钛_不锈钢的爆炸焊接及其界面的影响
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Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．８，２００７
土尔其学者研究了使用不同炸药量爆炸焊接
的钛／不锈钢板的接合界面的冶金性能。实验选用Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金和ＳＵＳ３０４不锈钢分别选作覆板和基板，覆板与基板的尺寸为１００ｍｍ×１５０ｍｍ×１．５ｍｍ。炸药用土尔其Ｍ．Ｋ．ＥＢａｒｕｔｓａｎ公司生产的ＥＬＢＡＲ５（硝酸铵，９２％，燃料油≥５％，ＴＮＴ≥３％），炸药密度为０．７５ｇ／ｃｍ３，爆炸倾斜角设为５°，爆炸速度为３５００～３８００ｍ／ｓ。焊接装置放在钢砧座上，在砂池中进行爆炸焊接，砧座上面放置一层６ｍｍ厚的橡皮层以保护砧座，爆炸在磁遥控系统下进行。考察了不同炸药量Ｒ（Ｒ＝１．２￣３）对结合界面的影响。用光学显微镜和扫描电镜及ＥＤＳ能谱仪对焊接界面进行了观察和分析。按ＡＳＴＭＤ３１６５－９５标准机加制备拉伸试样（该标准要求的试样尺寸为２５．４ｍｍ×１２．７ｍｍ×１．６２ｍｍ），在Ｉｎｓｔｒｏｎ１１８５拉伸试验机上以１ｍｍ／ｓ的拉伸速度进行拉伸－剪切试验。用Ｚｗｉｃｋ显微硬度仪测试了焊接界面的硬度分布。对每个试样，依距离焊接界面１５０，８００，１３５０μｍ进行硬度测试。弯曲试验也在Ｉｎｓｔｒｏｎ１１８５拉伸试验机上进行。焊接试样的腐蚀试验在３．５％ＮａＣｌ水溶液中进行，试样尺寸为１５ｍｍ×１５ｍｍ，分别进行为６７２，１３４４，２０１６ｈ的腐蚀试验。从钛合金和不锈钢的金相照片中可以观察到，Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金组织为α＋β等轴晶，ＳＵＳ３０４不锈钢为奥氏体组织。这类不锈钢的镍含量高，高温时效后也可保持奥氏体状态，获得等轴晶。从钛／不锈钢焊点的金相照片可以看出，炸药量Ｒ＝１．２，１．５时，界面比较平坦；炸药量Ｒ＝２￣３时，出现波形界面。随着炸药量增加，波长和波幅变大，当低炸药量Ｒ＝２时，测得波长为１００～１１０μｍ，波幅为１０～１５μｍ；当炸药量Ｒ＝３时，波长为２００～２２０μｍ，波幅为２５～３０μｍ。ＳＥＭ观察结果显示，在爆炸方向上，界面上的晶粒被拉长。这是由于爆炸产生的塑性变形所致。另外，界面结合良好，无熔化气孔和金属间化合物相形成，这说明本研究的焊接是成功的。从拉伸－剪切试验结果可知，随炸药量增加，
试样的拉伸－剪切强度增加。在拉伸－剪切试验
中，没有发现焊接界面出现分离的现象，且断裂均
发生在钛侧。这说明焊接件的强度均高于原材料的
强度。弯曲试验结果显示
，所有试样弯曲至
１８０°
出现分离、撕裂或断裂，这表明在使用环境下，即
使受力弯曲，钛－不锈钢焊接件也是安全的。显微
硬度测试结果显示，焊接板的硬度整体高于原材
料的硬度
，如钛的原始硬度为２１００ＭＰａ，使用最
低炸药量（Ｒ＝１．２）进行焊接，在距离界面２００，７５０，
１３００μｍ处可得到２５５４，２２５９，２４４６ＭＰａ
的稍
高的硬度值。与之相似，所有硬度测试结果都显示
在
２００μｍ和１３００μｍ处的硬度值均高于７５０μｍ
处的硬度值，且硬度值随着炸药量的增加而增加。
接近焊接界面处的硬度值最大，这意味着在爆炸
焊接发生碰撞时
，２种金属表面都遭受了最大的变
形。在２种金属中心处，硬度值最低，这是因为
爆炸对心部的影响较小。
试样在腐蚀液中浸泡后
，２种金属表面均形成
了稳定、连续的氧化膜
，由此也导致金属增重。焊
接试样的氧化速率高于原始材料的氧化速率，且随
着炸药量的增加
，试样的氧化速率升高。当
Ｒ＝３．０
时，腐蚀试样的氧化增重最大，为０．０６５ｇ／ｃｍ３。原
因是由于
２
种金属表面因爆炸而产生的冷变形，且
随炸药量增加，变形程度增加，因此形成更厚的氧
化层
，形成更大的增重。焊接件的腐蚀速率在试验
开始到１３４４ｈ时，焊接板的增重上升均很快，最
后一个阶段（１３４４～２０１６ｈ）的增重上升趋势减缓。
原因是
２
种金属表面在腐蚀试验开始时都非常干
净，因此在腐蚀的开始阶段氧化膜生长迅速，一定
时间后
，形成的氧化膜阻碍了金属的进一步氧化，
氧化速率减小。
韩明臣摘译自《
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ
》
钛／不锈钢的爆炸焊接及其界面的影响
国外工艺技术集锦
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