鈦-不銹鋼爆炸復合接頭棒品質(zhì)特性的相互關(guān)系

李 瑩，王禮營，龐國慶，朱 磊，趙 惠

(1.西安天力金屬復合材料有限公司，西安 710201；2.陜西省層狀金屬復合材料工程研究中心， 西安 710201)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

鈦-不銹鋼爆炸復合接頭棒品質(zhì)特性的相互關(guān)系

李 瑩1,2，王禮營1,2，龐國慶1，朱 磊1,2，趙 惠1,2

(1.西安天力金屬復合材料有限公司，西安 710201；2.陜西省層狀金屬復合材料工程研究中心， 西安 710201)

如何利用有限的爆炸時間窗口完成接頭棒的爆炸焊接，通過多年的經(jīng)驗總結(jié)，爆炸焊接頭棒品質(zhì)特性之間存在相互影響關(guān)系，爆炸復合工作結(jié)束后對當天的接頭棒進行目測、超聲波探傷及拉剪強度檢驗，結(jié)果合格即可繼續(xù)工作，該方法安全可靠，對實際生產(chǎn)效率有顯著提高。

爆炸焊接；過渡接頭；品質(zhì)特性

鈦-不銹鋼爆炸復合過渡接頭棒主要應用在航空航天領(lǐng)域，是天力公司非常重要的產(chǎn)品之一，由于該產(chǎn)品結(jié)合界面拉剪強度要求≥300 MPa，其他各項性能指標要求也非常嚴格，因此爆炸復合時間窗口非常有限，怎樣利用有限的時間完成目前大量的訂貨任務，每天爆炸復合的過渡接頭棒質(zhì)量如何，如果靠各項檢驗結(jié)果出來后再做判定，時間上是絕對不允許的，依靠多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，對當天的爆炸復合接頭棒做幾項檢驗，包括：在炮場的目測檢驗、回廠后的超聲波探傷檢驗以及拉剪強度的抽檢，根據(jù)這幾項檢測結(jié)果和相關(guān)工況條件的變化，即可作出結(jié)論可以繼續(xù)進行爆炸復合，以前我們是這樣做的，都是成功的，有道理說明只要工況條件不出意外，這幾項檢驗結(jié)果好就可以滿足性能指標要求。下面對爆炸復合過渡接頭棒品質(zhì)特性的相互關(guān)系進行詳細描述。

1 目測觀察外觀形貌與質(zhì)量缺陷的相互關(guān)系

當現(xiàn)場觀察到接頭棒尾部收縮段(鈦棒的根部)發(fā)現(xiàn)有射流坑或者鈦棒端一頭偏斜(圖1(a)所示)，這種情況下一般表現(xiàn)為尾部不結(jié)合區(qū)略長；當整根接頭棒呈現(xiàn)側(cè)向彎曲時，且一側(cè)表面有燒蝕顏色的稱其為射流彎棒(圖1(b)所示)，那么此根接頭棒整根則表現(xiàn)為貫通性的半邊不結(jié)合。

圖1 具有質(zhì)量缺陷接頭棒的外觀形貌

這是因為在爆炸復合過程當中爆轟波傳遞時出現(xiàn)了不一致現(xiàn)象，復層不銹鋼對鈦的傾斜碰撞同樣也不是同步一致的，因而導致了接頭棒的半邊不結(jié)合現(xiàn)象。

2 超聲波探傷驗證

對接頭棒進行超聲波探傷檢查時，如出現(xiàn)圖2(a)所示波形時則顯示為接頭棒是完全結(jié)合的，沒有不結(jié)合缺陷存在。對上述射流彎棒進行超聲波探傷檢查時正如目測觀察到的一樣，整根接頭棒呈現(xiàn)部分不結(jié)合狀態(tài)，探傷圖形如圖2(b)所示。

圖2 超聲波探傷波形

根據(jù)圖3(a)所示超聲波探傷結(jié)合區(qū)與不結(jié)合區(qū)劃線部位的解剖觀察，在圖3(b)金相圖中我們可以看到超聲波探傷不結(jié)合區(qū)與結(jié)合區(qū)的劃分是準確可靠的，在結(jié)合區(qū)內(nèi)無不結(jié)合缺陷存在。

圖3 質(zhì)量缺陷接頭棒超聲波檢測結(jié)果與金相對應關(guān)系

3 拉剪強度測試驗證

經(jīng)過目視檢驗和超聲波探傷檢驗后，基本可以判定接頭棒結(jié)合質(zhì)量的好與壞，由于圖1(b)出現(xiàn)的接頭棒半邊不結(jié)合，因此不再進行拉剪強度檢驗。針對出現(xiàn)圖1(a)中現(xiàn)象的不結(jié)合長度較長的接頭棒和結(jié)合完好的接頭棒分別進行了拉剪強度的檢驗，試樣如圖4所示，結(jié)果如表1和表2所示，試樣斷裂圖如圖5和圖6所示。

圖4 拉剪試樣結(jié)構(gòu)

表1 質(zhì)量缺陷復合棒拉剪強度檢驗結(jié)果

實驗1實驗2實驗3實驗4平均值斷裂位置225220245215226全斷界面

表2 結(jié)合完好復合棒拉剪強度檢驗結(jié)果

圖5 質(zhì)量缺陷復合棒拉剪試樣斷裂圖

圖6 結(jié)合完好復合棒拉剪試樣斷裂圖

由以上結(jié)果可以看出，結(jié)合完好的接頭棒的拉剪強度明顯高于目測檢驗有質(zhì)量缺陷的接頭棒的拉剪強度，試樣斷裂位置也不同，這說明目測檢驗和超聲波探傷檢驗后發(fā)現(xiàn)有異常的接頭棒其質(zhì)量的確是有問題的，驗證了目測檢驗的結(jié)果是可靠的。

4 輔助金相檢驗

在超聲波探傷示波圖中顯示結(jié)合狀態(tài)完好的區(qū)域內(nèi)通過解剖做金相觀察，其界面呈現(xiàn)典型的金屬爆炸復合波形結(jié)合特征[1，2]，如圖7所示。最佳的整體性表明炸藥的爆炸能量得到了合理的利用，冶金缺陷受到了很好的控制，結(jié)合狀態(tài)俱佳。

圖7 鈦-不銹鋼結(jié)合界面(×100)

在同樣為波形結(jié)合界面的圖8中看到結(jié)合界面波形較大，且出現(xiàn)了嚴重的剪滑移現(xiàn)象[3]，通過此照片所顯示的圖形說明爆炸能量偏大，大的碰撞能在一定的工藝條件下形成了大波紋結(jié)合。針對此類復合棒進行了技術(shù)指標中要求的其他試驗，如拉剪強度(額外增加顯微硬度)、疲勞性能和氣密性試驗，結(jié)果與圖7所示批次的復合棒對比(基、復材批號相同)，有如下規(guī)律，如表3所示。

圖8 鈦-不銹鋼界面形態(tài)偏離(×100)

表3的結(jié)果說明，隨著爆炸輸入能量的增大，界面的顯微硬度提高，這時表現(xiàn)出界面的拉剪強度是增大的，這主要是材料硬化的結(jié)果，文獻[2]中對此問題進行了討論，但是隨著爆炸輸入能量的增大，材料疲勞性能循環(huán)次數(shù)是減小的，也驗證了不能無限制的增大炸藥能量。過大的能量會導致界面金屬間化合物的增加，反而會降低界面強度。

表3 圖7與圖8批次復合棒各項性能對比

5 結(jié)論

經(jīng)過多年經(jīng)驗總結(jié)，目測檢驗可以初步判定爆炸焊接接頭棒的結(jié)合質(zhì)量，輔助超聲波探傷檢驗和拉剪強度的抽檢即可指導生產(chǎn)，該方法安全可靠，為在有限的時間窗口內(nèi)完成更多的接頭棒生產(chǎn)任務提供了可靠的保障。

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(責任編輯 周江川)

Relationship of Quality Characteristics for Titanium-Stainless Steel Joint Clad Bar

LI Ying1, 2, WANG Li-ying1, 2, PANG Guo-qing1, 2, ZHU Lei1, 2, ZHAO Hui1,2

(1. Xi’an Tianli Clad Metal Materials Co., Ltd., Xi’an 710201,China; 2.Shaanxi Engineering Research Center of Metal Clad Plate, Xi’an 710201,China)

How to use the limited time to produce so many joint clad bars？Through years of experience, we concluded that the joint clad bars have mutual influence relations between quality characteristics. After explosive composite work, we dealt with joint clad bar with visual, ultrasonic testing and tensile shear strength test. If the result is qualified, we will continue to work. The method is safe and reliable, and has the remarkable influence to the actual production efficiency.

explosive welding; transition of joint clad bar; quality characteristic

2014-11-15

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)(2013AA031303)

李瑩(1981—)，女，工程師，主要從事爆炸復合材料的制備研究。

10.11809/scbgxb2015.08.007

李瑩，王禮營，龐國慶，等.鈦-不銹鋼爆炸復合接頭棒品質(zhì)特性的相互關(guān)系[J].四川兵工學報，2015(8):26-28.

format:LI Ying, WANG Li-ying, PANG Guo-qing,et al.Relationship of Quality Characteristics for Titanium-Stainless Steel Joint Clad Bar[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):26-28.

TG456

A

1006-0707(2015)08-0026-03