钛-不锈钢爆炸复合接头棒品质特性的相互关系

李 莹，王礼营，庞国庆，朱 磊，赵 惠

(1.西安天力金属复合材料有限公司，西安 710201；2.陕西省层状金属复合材料工程研究中心， 西安 710201)

【装备理论与装备技术】

钛-不锈钢爆炸复合接头棒品质特性的相互关系

李 莹1,2，王礼营1,2，庞国庆1，朱 磊1,2，赵 惠1,2

(1.西安天力金属复合材料有限公司，西安 710201；2.陕西省层状金属复合材料工程研究中心， 西安 710201)

如何利用有限的爆炸时间窗口完成接头棒的爆炸焊接，通过多年的经验总结，爆炸焊接头棒品质特性之间存在相互影响关系，爆炸复合工作结束后对当天的接头棒进行目测、超声波探伤及拉剪强度检验，结果合格即可继续工作，该方法安全可靠，对实际生产效率有显著提高。

爆炸焊接；过渡接头；品质特性

钛-不锈钢爆炸复合过渡接头棒主要应用在航空航天领域，是天力公司非常重要的产品之一，由于该产品结合界面拉剪强度要求≥300 MPa，其他各项性能指标要求也非常严格，因此爆炸复合时间窗口非常有限，怎样利用有限的时间完成目前大量的订货任务，每天爆炸复合的过渡接头棒质量如何，如果靠各项检验结果出来后再做判定，时间上是绝对不允许的，依靠多年的生产经验，对当天的爆炸复合接头棒做几项检验，包括：在炮场的目测检验、回厂后的超声波探伤检验以及拉剪强度的抽检，根据这几项检测结果和相关工况条件的变化，即可作出结论可以继续进行爆炸复合，以前我们是这样做的，都是成功的，有道理说明只要工况条件不出意外，这几项检验结果好就可以满足性能指标要求。下面对爆炸复合过渡接头棒品质特性的相互关系进行详细描述。

1 目测观察外观形貌与质量缺陷的相互关系

当现场观察到接头棒尾部收缩段(钛棒的根部)发现有射流坑或者钛棒端一头偏斜(图1(a)所示)，这种情况下一般表现为尾部不结合区略长；当整根接头棒呈现侧向弯曲时，且一侧表面有烧蚀颜色的称其为射流弯棒(图1(b)所示)，那么此根接头棒整根则表现为贯通性的半边不结合。

图1 具有质量缺陷接头棒的外观形貌

这是因为在爆炸复合过程当中爆轰波传递时出现了不一致现象，复层不锈钢对钛的倾斜碰撞同样也不是同步一致的，因而导致了接头棒的半边不结合现象。

2 超声波探伤验证

对接头棒进行超声波探伤检查时，如出现图2(a)所示波形时则显示为接头棒是完全结合的，没有不结合缺陷存在。对上述射流弯棒进行超声波探伤检查时正如目测观察到的一样，整根接头棒呈现部分不结合状态，探伤图形如图2(b)所示。

图2 超声波探伤波形

根据图3(a)所示超声波探伤结合区与不结合区划线部位的解剖观察，在图3(b)金相图中我们可以看到超声波探伤不结合区与结合区的划分是准确可靠的，在结合区内无不结合缺陷存在。

图3 质量缺陷接头棒超声波检测结果与金相对应关系

3 拉剪强度测试验证

经过目视检验和超声波探伤检验后，基本可以判定接头棒结合质量的好与坏，由于图1(b)出现的接头棒半边不结合，因此不再进行拉剪强度检验。针对出现图1(a)中现象的不结合长度较长的接头棒和结合完好的接头棒分别进行了拉剪强度的检验，试样如图4所示，结果如表1和表2所示，试样断裂图如图5和图6所示。

图4 拉剪试样结构

表1 质量缺陷复合棒拉剪强度检验结果

实验1实验2实验3实验4平均值断裂位置225220245215226全断界面

表2 结合完好复合棒拉剪强度检验结果

图5 质量缺陷复合棒拉剪试样断裂图

图6 结合完好复合棒拉剪试样断裂图

由以上结果可以看出，结合完好的接头棒的拉剪强度明显高于目测检验有质量缺陷的接头棒的拉剪强度，试样断裂位置也不同，这说明目测检验和超声波探伤检验后发现有异常的接头棒其质量的确是有问题的，验证了目测检验的结果是可靠的。

4 辅助金相检验

在超声波探伤示波图中显示结合状态完好的区域内通过解剖做金相观察，其界面呈现典型的金属爆炸复合波形结合特征[1，2]，如图7所示。最佳的整体性表明炸药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，结合状态俱佳。

图7 钛-不锈钢结合界面(×100)

在同样为波形结合界面的图8中看到结合界面波形较大，且出现了严重的剪滑移现象[3]，通过此照片所显示的图形说明爆炸能量偏大，大的碰撞能在一定的工艺条件下形成了大波纹结合。针对此类复合棒进行了技术指标中要求的其他试验，如拉剪强度(额外增加显微硬度)、疲劳性能和气密性试验，结果与图7所示批次的复合棒对比(基、复材批号相同)，有如下规律，如表3所示。

图8 钛-不锈钢界面形态偏离(×100)

表3的结果说明，随着爆炸输入能量的增大，界面的显微硬度提高，这时表现出界面的拉剪强度是增大的，这主要是材料硬化的结果，文献[2]中对此问题进行了讨论，但是随着爆炸输入能量的增大，材料疲劳性能循环次数是减小的，也验证了不能无限制的增大炸药能量。过大的能量会导致界面金属间化合物的增加，反而会降低界面强度。

表3 图7与图8批次复合棒各项性能对比

5 结论

经过多年经验总结，目测检验可以初步判定爆炸焊接接头棒的结合质量，辅助超声波探伤检验和拉剪强度的抽检即可指导生产，该方法安全可靠，为在有限的时间窗口内完成更多的接头棒生产任务提供了可靠的保障。

[1] 裴大荣，郭悦霞，马东康，等.爆炸焊接等强结合的波形界面特征[C]//西部大开发科教先行与可持续发展—中国科协2000年学术年会文集，2000.

[2] 李莹，郭悦霞，周颖刚，等.钛-不锈钢复合棒等强结合的特性[J].材料开发与应用,2011,26(2)：4-6.

[3] 裴大荣.爆炸焊接钛-不锈钢接头冶金结合的某些特点[J].稀有金属材料与工程，1986(4):28-31.

[4] 朱磊，李莹，郭悦霞.新型钛不锈钢爆炸复合过渡接头的性能评定[J].热加工工艺，2013,42(4):53-54.

[5] 郑远谋，黄荣光，陈世红.锆合金与不锈钢过渡管接头的爆炸焊接[J].原子能科学技术，2000,34(1):49-52.

[6] 陈伟，朱协彬，孙坤，等.TA2/NiCr爆炸复合棒界面组织及性能研究[J].安徽工程大学学报，2013,28(2):58-61.

[7] 王礼营，李莹，朱磊.爆炸复合棒的超声检验分析方法—第188场中国工程科技论坛论文集[C]//爆炸合成纳米金刚石和岩石安全破碎关键科学与技术.2014：318-323.

[8] 孔兆财，李京民，马广超，等.TA7/1Cr18Ni9Ti管接头高频钎焊工艺[J].工艺与新技术，2012,41(8):32-34.

(责任编辑 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

国家高技术研究发展计划(863计划)(2013AA031303)

李莹(1981—)，女，工程师，主要从事爆炸复合材料的制备研究。

10.11809/scbgxb2015.08.007

李莹，王礼营，庞国庆，等.钛-不锈钢爆炸复合接头棒品质特性的相互关系[J].四川兵工学报，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