爆炸焊接参数对钛钢复合板界面波的影响

第37卷第2期南京理工大学学报V01．37N o．2爆炸焊接参数对钛钢复合板界面波的影响王小绪，何勇(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：为了研究爆炸焊接参数对界面波的影响，该文采用小倾角法对杉钢进行爆炸焊接，得到了不同碰撞速度和碰撞角下连续变化的界面波。

通过金相显微观察测量了不同位置界面波的波长和波高。

采用光滑粒子动力学无网格方法对小倾角法爆炸焊接过程进行了数值模拟，计算出不同位置的碰撞速度、碰撞角、比压强。

研究表明，碰撞速度和碰撞角是影响界面波形的关键参数，当碰撞速度为648m／s，碰撞角为16．1。

时，界面波开始生成。

随着碰撞速度和碰撞角的增加，界面波波长和波高逐渐增加，比波长先减小后增加。

关键词：爆炸焊接；界面波；碰撞速度；碰撞角；光滑粒子动力学法中图分类号：0389文章编号：1005—9830(2013)02-0215-04I nf l uenc e of par am e t er s of expl osi ve w el di ng on i nt er faci al w avesof T i／s t ee l com pos i t e pl at eW a ng X i aoxu，H e Y ong(School of M ec ha ni c al E ngi neeri ng，N U ST，N anj i ng210094，C hi na)A bs t r a ct：I n or der t o st udy t he i nf l uenc e of expl osi v e w el di ng pa r am e t er s o n t he i nt erf aci al w aves，t he expl osi v e w el di ng expe r i m ent w i t h sm al l i ncl i nat i on i s pe r f or m ed，and i nt erf aci al w aves a r e obt ai ned under di f f erent i m pac t vel oci t i es and i m pac t angl es．T he w a v e l engt h and w a v e hei ght a r e m ea s ur ed by t he m or phol ogy of i nt erf aci al w a ves．T he expl osi v e w el di ng w i t h sm al l i ncl i nat i on i s nu—m er i cal l y si m ul a t ed us i ng s m oot hed par t i ol e hydr odynam i c s m et hod，a nd t hepa r am e t er sof t he i m pac tvel oci t y，t he i m pac t angl e and t he s peci f i c pr es s ur e a r e cal cu l at ed．T he r es ul t s s howt hat t he i m pac tvel oci t y and i m pac t angl e a r e t he key pa r a m e t e r af f ect i ng i nt erf aci al w aves．W hen t he i m pac t vel oci t yi s648m／s and t he i m pac t angl e i s16．1。

，t he i nt erf aci al w aves be gi n t ofor m．The w ave l engt h andw a v e hei ght i ncr ease w i t h t he i m pac t vel oci t y and t he i m pac t angl e i nc r easi ng，and t he s peci fi cw a ve l engt h f i r st dec r eas es and t he n i ncr ea se s．K ey w or ds：expl osi ve w el di ng；i nt er f aci al w a ves；i m pac t vel oci t y；i m pact angl e；sm oot hed par t i ol e hy—dr odynam i c s m et hod收稿日期：2012—12—10修回日期：2013一03一04基金项目：中国博士后基金(201l M500929)；部委技术基础科研项目(C1820130005)；江苏省博士后基金(1101003B)作者简介：王小绪(1971一)，男，博士生，副研究员，主要研究方向：航空宇航推进技术与理论，E-m ai l：w angxx@ nj ust．edu．ca。

引文格式：王小绪，何勇．爆炸焊接参数对钛钢复合板界面波的影响[J]．南京理工大学学报，2013，37(2)：215—218．投稿网址：ht t p：／／nj l gdxxb．paperonce．or g216南京理工大学学报第37卷第2期爆炸焊接是一种高能率固相焊接方法，它利用炸药爆轰驱动复板与基板高速撞击来实现焊接。

焊接后，在复板与基板的结合面处会产生准正弦波形状的波纹，称为界面波。

界面波是判断爆炸焊接结合强度的一个标准，细小而规则的界面波表示基复板结合强度高，无界面波或界面波过大，则表示结合强度较差¨o J。

目前，有关爆炸焊接参数对界面波的影响的研究较少。

郑哲敏等旧1和史长根等[41对界面波的形成机理进行了探索研究，提出了几种成波机理。

张登霞、李国豪通过对称爆炸焊接实验研究了界面波与比强度的关系”J。

张越举讨论了爆炸焊接时获得高强度结合和规则界面波的条件【6J。

国外，G ul enc【71和A kbar i旧1等人通过试验和数值模拟简单分析了界面波的形成条件。

现有研究表明，爆炸焊接界面波的形成原因十分复杂，对其形成机理进行研究，有助于优化爆炸焊接工艺参数，提高爆炸焊接复合板的结合质量。

本文采用小倾角法对钛／钢进行爆炸焊接，实现了不同碰撞速度和碰撞角下的一次性爆炸焊接。

采用光滑粒子动力学(Sm oot hed par t i cl e hydr odyni m i cs，SPH)无网格方法对小倾角实验进行数值模拟，计算出了不同位置的碰撞速度、碰撞角和比压强，重点分析了上述因素对界面波波形参数的影响，给出钛钢复合板界面波的形成条件。

1小倾角法实验小倾角法爆炸焊接实验是将复板和基板预置一定的角度，一般为20一6。

，使复板与基板的间距连续变化，在不同的加速距离下获得连续变化的碰撞速度和碰撞角，实验装置如图1(a)所示，在炸药爆轰驱动下，飞板和基板发生碰撞焊接，相关动态参数如图1(b)所示，其中秽。

为碰撞速度，％为炸药爆速，％为碰撞点移动速度，卢为碰撞角，对小倾角法秽。

和卢为变量。

钛钢小倾角法爆炸焊接实验采用的复板为TA l钛板，密度4．5g／er a3，抗拉强度440M Pa。

基板为Q345钢，密度7．8g／cm3，抗拉强度530M Pa，静态屈服强度335M Pa。

炸药为改性铵油炸药，装药密度0．84g／cm3，爆速秽d=2600m／s，装药厚度30nl l n。

复板尺寸为400m m xl60m m×2nl nl，基板尺寸为360m nl×160nl m xl0r ai n，预置倾角为3。

，最大间距为19m l n。

复板与炸药接触表面涂抹黄油防止烧蚀。

雷管炸药复板基板(a)实验装置(b)动态参数图1小倾角法爆炸焊接装置及参数示意图2实验结果与分析爆炸焊接后得到的钛钢复合板结合很好，无空鼓和开裂，表面无烧蚀。

在钛钢复合板中心，沿长度方向切割出360m m长，20m m宽的条形试样，再切分成9个试样，每个试样长40m m，进行金相显微观察，钛钢复合板的界面波如图2所示。

从图2可以看出，在试样1的结合界面平直无波纹，试样2的左半部无波纹，右半部开始出现细小波纹，其他7个试样的结合界面都有波纹产生，而且沿爆轰波传播方向界面波越来越明显。

图2钛钢复台板界面波为了分析各试样的界面波波形，在每个试样的中间位置，进行50倍金相显微观察，如图3所示。

由图3可以看出，试样1基本无界面波，其余8个试样的界面波形状相似，波长逐渐增大。

在图3中测量9个试样中间位置界面波的波形参数，见表1。

其中，位置表示界面波波峰至起爆点的距离，比波长为波长与波高的比值。

从表1可以看出。

在距离起爆点60m l n处界面波的波长、波高和比波长均发生了突变，说明此处开始产生界面波。

此后随着远离起爆点，波长和波高逐渐增加，比波长先减小后增加。

218南京理工大学学报第37卷第2期由图5可见，越靠近碰撞点压力越大，碰撞点处的最大压力为6510M P a。

计算出各点的碰撞速度，碰撞角，压强及比压强列于表2。

由表2可见，随着远离起爆点，碰撞速度、碰撞角、压强和比压强(碰撞点压力与基板屈服强度之比)逐渐增加。

其中碰撞速度和比压强的变化比较平缓，随着比压强的增大，材料接近流体状态，伴随碰撞角的增大，波纹逐渐形成并增大。

对本文试验而言，在距离起爆点60m m处，伴随碰撞角发生了突变，波纹逐渐形成，这说明碰撞角是影响界面波形成的关键参数，此时比压强为11．3。

表2不同位置的爆炸焊接参数4结论通过对钛钢进行小倾角法爆炸焊接实验和SPH无网格法数值模拟，可以得出如下结论：(1)随着碰撞速度和碰撞角的增加，界面波的波长和波高逐渐增加，比波长先减小后增加；(2)碰撞速度和碰撞角是影响界面波形成的关键参数；(3)当碰撞速度为648m／s，碰撞角为16．1o时，界面波开始形成，此时的比压强为11．3。

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