蛇皮穿線管結合性能研究
關鍵詞:爆炸焊接；鋁鋼復合板；原子間擴散；正弦波
隨著鋁及鋁合金結構件在現代船舶設計和建造中越來越多的應用，鋁和鋼的爆炸復合連接提供了一個很好的解決方法和手段。然而，鋁合金與鋼兩種金屬之間物理特性差異很顯著，兩種金屬之間的冶金也具有不相容性，采用常規的焊接方法很難實現兩者之間的有效連接，即要采用焊接方法實現鋁合金上層建筑與鋼質船體之間的連接，必須解決鋁合金與鋼之間異種金屬焊接的難題。而通過爆炸焊接方法能夠制造異種金屬即鋁合金一鋼的復合板并加工成過渡接頭，再使用常規焊接方法將上層鋁建筑與過渡接頭的鋁復層，船體鋼質結構與過渡接頭的鋼基層進行焊接，從而解決這一難題。爆炸焊接方式制造的鋁- 鋼過渡接頭已經有鋁- 鋼組合、鋁-鋁- 鋼組合、鋁- 鈦- 鋼組合等，隨著使用環境、使用要求的不斷改變與變化，對其綜合性能的要求也隨之不斷變化與提高。已有的鋁
- 鋁- 鋼組合、鋁- 鈦- 鋼組合已經滿足不了水下、水上大型艦船的更高施焊溫度、更大承載應力、更強結合界面及更高結構韌性的設計和使用要求。本文通過實驗對蛇皮穿線管（5083/1060/TA1/N6/304L）過渡接頭進行研究。
1 材料選擇
材料選取5083 鋁合金板（8mm×440mm×440mm）、1060 鋁板（1mm×440mm×440mm）TA1 鈦板（1mm×440mm×440mm）、N6 鎳板（1mm×440mm×440mm）、304L 不銹鋼板（30mm×400mm×400mm）。材料的化學成分如表1～表2 所示，5083 和1060 的化學成分完全符合GB/T3190-2008 的相關指標要求，TA1 的化學成分完全符合GB/T3620.1-2007 的相關指標要求，N6 的化學成分完全符合GB/T5235-2007 的相關指標要求,304L 的化學成分完全符合ASME SA240-2010 的相關指標要求。
2 爆炸焊接
爆炸焊接是以炸藥為能源的特殊焊接技術，在工程應用中常采用平行安裝法和角度安裝法兩種方法進行爆炸焊接。本文采用平行安裝法及自行研制的炸藥爆炸焊接而成，起爆點設置于邊部中心，爆炸復合裝置示意圖如圖1 所示。由于所選材料長度較長，超出了
常規炸藥的穩定爆轟距離，所以復合板使用自行研制的專用炸藥，并采用特殊的布藥工藝爆炸加工而成。工藝參數的選擇依據文獻[4]給出的式（1）計算，并在試驗基礎上對其做了改進，式中me 為裝藥量，δ為基復板之間的支撐物高度， ，tp 分別為復板材料的密度和厚度， ，te 分別為炸藥密度及厚度。K 為與試驗材料有關的系數。
3 復合板界面性能
3.1 性能檢測
3.1.1 分離試驗
對鋁/ 不銹鋼復合板進行了界面的力學性能檢驗，取樣位置設在復合板端部，對此板接頭最薄弱的一層1060/Ti 界面進行分離實驗，檢驗結果如表3 所示，目標值執行用戶內控標準要求：從表3 看出，鋁/ 不銹鋼界面的分離強度182MPa,遠遠超出了目標值（120MPa）的要求。國外對鋁- 鋁- 鋼過渡接頭性能指標要求主要有美國軍用標準MIL－J－24445A（SH）《鋁－鋼雙金屬接頭》，該標準規定復合材料的抗分離強度為76MPa，鋁－鋼界面的剪切強度為56 MPa，國內目前還沒有該過渡接頭的國家標準，725 研究所編制的企業標準Q/725－1100－2001《鋁－鋁－鋼過渡接頭》規定界面剪切強度為0MPa，拉脫強度為80MPa，略高于美國標準；國外對鋁- 鈦- 鋼過渡接頭性能指標要求主要有日本輕金屬協會標準LWSB8102《鋁合金－鋼過渡接頭》，該標準規定復合材料的抗拉強度為137MPa，鋁合金－鈦界面的剪切強度為78 MPa，鈦－鋼界面的剪切強度為137 MPa；國內我研究所編制的CB1343-98《鋁- 鋼過渡接頭規范》規定與日本標準相當。
3.1.2 耐壓試驗
試樣加工規格為Φ50×δ5.0×6.0，退火態，壓力為10MPa，設備型號為CEM-20B，保壓時間為5s。檢驗結論：該復合管復合界面未發現變形和泄漏。
3.1.3 低溫試驗
將接頭放在液氮中浸泡5min，取出后，用自來水沖刷，直至接頭溫度達到室溫時，再放入液氮中進行浸泡。如此循環5 次，觀察接縫處，無裂紋、變形，進行分離試驗。本實驗在接頭經過
低溫循環后再次測量接頭分離強度，實驗結果為129MPa，大于該標準所要求的120MPa。從以上三點可以看出按照此種加工工藝生產的復合板界面的力學性能良好，均能滿足用戶設計和使用要求。
3.2 界面形態
由圖2-4 中的金相組織照片可以看出，產品各層之間的結合界面為均勻的波狀結合。主要是因為復層（5083）和過渡層（1060、TA1、N6）在炸藥爆轟能量的作用下，以一定的傾斜角度與基板（304L）在高溫高壓的作用下瞬間實現冶金結合。還可以看出，Ti/N6 界面波長與N6/304L 幾乎相當，大約是1060/Ti 界面波長的三分之一。同時還可以清晰地看到，在結合界面處，波前位置有漩渦，有熔化塊形成，但在其余部分很少出現熔化塊，熔化層之類影響復合板性能的現象出現。
3.3 成品檢測
對5083/1060/Ti/N6/304L 五層復合板進行校平后，機加成Ф245/Ф250mm，Ф55/Ф60mm，Ф35/Ф40mm 仿用戶接頭，并對接頭雙面PT 試驗。PT 試驗后無發現任何不結合現象，見圖4、圖5。
4 結論
4.1 本文通過性能檢測、界面形態和成品檢測的方式研究了鋁/ 不銹鋼復合板的結合性能。
4.2 鋁/ 不銹鋼復合板最薄弱界面（1060/TA1） 的分離強度182MPa,大于用戶要求的120MPa 和國際對鋁鋼復合板要求，完全滿足用戶要求。
4.3 對鋁/ 不銹鋼板接頭進行耐壓實- 復合板界面無出現變形和泄漏現象；此板接頭進行低溫實驗，分離性能達到129MPa,滿足用戶要求；
4.4 從界面形態的分析得出，鋁/ 鈦、鈦/ 鎳、鎳/ 不銹鋼界面呈規則的正弦波形，產生了比較明顯的塑性變形，未見影響其結合力學性能的金屬間化合物生成。
- 上一篇：蛇皮穿線管生產廠家列表 2016/7/18
- 下一篇：連接快速方便且安裝連接可靠的金屬軟管接頭 2016/5/11
