本發明屬于金屬板復合的技術領域，特別涉及一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法及爆炸裝置。

背景技術：

金屬復合材料是利用復合技術使兩種或兩種以上物理、化學、力學性能不同的金屬材料實現冶金結合而形成的復合材料。金屬復合材料在保持母材金屬特性的同時利用“相補效應”彌補各自的不足，以提高母材的斷裂韌性、沖擊韌性、耐腐蝕性、熱膨脹性、電磁性能、耐高溫性、耐磨損性等性能，已廣泛應用于航空航天、石油、電力、汽車、艦船、化工等諸多領域。

金屬復材料的生產方法總體上分為三類：固-固相復合法、液-固相復合法和液-液相復合法。目前層狀金屬板復合主要生產方法包括爆炸焊接、軋制、爆炸+軋制復合法，都屬于固-固相復合這一類，而且參與復合的固相均為表面平整的板材。爆炸復合法是以炸藥為能源，在爆轟波和爆轟產物的作用下實現金屬間焊接的一種方法。傳統爆炸復合必須使用低爆速炸藥，保證板材間空氣排出，不同金屬材料焊接窗口狹窄，限制了焊接技術，對板材厚度也有一定要求，污染嚴重，而且不適宜連續化生產。采用槽型熱熔相結合的界面爆炸復合的方法可以克服傳統爆炸焊接的以上缺點。

在已公開發表的文獻、專利、資料中，尚未查閱到槽型熱熔界面復爆炸合的方法，即以開槽的基板和澆鑄的覆板相復合的固-液結合法，再經過爆炸復合法進一步焊接的固-固界面復合技術的報道。

技術實現要素：

本發明提出一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法及爆炸裝置，該方法使表面帶有槽型的基板與澆筑法覆蓋的覆板配合后，在炸藥能量的作用下通過擠壓結合的方式復合在一起。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了如下的技術方案：

本發明提出一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，該方法先在金屬基板表面開槽，將開槽的界面清洗干凈，然后將覆板所用原材料在高溫爐中熔化，部分熔化液流入槽中，在高溫液體的熱力作用和槽型的力學作用下，達到覆板與基板的初步復合，然后再用爆炸方法使覆板進一步被擠壓到槽內，基板與覆板相互擠壓，密實結合，在兩金屬板界面形成緊密的結合力。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，所述的槽型根據需要可以開出不同形狀，如燕尾型(開槽尺寸參考范圍：上底：2.0-0.6mm，下底：3.0-10.0mm，高度：0.5-8.0mm)、工字型(開槽尺寸參考范圍：長：3.0-10.0mm，寬：2.0-8.0mm，開口：2.0-6.0mm，距離邊界：1.0-5.0mm)等。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，所述的兩種金屬熔點應該有一定的溫差(溫差參考范圍：200-600℃)。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，所述炸藥對品種、爆速無特別要求，無論單質、混合炸藥，還是低爆速、高爆速炸藥均可實現復合。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，所用炸藥采用蜂窩鋁結構，可節省炸藥量和復合時間，同時減少大氣污染、噪聲污染、振動和超壓。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，基板開出槽后，對于覆板沒有嚴格的尺寸要求，只要將其熔化澆鑄在基板上即可，液態金屬自動流入槽內，從而保證基板與覆板的固-液熱熔合。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，覆板澆筑在基板上，根據實際需要可以在高溫爐外進行，也可以在高溫爐中直接將覆板熔化在基板上，冷卻后相互熱熔合。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，該方法可以包括如下步驟：

步驟(1)用砂紙打磨基板正反面及周邊，使金屬表面光潔平整后，再將開好槽的基板帶界面用酒精結合面擦洗；

步驟(2)將覆板所用金屬原材料放入高溫爐中熔化，取出，均勻澆鑄在基板上，使覆板和基板配合；

步驟(3)基板、覆板配合后，放在爆炸場，再用pvc薄膜和透明膠帶密封基板、覆板；

步驟(4)將炸藥平鋪在覆板上，雷管放在炸藥的一端固定；

步驟(5)準備完畢后，連線、充電、起爆，回收金屬板。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，該方法可以包括如下步驟：

步驟(1)用砂紙打磨基板正反面及周邊，使金屬表面光潔平整后，再將開好槽的基板帶界面用酒精結合面擦洗；

步驟(2)將裝有基板和覆板原材料的模具放入高溫爐中，加熱至覆板充分熔化，流入槽腔中冷卻后，取出，基、覆板得以熱熔合；

步驟(3)基、覆板熱熔合后，放在爆炸場，再用pvc薄膜和透明膠帶密封基、覆板；

步驟(4)將炸藥平鋪在覆板上，雷管放在炸藥的一端固定；

步驟(5)準備完畢后，連線、充電、起爆，回收金屬板。

另外提供一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的爆炸裝置，該爆炸裝置包括膠體水罐、膠體水、雷管、蓋板、炸藥、pvc薄膜、覆板、基板和砂土基礎，該裝置的部件組成以及部件的關系如下，將膠體水罐放到砂土基礎上，在熔鑄法復合的基板和覆板上鋪一層炸藥，并用蓋板蓋住，用膠帶綁定，并把雷管固定在炸藥上，然后整體放入膠體水罐中，將預先做好的膠體水注入膠體水罐中。

如上所述的一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的爆炸裝置，所使用的爆炸裝置中的膠體水，是一種加入了高分子化合物的透明質水，增加了水的阻力，有利于吸收爆炸產生的多余能量，降低對周環境的影響。

本發明的原理在于：

本發明可概括為：表面開出均布槽型的基板，然后將覆板所用金屬熔化澆筑在基板上，部分熔化的金屬流入基板的槽中，在高溫液體的熱作用和槽型的力學作用下，達到覆板與基板的初步復合，然后，在炸藥爆炸形成的爆轟波及爆轟產物作用下，覆板產生微小形變，進一步被擠壓到燕尾槽內，基板與覆板相互擠壓，兩板接觸部分則以冶金方式復合，在兩金屬板界面形成緊密的結合力。上述技術方案對炸藥品種、爆速均無特別要求，無論單質、混合炸藥，還是高爆速、低爆速炸藥均可實現金屬板復合。上述技術方案的基板開出槽可以根據需要改變不同的形狀，對于覆板沒有尺寸的要求，只要將其熔化澆鑄在基板上即可，液態金屬自動流入槽腔內，從而保證基板與覆板的配合。再用爆炸法進一步壓實。

與現有技術相比，本發明所具備的優異性和顯著特點在于：

(1)本發明單位面積炸藥量小，采用蜂窩鋁裝藥結構，可節省炸藥量和復合時間，同時減少大氣污染、噪聲污染、振動和超壓。

(2)本發明金屬板的材質和尺寸不受限制。物理性能差異較大的金屬板以及大面積金屬板均可實現較好的復合，結合面強度高。

(3)由于覆板采用液態澆筑法，則開出槽的金屬基板對尺寸的精確度可以適當放寬，使工藝上更容易實現。采用爆炸復合法焊接無邊界效應，邊緣處復合效果良好，而且爆炸焊接“窗口”下限和上限均增大。

(4)基板所開槽根據需要具有多樣性，滿足不同情況的需要。

(5)本發明生產的復合板沒有改變結合界面兩側板材的物理和化學性質。熔點和密度等物理性質差異較大的金屬爆炸焊接界面常產生過熔現象和脆性金屬間化合物，當金屬板面積較大時，因結合界面熔化層過大導致焊接質量不合格。表面開出槽型的基板。然后將覆板所用金屬熔化澆筑基板上，部分熔化液流入槽腔中，在高溫液體的熱作用和槽型的力學作用下，達到覆板與基板的初步復合，然后再用炸藥爆炸形成的爆轟波及爆轟產物作用下，覆板產生微小形變，進一步被擠壓到槽腔內，基板與覆板相互擠壓，兩板接觸部分則以冶金方式復合，在兩金屬板界面形成緊密的結合力。復合板結合界面無過熔現象出現，結合界面兩側的基、覆板的物理和化學性質基本保持不變。

附圖說明

圖1為基板開工型槽示意圖；

圖2為基板開縱橫交錯工型槽示意圖；

圖3為基板開燕尾型槽示意圖；

圖4為基板開縱橫交錯燕尾型槽示意圖；

圖5為爆炸裝置示意圖，圖中1為水罐；2為膠體水；3為雷管；4為蓋板；5為炸藥；6為pvc薄膜；7為覆板；8為基板；9為砂土基礎。

具體實施方式

下面結合附圖，用實施例來進一步說明本發明的實質性內容，但并不以此來限定本發明。

如圖5所示，一種金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的爆炸裝置，該爆炸裝置包括膠體水罐1、膠體水2、雷管3、蓋板4、炸藥5、pvc薄膜6、覆板7、基板8和砂土基礎9。該裝置的部件組成以及部件的關系如下，將膠體水罐1放到砂土基礎上9，在熔鑄法復合的基板8和覆板7上鋪一層炸藥5，并用蓋板4蓋住，用膠帶和pvc薄膜綁定，并把雷管3固定在炸藥上。然后整體放入膠體水罐中。將預先做好的膠體水注入膠體水罐1中。

實施例1：

覆板和基板材質分別為鋁和碳鋼，碳鋼作為基板，碳鋼尺寸200mm×100mm×30mm，表面每隔3mm開出工字槽，工字槽長4mm，寬2mm，開口2mm，距離邊界2mm，如圖1所示，將覆板所用原材料鋁塊放在高溫爐中熔化，取出，均勻澆鑄在碳鋼板上，冷卻形成覆板。金屬板復合采用粘結炸藥，rdx和硝化棉的配比為95:5，用鋁板覆蓋，實驗裝置示意圖如圖5所示。實驗步驟：(1)使用砂紙打磨基板8正反面及周邊，使金屬板表面光潔、平整后，再用酒精擦洗干凈待結合面。(2)將鋁塊去除雜質，放入高溫爐中熔化，取出，均勻澆鑄在基板上，部分液態鋁流入工字槽腔中，冷卻形成覆板7。(3)蓋板4表面放置蜂窩鋁藥框后，將炸藥5平鋪在藥框里，然后將雷管3放置在炸藥中心位置，與蓋板4垂直。(4)覆板7和基板8待結合面配合后，放置在砂土基礎9上。(5)將pvc薄膜6覆蓋覆板7上，再將將蓋板4連同炸藥放到pvc薄膜6上。(6)向膠體水罐1灌滿膠體水2。(7)準備完畢后，連線、充電、起爆、回收金屬板。

實施例2：

本實驗選用鋁和sus304不銹鋼板分別作為金屬板復合的覆板和基板，不銹鋼尺寸200mm×150mm×20mm，基板表面每隔3mm開出縱橫交錯工字槽。工字槽長4mm，寬2mm，開口2mm，距離邊界2mm，如圖2所示。所示將覆板所用原材料鋁塊放在高溫爐中熔化，均勻澆在不銹鋼板上，冷卻形成覆板。粘結炸藥尺寸和基板、覆板長寬相當，高度1mm。實驗裝置示意圖如圖5所示。實驗步驟：(1)使用砂紙打磨基板8正反面及周邊，使金屬板表面光潔、平整后，再用酒精將待結合面擦洗干凈。將鋁塊放入高溫爐中熔化，去除雜質，均勻澆鑄在基板上，液態鋁流入燕尾槽中，冷卻形成覆板7。(2)基、覆板配合后，放在爆炸場，抽成真空，再用pvc薄膜和透明膠帶密封基、覆板。(3)抽成真空后將兩對間隙配合的基、覆板對稱放置，再將炸藥5緊貼在兩覆板表面。(4)雷管1放置在炸藥5上邊的中間位置，且與水平面平行，然后向其中注滿膠體水2。(5)準備完畢后，連線、充電、起爆。(6)打開排氣扇，排煙完畢后，取出金屬板，檢查復合質量。試驗后觀察鋁板和不銹鋼板燕尾槽界面復合良好。

實施例3：

本實驗采用銅和sus304不銹鋼分別作為金屬板復合的覆板和基板，基板尺寸為150mm×150mm×18mm。基板表面每隔3mm開出上底面2mm、下底面3mm、高1mm的燕尾槽(如圖3)。基板尺寸根據實際需要確定，，將覆板所用原材料鋁放在高溫爐中熔化，取出均勻澆在sus304不銹鋼板上，冷卻形成覆板。本實驗采用乳化炸藥進行金屬板復合，乳化基質和玻璃微球配比為96:4。乳化炸藥上表面覆蓋一塊與基板和覆板尺寸相當的鋁板加強約束，保證炸藥穩定傳爆。

實施例4：

本實驗選用鋁和鈦鋼板分別作為金屬板復合的覆板和基板，基板尺寸1000mm×2000mm×24mm，基板表面每隔4mm開出縱橫交錯燕尾型槽，基板表面開燕尾槽上底面為2mm、下底面4mm、高2mm的燕尾槽(如圖4)，將覆板所用原材料鋁放入高溫爐中熔化，取出，均勻澆筑在鈦鋼板上，冷卻，形成覆板。基板覆板表面打磨、擦洗干凈后，采用熱熔法和爆炸法進行復合。

實施例5：

本實驗選用銅和碳鋼分別作為金屬板復合的覆板和基板，基板尺寸150mm×150mm×18mm，基板表面每隔2.5mm開出上底面2mm、下底面2.5mm、高0.5mm的燕尾槽(如圖3)。覆板鋁表面不用開槽，和基板尺寸一樣大，直接放在基板上面，同時將基板覆板放入高溫爐中，加熱到覆板充分熔化溫度，而基板并未熔化，冷卻，取出。實驗步驟：(1)使用砂紙打磨基板8正反面及周邊，使金屬板表面光潔、平整后，再用酒精將待結合面擦洗干凈。放入模型中，將鋁片直接鋪在基板上。(2)將裝有基板和銅的模具放入高溫爐中，加熱至銅充分熔化。冷卻后，取出，基、覆板得以間隙配合。(3)蓋板4表面放置蜂窩鋁藥框后，將炸藥5平鋪在藥框里，然后將雷管3放置在炸藥中心位置，與蓋板4垂直。(4)覆板7和基板8待結合面配合后，放置在砂土基礎9上。(5)將pvc薄膜6覆蓋覆板7上，再將將蓋板4連同炸藥放到pvc薄膜6上。(6)向膠體水罐1灌滿膠體水2。(7)準備完畢后，連線、充電、起爆、回收金屬板。

本發明的金屬板材的槽型熱熔界面爆炸復合的方法，采用固-液結合的熱力熔焊、固-固結合的爆炸復合、軋制法等方法實現。該方法為表面開出均布槽型的基板，然后將覆板所用金屬熔化澆筑在基板上，部分熔化的金屬流入基板的槽中，在高溫液體的熱力作用和槽型的力學作用下，達到覆板與基板的初步復合，然后，在炸藥爆炸形成的爆轟波及爆轟產物作用下，覆板產生微小形變，進一步被擠壓到槽腔內，基板與覆板相互擠壓，兩板接觸部分則以冶金方式復合，在兩金屬板界面形成緊密的結合力。結合界面兩側金屬板材的物理和化學性質沒有發生改變，可進行大面積金屬板復合；對基板尺寸的精度可以適當放寬，對覆板沒有尺寸要求，加工過程方便；單位復合面積炸藥量小，減少了大氣污染、噪聲污染、爆炸振動和超壓；帶有槽型的金屬板爆炸焊接時無邊界效應，邊緣處復合效果良好，而且爆炸焊接“窗口”下限和上限均增大。本發明的金屬板材的槽型-熱力熔焊界面復合的方法技術可用于化工反應容器、艦船等領域以滿足大面積金屬復合板的需求。