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關(guān)鍵詞:爆炸焊接；鋁鋼復(fù)合板；原子間擴(kuò)散；正弦波

隨著鋁及鋁合金結(jié)構(gòu)件在現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)和建造中越來(lái)越多的應(yīng)用，鋁和鋼的爆炸復(fù)合連接提供了一個(gè)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(guī)的焊接方法很難實(shí)現(xiàn)兩者之間的有效連接，即要采用焊接方法實(shí)現(xiàn)鋁合金上層建筑與鋼質(zhì)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(guò)爆炸焊接方法能夠制造異種金屬即鋁合金一鋼的復(fù)合板并加工成過(guò)渡接頭，再使用常規(guī)焊接方法將上層鋁建筑與過(guò)渡接頭的鋁復(fù)層，船體鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)與過(guò)渡接頭的鋼基層進(jìn)行焊接，從而解決這一難題。爆炸焊接方式制造的鋁- 鋼過(guò)渡接頭已經(jīng)有鋁- 鋼組合、鋁-鋁- 鋼組合、鋁- 鈦- 鋼組合等，隨著使用環(huán)境、使用要求的不斷改變與變化，對(duì)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(jīng)滿足不了水下、水上大型艦船的更高施焊溫度、更大承載應(yīng)力、更強(qiáng)結(jié)合界面及更高結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計(jì)和使用要求。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)蛇皮穿線管（5083/1060/TA1/N6/304L）過(guò)渡接頭進(jìn)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(xué)成分如表1～表2 所示，5083 和1060 的化學(xué)成分完全符合GB/T3190-2008 的相關(guān)指標(biāo)要求，TA1 的化學(xué)成分完全符合GB/T3620.1-2007 的相關(guān)指標(biāo)要求，N6 的化學(xué)成分完全符合GB/T5235-2007 的相關(guān)指標(biāo)要求,304L 的化學(xué)成分完全符合ASME SA240-2010 的相關(guān)指標(biāo)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(shù)，在工程應(yīng)用中常采用平行安裝法和角度安裝法兩種方法進(jìn)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(diǎn)設(shè)置于邊部中心，爆炸復(fù)合裝置示意圖如圖1 所示。由于所選材料長(zhǎng)度較長(zhǎng)，超出了
常規(guī)炸藥的穩(wěn)定爆轟距離，所以復(fù)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(shù)的選擇依據(jù)文獻(xiàn)[4]給出的式（1）計(jì)算，并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)其做了改進(jìn)，式中me 為裝藥量，δ為基復(fù)板之間的支撐物高度， ，tp 分別為復(fù)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(yàn)材料有關(guān)的系數(shù)。

3 復(fù)合板界面性能
3.1 性能檢測(cè)
3.1.1 分離試驗(yàn)
對(duì)鋁/ 不銹鋼復(fù)合板進(jìn)行了界面的力學(xué)性能檢驗(yàn)，取樣位置設(shè)在復(fù)合板端部，對(duì)此板接頭最薄弱的一層1060/Ti 界面進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3 所示，目標(biāo)值執(zhí)行用戶內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求：從表3 看出，鋁/ 不銹鋼界面的分離強(qiáng)度182MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目標(biāo)值（120MPa）的要求。國(guó)外對(duì)鋁- 鋁- 鋼過(guò)渡接頭性能指標(biāo)要求主要有美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL－J－24445A（SH）《鋁－鋼雙金屬接頭》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定復(fù)合材料的抗分離強(qiáng)度為76MPa，鋁－鋼界面的剪切強(qiáng)度為56 MPa，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有該過(guò)渡接頭的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，725 研究所編制的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/725－1100－2001《鋁－鋁－鋼過(guò)渡接頭》規(guī)定界面剪切強(qiáng)度為0MPa，拉脫強(qiáng)度為80MPa，略高于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)外對(duì)鋁- 鈦- 鋼過(guò)渡接頭性能指標(biāo)要求主要有日本輕金屬協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)LWSB8102《鋁合金－鋼過(guò)渡接頭》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為137MPa，鋁合金－鈦界面的剪切強(qiáng)度為78 MPa，鈦－鋼界面的剪切強(qiáng)度為137 MPa；國(guó)內(nèi)我研究所編制的CB1343-98《鋁- 鋼過(guò)渡接頭規(guī)范》規(guī)定與日本標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。

3.1.2 耐壓試驗(yàn)
試樣加工規(guī)格為Φ50×δ5.0×6.0，退火態(tài)，壓力為10MPa，設(shè)備型號(hào)為CEM-20B，保壓時(shí)間為5s。檢驗(yàn)結(jié)論：該復(fù)合管復(fù)合界面未發(fā)現(xiàn)變形和泄漏。
3.1.3 低溫試驗(yàn)
將接頭放在液氮中浸泡5min，取出后，用自來(lái)水沖刷，直至接頭溫度達(dá)到室溫時(shí)，再放入液氮中進(jìn)行浸泡。如此循環(huán)5 次，觀察接縫處，無(wú)裂紋、變形，進(jìn)行分離試驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)在接頭經(jīng)過(guò)

低溫循環(huán)后再次測(cè)量接頭分離強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為129MPa，大于該標(biāo)準(zhǔn)所要求的120MPa。從以上三點(diǎn)可以看出按照此種加工工藝生產(chǎn)的復(fù)合板界面的力學(xué)性能良好，均能滿足用戶設(shè)計(jì)和使用要求。
3.2 界面形態(tài)
由圖2-4 中的金相組織照片可以看出，產(chǎn)品各層之間的結(jié)合界面為均勻的波狀結(jié)合。主要是因?yàn)閺?fù)層（5083）和過(guò)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(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。還可以看出，Ti/N6 界面波長(zhǎng)與N6/304L 幾乎相當(dāng)，大約是1060/Ti 界面波長(zhǎng)的三分之一。同時(shí)還可以清晰地看到，在結(jié)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(xiàn)熔化塊，熔化層之類影響復(fù)合板性能的現(xiàn)象出現(xiàn)。
3.3 成品檢測(cè)
對(duì)5083/1060/Ti/N6/304L 五層復(fù)合板進(jìn)行校平后，機(jī)加成Ф245/Ф250mm，Ф55/Ф60mm，Ф35/Ф40mm 仿用戶接頭，并對(duì)接頭雙面PT 試驗(yàn)。PT 試驗(yàn)后無(wú)發(fā)現(xiàn)任何不結(jié)合現(xiàn)象，見(jiàn)圖4、圖5。
4 結(jié)論
4.1 本文通過(guò)性能檢測(cè)、界面形態(tài)和成品檢測(cè)的方式研究了鋁/ 不銹鋼復(fù)合板的結(jié)合性能。
4.2 鋁/ 不銹鋼復(fù)合板最薄弱界面（1060/TA1） 的分離強(qiáng)度182MPa,大于用戶要求的120MPa 和國(guó)際對(duì)鋁鋼復(fù)合板要求，完全滿足用戶要求。
4.3 對(duì)鋁/ 不銹鋼板接頭進(jìn)行耐壓實(shí)- 復(fù)合板界面無(wú)出現(xiàn)變形和泄漏現(xiàn)象；此板接頭進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)，分離性能達(dá)到129MPa,滿足用戶要求；
4.4 從界面形態(tài)的分析得出，鋁/ 鈦、鈦/ 鎳、鎳/ 不銹鋼界面呈規(guī)則的正弦波形，產(chǎn)生了比較明顯的塑性變形，未見(jiàn)影響其結(jié)合力學(xué)性能的金屬間化合物生成。