施压加工对爆炸复合板力学性能的影响

王凯

摘 要：文章通过爆炸复合板的金相和显微硬度分析，讨论了施压加工对不锈钢与碳钢复合板性能的影响，结果表明：该复合板具有足够高的硬度，能承受施压加工时较大的塑性变形，施压后复合板整体硬度升高，而加热只对不锈钢起到部分去应力的作用。

关键词：复合板；试压加工；力学性能

液态化学物质的存储容器和反应釜通常由耐高压抗腐蚀的材料制成，为节约成本，多采用复合板。内壁用耐腐蚀的不锈钢，外壁用普通碳钢，通过爆炸加工复合而成。

1 爆炸法生产复合材料的原理

爆炸法生产复合材料，做为业内人士还有一定的了解，作为外行人可能就一无所知了。从专业角度讲，它是以民用炸药作为基础能源，通过爆炸直接使能量释放在要复合的板材上，与此同时才碰撞过程中发生各种能量转换，最后达到基板与复板的结合。通过爆炸产生的能量，爆炸焊接工艺能在金属板之间形成合金焊接层。在爆炸焊接前，需将金属表面清理干净，水平放置并固定，复板上按照一定的顺序放置一层调配好的炸药，爆炸开始时，爆轰波界面迅速掠过复板表面，并在特定的条件下将复板压在下面的基板上，整个过程时间很短，没有产生热量的传递，基板也没有受到很大的加热，因此金属的性能保持不变，该工艺能在整个焊接平面上产生高强度、高韧性的合金焊接层。从上世纪70年代开始，爆炸焊接一直是异金属焊接可靠且可行的解决方案。所形成的复合板最大优势是降低成本且保证其使用性能。

2 复合板的金属间结合

爆炸复合时，爆轰波可以将熔点，热膨胀系数和强度相差很大的覆板与基板牢固的粘接在一起，通过控制爆炸符合参数，界面可实现性能优良的冶金结合。金属复合界面有3种结合形式：金属间形成连续的直线结合，金属间形成均匀的熔化层，金属间形成波纹状结合。其中波纹状接合面强度较高。对不锈钢和碳钢复合界面进行金相分析观察界面的结合情况。结果表明，爆炸复合界面为良好的波纹装结合，试样力学性能好，金属间结合紧密。

复合后对板进行无损探伤，如发现疵病，需打磨并补焊，再进行去应力退火并校平。

3 施压加工对符合界面的影响

制罐时复合板在外力作用下弯曲成形，覆板被压缩，基板受拉力作用，产生塑性变形。卷成圆桶后接口处焊接而成罐体，而罐体体积较大，此时不便放入炉内进行热处理，故用乙炔焰进行去应力退火，保证焊缝不会开裂。

弯曲成形时基板断面收缩率为2.8%，宏观观察发现基覆板间波纹状界面波峰略被压低，但界面仍保持良好的结合状态，不存在分层缺陷，爆炸复合界面具有足够高的强度，可以承受诸如压力加工产生的塑性变形。

4 施压加工前后的显微硬度变化

施压加工前后材料的性能变化可由硬度的变化反映出来，测定了施压加工前后爆炸复合板界面两侧的显微硬度，可以看出，界面附近的硬度高一些，随着界面距离的增加硬度值下降，到一定距离后硬度值趋于稳定，硬度升高区约为0.2-0.3毫米宽。爆炸复合时，复合界面高速碰撞产生极高的压力，复合界面两侧的金属受到强烈的压缩作用，产生剧烈的塑性变形，使界面两侧的金属产生不同程度的加工硬化，表现为界面两侧硬度升高。硬度的高低反映了塑性变形的剧烈程度。距界面越近，塑性变形程度越大，硬度值越高，远离界面处，材料没有发生塑性变形，硬度趋于定值。

施压加工后的显微硬度分布规律与施压加工钱一致，但硬度值普遍升高。其原因是施压加工时复合板整体塑性变形，材料内位错密度增加，位错之间相互缠结形成胞状结构，使不动位错数量增加。造成材料的应变强化，使硬度值均匀升高。

5 加热对复合板施压加工后显微硬度的影响

施压加工时的塑性变形是材料加工硬化，塑性降低，一小部分能量以增加金属中的点阵缺陷和弹性应变的形式储存在金属内，使其在热力学上处于一种不稳定的亚稳定状态，将塑性变形后材料加热，可消除残余应力，使材料的塑性得以恢复，施压加工后的罐体在热处理后碳钢基板的显微硬度有所降低，因其再结晶速度较快，完全再结晶后塑性得到回复。硬度降到最低。

6 结束语

根据试验结果与分析，得出以下结论：（1）不锈钢与碳钢复合界面结合强度很大，可以承受较大的塑性变形加工。施压加工后使复合界面波峰有所降低，但结合强度仍很大。（2）施压加工使复合板整体硬度有所提高。（3）由于不锈钢和碳钢的熔点有一定的差异，对不锈钢只能部分去除应力，而碳钢完全再结晶。

参考文献

[1]郑哲敏，杨振声.爆炸加工与焊接技术[M].北京：国防工业出版社，1981.

[2]刘忠清，刘凯.异种金属焊接技术指南[M].北京：机械工业出版社，2000.