不锈钢复合板轧制法和爆炸法的对比

Material Sciences 材料科学, 2018, 8(11), 1047-1054Published Online November 2018 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2018.811125Copper/Steel Composite Material and ItsPreparation ProcessXu Han1, Benkui Gong1*, Lei Wang1, Rui Feng1, Jianping Niu2, Dongdong Liu21School of Material Science and Technology, Shandong University of Technology, Zibo Shandong2Hebei Wanfeng Metallurgical Parts Co., Ltd., Zhangjiakou HebeiReceived: Oct. 30th, 2018; accepted: Nov. 14th, 2018; published: Nov. 21st, 2018AbstractThis paper introduces several main preparation processes and principles of copper/steel compo-sites, summarizes the interface bonding mechanism of copper/steel composites, and forecasts the development and application prospects of copper/steel composites.KeywordsCopper/Steel Composite, Preparation Technology, Interface, Binding Mechanism铜/钢复合材料及其制备工艺韩旭1，宫本奎1*，王磊1，冯锐1，牛建平2，刘东东21山东理工大学材料科学与工程学院，山东淄博2河北万丰冶金备件有限公司，河北张家口收稿日期：2018年10月30日；录用日期：2018年11月14日；发布日期：2018年11月21日摘要本文介绍了铜/钢复合材料的几种主要的制备工艺及原理，总结分析了铜/钢复合材料的界面结合机理，展望了铜/钢复合材料的发展及应用前景。

第七章爆炸焊（Explosive Welding）本章主要内容：4.0 超声波特性4.1 概述4.2 超声波焊接设备4.3超声波焊接工艺4.4 超声波焊接应用本章教学目标：1. 掌握超声波基本原理及能量转换和传递过程2. 掌握超声波焊设备各部分组成及作用。

3. 掌握超声波焊按接头形式的分类4. 理解焊接工艺参数选择原则5. 了解超声波的主要应用领域导言爆炸具有巨大的威力，主要是因为炸药起作用。

我们知道炸药具有很大威力，炸药可在十万分之一秒（10－5）内完全燃烧，释放储存的全部能量，也就是它平均每秒种放出的能量达一亿卡，这种释放能量的速度比世界上最大的电站还要大。

另外炸药在爆炸过程时，放出大量气体，据测定，炸药在爆炸时体积会突然增加47万倍，在炸药中心产生的巨大压力和几千度高温，形成一股巨大的爆炸能量，这一巨大的压力和高温，被人们巧妙地用作焊接金属的能量，这种方法就是爆炸焊接。

爆炸焊：爆炸焊是以炸药为能源进行金属间焊接的方法。

这种焊接是利用炸药的爆轰，使被焊金属面发生高速倾斜碰撞，在接触面上造成一薄层金属的塑性变形，在此十分短暂的冶金过程中形成冶金结合。

爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力，造成焊件的迅速碰撞而实现连接焊件的一种压焊方法。

焊缝是在两层或多层同种或异种金属材料之间，在零点几秒之内形成的。

进行爆炸焊时不需填加填充金属，也不必加热。

爆炸焊接现象人们在弹片与靶子的撞击中早已观察到了。

但最早记入文献的是美国的卡尔。

1957年，美国的费列普捷克成功地实现了铝和钢的爆炸焊接。

50年代末，国外开始了系统的研究。

60年代中期以后，美、英、日等国先后开始了爆炸焊接产品的商业性生产。

我国是1963年开始爆炸焊的试验和研究的。

50多年来, 爆炸焊技术及产品已经较为广泛地应用于国民经济的一些部门。

一、爆炸焊分类及特点1) 按初始安装方式不同，爆炸焊接有平行法和角度法两种基本形式。

①以金属复合板爆炸焊为例，说明安装工艺。

爆炸合成新材料中的几个关键问题李晓杰1、2汪旭光1、3张勇1、4王耀华1、5邓家艾1、61 中国工程爆破学(协)会；2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室3 北京矿冶研究总院；4 大连船舶重工集团爆炸加工研究所有限公司5 中国人民解放军理工大学；6 南京三邦金属复合材料有限公司一、引言随着现代实验技术、计算技术的发展，人们对爆炸这样高速猛烈现象的认识正在逐步深入，炸药爆炸的应用不再仅限于战争、采矿、拆除建(构)筑物这些破坏效应；人们还开发了利用爆炸的高速度、高压力、高温环境，以及物理、化学效应的众多工业应用。

爆炸加工就是其中的一朵奇葩，如：用薄片炸药去爆炸冲击奥氏体钢材，可以使材料表面硬化，由此衍生的爆炸硬化技术[1](Explosive Hardening)已经在工厂室内进行大量的铁道辙叉预硬化加工（如乌克兰和我国秦皇岛等地）；用小量的爆炸处理大型容器的焊缝的爆炸消除焊接残余应力技术[2、3]，可以消除焊缝应力、改善应力腐蚀，已经用于大型化工储罐和三峡等水利工程引水压力管线，实现了焊接应力现场消除；利用水中爆炸实现了金属板料的无模成型和连铸结晶器等精密部件成型[4、5]；在数千米的油井下也正在进行射孔、整形、补贴和压裂增采等爆炸作业[6]。

人们甚至将爆炸冲击效应用于食品、生物材料的处理，如：对于肉类进行的冲击爆炸嫩化[7]、对木纤维进行爆炸膨化等等[8]。

其中用于新材料合成的爆炸加工技术包括有：用于制造金属包覆材料的爆炸复合(焊接)技术，用于金属与陶瓷粉末冶金的爆炸粉末烧结技术，用于陶瓷粉末和金刚石等超硬材料粉末制造的冲击波合成方法，以及制备纳米粉末的气相爆轰合成方法等。

二、爆炸复合爆炸复合(Explosive Cladding)是一种制造金属包覆材料的技术，也是焊接异种金属的特种焊接技术，是力学与金属材料学相结合的产物。

爆炸复合的基本原理是利用炸药爆炸驱动复板与基板产生高速斜碰撞，碰撞在材料接触面上剥离并喷出微量的金属射流，产生“自清理”作用使焊合面露出无污染的洁净金属本体；同时射流后部的金属本体接触面在碰撞高压、大变形，以及高速近乎绝热变形和高压压缩所产生高温的联合作用下，产生固相扩散和熔化焊合；焊合后界面的高温又会迅速向小变形的低温基体内散热，使高压界面结合态被快速淬火固定下来，阻止金属过度扩散反应和大量脆性相的生成。

研究与探讨esearch and discussion铜钢复合材料生产工艺及军工应用前景一、简介金属复合材料技术可以发挥组元材料各自的优势,实现各组元材料资源的最优配置,节约贵重金属材料,实现单一金属不能满足的性能要求, 它既可以替代进口并填补国内空白，又具有广阔应用范围，具有很好的经济效益和社会效益。

因使用需要，枪炮弹壳应该使用铜板或铜包钢板冲压而成。

相比于钢，铜属于相对紧缺和贵重资源，所以目前世界上大多数国家采用铜钢复合材料制造弹壳。

铜钢复合可以通过多种工艺手段获得：1、热浸镀铜复合法。

2、热渗铜复合法。

3、铜-钢爆炸复合法4、铜-钢带轧制复合法。

5、铜粉末-钢带轧制复合法。

二、工艺比较与分析1、热浸镀铜工艺热浸镀铜是将钢板（带）热浸在铜液中，使钢板（带）表面附着厚度40-150μm金属铜或铜合金；热浸镀铜的铜钢复合材料其表面复合的铜层厚度受到限制，一次性热浸镀的复合铜层厚度不超过150μm，如果工艺不严格，表面容易出现针孔，水纹、气泡、浮,渣、沙眼等情况，影响其耐腐蚀性，因此必须增加封孔工艺。

该工艺容易产生脆性化合物，对变形处理不利。

2、热渗铜工艺该工艺是将钢（铁）工件用含铜粉的渗剂埋起来，在一定温度下经过较长时间使铜渗入钢件表面；热渗铜使铜钢复合材料表面出现脆性金属间化合物，影响产品的机械性能，热渗铜工件外表层含铜量一般不大于30%,此工艺方法只适合铸钢件或铸铁件及渗铜后不再变形的工件，不适用变形材料。

3、爆炸复合工艺爆炸复合工艺包括单一爆炸复合和爆炸+轧制复合两种方法。

该工艺是将金属铜或铜合金板带与钢板（带）通过爆炸或爆炸+轧制复合。

铜钢爆炸复合法是一种最成熟的生产工艺，建国后我国在宝鸡等地已建成多条生产线。

该复合法存在以下几个重大缺陷：只能单张板生产，且每次只能单面复合，生产效率极低；带来严重环境污染；表面复合层厚度较厚，一般复合层厚度不低于1.5毫米，生产成本高。

4、层状（板与板）轧制复合层状轧制铜钢复合只适用于薄板带生产，不适于中厚板带生产。

复合板焊接接头的TOFD检测技术金属复合板（基材+覆材）是指在一层金属板（基材）上覆以另外一种金属板（覆材），以达到在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果。

复合方法通常有爆炸复合法，爆炸轧制复合、轧制复合等。

复合材料可分为复合板、复合管、复合棒等。

主要应用在防腐、压力容器制造，电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。

不锈钢复合板不锈钢复合板是以碳钢基层与不锈钢覆层结合而成的复合板钢板。

它的主要特点是碳钢和不锈钢形成牢固的冶金结合。

可以进行热压、冷弯、切割、焊接等各种加工，有良好的工艺性能。

不锈钢复合板是用较薄的不锈钢板（304L、316L、321等）与较厚的低碳钢板或合金钢板复合而成，复合方法一般采用爆炸法、轧制法或爆炸轧制法。

不锈钢复材的厚度一般在3-6mm，而基材的厚度则可能根据需要确定为10以上的任意厚度。

不锈钢复合板产品有两种强度计算方式，一种是只计算基材的强度而复材仅考虑其抗腐蚀或抗氧化性能，另一种是基材和复材都参与强度计算。

后者对焊接提出了更高的要求，即在保证其抗腐蚀性的同时还应保证焊缝内部的连续性和致密性，对焊接工艺和焊接材料的选择上有更高的要求。

本文介绍的检测技术主要是针对覆材不计入产品强度计算的复合板产品的焊接接头的TOFD检测。

对于覆材不计入产品强度计算的复合板的检测，其检测方法包括射线检测、超声检测、TOFD检测、相控阵超声检测、磁粉检测、渗透检测等，超声类的检测只针对基材部分的检测，射线检测既可以检测基材也可以检测覆材的焊接接头，磁粉检测和渗透检测一般是针对焊接接头的表面部位进行检测。

对于覆材需计入产品强度计算的则不适合应用超声类的检测方法。

压力容器复合钢板检测相关标准法规：TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程GB150-2011钢制压力容器NB/T47002-2009压力容器用爆炸复合钢板JB/T4730-2005承压设备无损检测NBT47013.10-(JBT4730.10)衍射时差法超声检测GB/T23902-2009无损检测超声检测超声衍射声时技术检测和评价方法NBT47013.10《衍射时差法超声检测》1.a条规定TOFD检测适用的工件材料为碳素钢或低合金钢。

现行金属复合板生产标准体系王小兵;刘润生;范江峰;关尚哲;刘壮武【摘要】文章主要对中国现行金属复合板生产标准体系进行了汇总说明,通过和美国ASTM、日本JIS标准对照,提出了进一步完善和发展我国金属复合板标准体系的思路和建议.【期刊名称】《金属世界》【年(卷),期】2010(000)001【总页数】4页(P53-56)【关键词】金属复合板;标准;生产方法;剪切强度;结合率【作者】王小兵;刘润生;范江峰;关尚哲;刘壮武【作者单位】宝钛集团金属复合板公司,陕西宝鸡,721014;宝钛集团金属复合板公司,陕西宝鸡,721014;宝钛集团金属复合板公司,陕西宝鸡,721014;宝钛集团金属复合板公司,陕西宝鸡,721014;宝钛集团金属复合板公司,陕西宝鸡,721014【正文语种】中文随着现代工业和科学技术的发展，单一的金属或合金已很难完全满足现代化生产对材料综合性能的需要，因而异种金属以层状结合而生产的金属复合板，受到多种行业的重视和使用。

金属复合板是利用复合技术使两种或两种以上的物理、化学、力学性能不同的金属板材在界面上实现牢固冶金结合而制备的一种层状金属材料。

覆层通常选用不锈钢、镍、钛、锆、铜、铝等材料，基层选用低碳钢、结构钢、低合金钢、容器钢、或碳钢及不锈钢锻件等材料。

两种板材界面达到冶金结合，具有一定的连接强度，成品复合板通过热处理后保持了一定的工艺性能，能满足后续冷热加工需要。

金属复合板容器和其它单层容器一样，具有优异的耐蚀等性能，但价格低廉，优越的性价比使其广泛应用于石油、化工、电力、冶金、制盐、制碱、航空、航天、机械制造等各个行业。

复合钢板的生产方法有多种，传统上可以分为两类：固－固相复合法和液－固相复合法。

前者包括爆炸复合法、轧制复合法、爆炸－轧制复合法、挤压复合法和扩散焊接法，后者包括铸造复合法、钎焊法。

20世纪30年代初，美国已可以少量生产镍复合钢板，其后开发了不锈钢复合板，并于1943年制定了ASTM A263、A264不锈钢复合钢板标准，1960年开始批量生产镍复合钢板，并制定了相应的ASTM A265标准。

金属复合材料一、概念、性能及用途金属复合材料，是指利用复合技术或多种、化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的复合材料，其极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，因而被广泛应用到产品广泛应用于石油、化工、船舶、冶金、矿山、机械制造、电力、水利、交通、环保、压力容器制造、食品、酿造、制药等工业领域。

二、生产方式、方法1、国内外复合复合材料的生产方式主要有固一液相结合法、固相间结合法、叠板热轧法、扩散压接法、堆焊法、堆焊热轧法等。

最常见的固相间结合法是爆炸焊接和热轧轧制。

爆炸焊接不锈复合钢板的方法在国内外的开发和应用均起步稍晚。

60年代开发，70年代发展成熟，进入商业化生产。

2、轧制不锈复合钢复合钢板的方法早在20世纪30年代就引起了一些研究者的关注，轧制复合分为热轧复合和冷轧复合。

这种复合法产量高，尺寸精度高，工艺及装备较为成熟，但往往要进行表面处理和退火强化处理，例：钛-钢复合板GB 8547-87本标准适用于耐蚀压力容器、贮槽及其他用途的钛-钢爆炸复合板或爆炸-轧制复合1术语1.1钛-钢复合板：用爆炸或爆炸-轧制方法使钛（复材）与普通钢（基材）达到冶金结合的金属复合板。

1. 2基材、复材、复合板的总厚度、外弯曲、内弯曲等定义按GB6396-86 《复合钢板性能试验方法》的规定。

2品种2. 1分类和代号复合板的分类和各类的代号应符合表1的规定。

表1注：爆炸钛-钢复合板以“爆”字汉语拼音字头“ B'表示；爆炸-轧制钛-钢复合板以。

“爆”和“热”字汉语拼音字头。

“B R表示。

2. 2适用材料复合板复材和基材应符合表2的规定，表中所列的复材与基材可以。

自由结合。

经供需双方协商也可提供其他复材或基材的复合板。

表22. 3供货状态复合板以爆炸（B）或爆炸-轧制（BR）状态交货。

爆炸复合板一般以消除应力（M）状态供应，其热处理制度按本标准附录A的规定。