鈦-不銹鋼爆炸復合接頭棒品質特性的相互關系

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】

鈦-不銹鋼爆炸復合接頭棒品質特性的相互關系

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，通過多年的經驗總結，爆炸焊接頭棒品質特性之間存在相互影響關系，爆炸復合工作結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，結果合格即可繼續工作，該方法安全可靠，對實際生產效率有顯著提高。

爆炸焊接；過渡接頭；品質特性

鈦-不銹鋼爆炸復合過渡接頭棒主要應用在航空航天領域，是天力公司非常重要的產品之一，由于該產品結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量如何，如果靠各項檢驗結果出來后再做判定，時間上是絕對不允許的，依靠多年的生產經驗，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，根據這幾項檢測結果和相關工況條件的變化，即可作出結論可以繼續進行爆炸復合，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特性的相互關系進行詳細描述。

1 目測觀察外觀形貌與質量缺陷的相互關系

當現場觀察到接頭棒尾部收縮段(鈦棒的根部)發現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為尾部不結合區略長；當整根接頭棒呈現側向彎曲時，且一側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為貫通性的半邊不結合。

圖1 具有質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了不一致現象，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合現象。

2 超聲波探傷驗證

對接頭棒進行超聲波探傷檢查時，如出現圖2(a)所示波形時則顯示為接頭棒是完全結合的，沒有不結合缺陷存在。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，整根接頭棒呈現部分不結合狀態，探傷圖形如圖2(b)所示。

圖2 超聲波探傷波形

根據圖3(a)所示超聲波探傷結合區與不結合區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合區與結合區的劃分是準確可靠的，在結合區內無不結合缺陷存在。

圖3 質量缺陷接頭棒超聲波檢測結果與金相對應關系

3 拉剪強度測試驗證

經過目視檢驗和超聲波探傷檢驗后，基本可以判定接頭棒結合質量的好與壞，由于圖1(b)出現的接頭棒半邊不結合，因此不再進行拉剪強度檢驗。針對出現圖1(a)中現象的不結合長度較長的接頭棒和結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 拉剪試樣結構

表1 質量缺陷復合棒拉剪強度檢驗結果

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 結合完好復合棒拉剪強度檢驗結果

圖5 質量缺陷復合棒拉剪試樣斷裂圖

圖6 結合完好復合棒拉剪試樣斷裂圖

由以上結果可以看出，結合完好的接頭棒的拉剪強度明顯高于目測檢驗有質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現有異常的接頭棒其質量的確是有問題的，驗證了目測檢驗的結果是可靠的。

4 輔助金相檢驗

在超聲波探傷示波圖中顯示結合狀態完好的區域內通過解剖做金相觀察，其界面呈現典型的金屬爆炸復合波形結合特征[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，結合狀態俱佳。

圖7 鈦-不銹鋼結合界面(×100)

在同樣為波形結合界面的圖8中看到結合界面波形較大，且出現了嚴重的剪滑移現象[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合。針對此類復合棒進行了技術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)，有如下規律，如表3所示。

圖8 鈦-不銹鋼界面形態偏離(×100)

表3的結果說明，隨著爆炸輸入能量的增大，界面的顯微硬度提高，這時表現出界面的拉剪強度是增大的，這主要是材料硬化的結果，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，材料疲勞性能循環次數是減小的，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 結論

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

[1] 裴大榮，郭悅霞，馬東康，等.爆炸焊接等強結合的波形界面特征[C]//西部大開發科教先行與可持續發展—中國科協2000年學術年會文集，2000.

[2] 李瑩，郭悅霞，周穎剛，等.鈦-不銹鋼復合棒等強結合的特性[J].材料開發與應用,2011,26(2)：4-6.

[3] 裴大榮.爆炸焊接鈦-不銹鋼接頭冶金結合的某些特點[J].稀有金屬材料與工程，1986(4):28-31.

[4] 朱磊，李瑩，郭悅霞.新型鈦不銹鋼爆炸復合過渡接頭的性能評定[J].熱加工工藝，2013,42(4):53-54.

[5] 鄭遠謀，黃榮光，陳世紅.鋯合金與不銹鋼過渡管接頭的爆炸焊接[J].原子能科學技術，2000,34(1):49-52.

[6] 陳偉，朱協彬，孫坤，等.TA2/NiCr爆炸復合棒界面組織及性能研究[J].安徽工程大學學報，2013,28(2):58-61.

[7] 王禮營，李瑩，朱磊.爆炸復合棒的超聲檢驗分析方法—第188場中國工程科技論壇論文集[C]//爆炸合成納米金剛石和巖石安全破碎關鍵科學與技術.2014：318-323.

[8] 孔兆財，李京民，馬廣超，等.TA7/1Cr18Ni9Ti管接頭高頻釬焊工藝[J].工藝與新技術，2012,41(8):32-34.

(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

國家高技術研究發展計劃(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特性的相互關系[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