不銹鋼復(fù)合板簡介

1、不銹鋼復(fù)合板介紹目錄、爆炸不銹鋼復(fù)合板的歷史由來、爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板基礎(chǔ)知識.不銹鋼復(fù)合板爆炸基本原理.不銹鋼復(fù)合板爆炸工藝流程.不銹鋼復(fù)合板爆炸性能分析界面的結(jié)合率界面剪切強度拉伸性能冷彎性能沖擊性能扭轉(zhuǎn)性能其它硬度焊接熱處理.不銹鋼復(fù)合板爆炸優(yōu)缺分析 .不銹鋼復(fù)合板的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用簡介一、爆炸不銹鋼復(fù)合板的歷史由來爆炸不銹鋼復(fù)合板，它是以炸藥為能源，利用炸藥爆炸時產(chǎn)生的沖擊波使兩 層或多層同種或異種材料高速傾斜碰撞、 而焊合在一起的方法。由于這種方法的 動力學(xué)特點，在焊接界面上產(chǎn)生局部高溫和高壓，溫度和塑性變形的共同作用而 能夠使界面結(jié)合處的強度等于或大于母體金屬的的強度。爆炸焊最早是由卡

2、爾(L.R.Carl)在1944年首先提出來的。他再一次炸藥的 爆炸試驗中，偶爾發(fā)現(xiàn)很小的兩片黃銅，由于受到爆炸的沖擊而焊合在一起了， 于是他提出了利用爆炸和超聲波技術(shù)把金屬焊接在一起的設(shè)想。十幾年后，美國的菲利普杰克(V.Philipchuk)第一次把爆炸焊技術(shù)引入到實際工業(yè)中。我國對 爆炸焊接的研究始于20世紀(jì)60年代，1968年大連造船廠試制成功了國內(nèi)第一 塊爆炸焊復(fù)合板；此后西北有色金屬研究院、洛陽船舶材料研究所開展了爆炸焊 制備復(fù)合材料的工藝研究，隨之投入了實際應(yīng)用；大連理工大學(xué)、中科院力學(xué)所 展開了爆炸焊沖擊力學(xué)的研究；中南大學(xué)開展了爆炸復(fù)合材料物理冶金(如界面 問題、材料動態(tài)行為

3、等)的研究以及新型爆炸復(fù)合材料的研制。河南科技大學(xué)與 河南省耐磨材料工程技術(shù)研究中心進(jìn)行了陶瓷與普通碳鋼的爆炸焊實驗，并取得了很好的效果。爆炸焊能是物理性能(熔點、熱膨脹特性、硬度等)有明顯差異、用普通 焊接方法無法實現(xiàn)焊接的金屬焊合在一起，并且能獲得高強度的焊接接頭，從而引起工業(yè)界的極大興趣。到1970年，文獻(xiàn)已報導(dǎo)了 260種以上由同種或異種金 屬組合的成功焊接實例，近十年中，這方面的報導(dǎo)又有所增加。爆炸焊方法的早 期研究主要是針對平面焊接以及包覆，但是爆炸焊的商業(yè)應(yīng)用價值使這一技術(shù)擴 展到管道襯層、曲面包覆、管子對接焊、過渡管接頭焊接以及許多其他方面的應(yīng) 用。自20世紀(jì)80年代以來，爆炸

4、焊的理論和實驗技術(shù)得到了長足的發(fā)展，特別是在應(yīng)用技術(shù)上有了創(chuàng)新，在化工、石油、制藥、造船、軍事，甚至核工業(yè)、 航空航天等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。二、爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板基礎(chǔ)知識.不銹鋼復(fù)合板爆炸基本原理以民爆炸藥作為能源，當(dāng)炸藥被引爆后，爆轟波和爆炸產(chǎn)物所釋放的能量直 接作用在復(fù)板上，使原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的復(fù)板瞬間被加速， 并在間隙空間高速向 下飛行，與基板發(fā)生有序傾斜碰撞，在碰撞區(qū)通過能量轉(zhuǎn)換，最終實現(xiàn)冶金結(jié)合。通過爆炸產(chǎn)生的能量，爆炸焊接工藝能在金屬板之間形成合金焊接層。在爆 炸焊接之前，需要將金屬板的表面潔合理分配干凈， 平行放置并固定。板上按照 獨特的引爆順序放置一層炸藥。爆炸開始時，爆轟波陣面

5、迅速掠過金屬板表面， 并按照特定的碰撞條件將金屬板壓在下方的基板上。動量的轉(zhuǎn)換將會導(dǎo)致金屬板接觸表面的一小層材料剝落，從而將表面的污漬 完全去除。在表面被清潔的同時，極大的壓力還將產(chǎn)生一層很薄的連續(xù)焊接層。 整個過程很短，沒有時間產(chǎn)生任何的熱量傳遞，金屬整體也沒有受到很大的加熱， 因此，金屬的性能保持不變。該工藝能在整個焊接平面上產(chǎn)生高強度， 高韌性的 焊接層。從上世紀(jì)60年代開始，爆炸焊接工藝就一直是制造復(fù)合金屬板和相異 金屬焊接的可靠和可行的解決方案。使用爆炸焊接技術(shù)得到的焊接成品具有很多優(yōu)秀的特性，可用于多種涉及到 腐蝕，高溫或高壓環(huán)境的工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中。復(fù)合金屬板是在低成本的厚金屬板上焊

6、接上一層抗腐蝕的金屬層，這樣便可以將兩種金屬的優(yōu)點同時發(fā)揮到最大。 爆炸 焊接雙金屬過渡接頭技術(shù)可廣泛應(yīng)用于制造兩種高度相斥的金屬的熔焊接頭。.不銹鋼復(fù)合板爆炸工藝流程1;出力依平MTlihlHCittmilrfuMd* liM皿L；6 iJ|；C |r | l Till：卓/舊打鋪）“ 卻I川山W4 i ii 3%1萬 lirl Ml 加唱 H.l8 -i- b工藝流程包含的工序:采購原料；原料入場檢驗;匹配；研磨；爆炸復(fù)合；初矯；初探；初挖；熱處理；切四邊取樣；?性能檢驗；?復(fù)探；?復(fù)挖；?精矯；?切邊；?拋光或酸洗；?成品檢驗；?包裝；?發(fā)貨；.不銹鋼復(fù)合板爆炸性能分析界面的結(jié)合率本指標(biāo)

7、可全面反映復(fù)合鋼板界面的結(jié)合狀況，其內(nèi)容應(yīng)包括整張鋼板的結(jié)合 率，任意lm2范圍內(nèi)的結(jié)合率，單個未結(jié)合區(qū)的尺寸（或者面積和最大長度）。一 般來說，不論對整張鋼板還是任意 1m?范圍內(nèi)的結(jié)合率要求多高（除100%結(jié)合 以外）都是較容易作到的，因而反映界面結(jié)合狀況的主要衡量指標(biāo)應(yīng)當(dāng)是單個未 結(jié)合區(qū)的尺寸。如美國SA -578特殊用途的普通鋼板與復(fù)合鋼板超聲直射波檢 驗規(guī)范中S7條規(guī)定，未結(jié)合區(qū)不能被1英寸（25.4mm）的圓所包圍時，則被認(rèn) 為不合格，就是說單個缺陷面積大于5cm2,或缺陷長度大于2.54cm時就判為不 合格，大于上述規(guī)定而總面積小于1.5%者，允許修補；超過1.5%時要取得買方

8、批準(zhǔn)方可修補。日本JIS G 3601不銹復(fù)合鋼中第1種規(guī)定，單個未結(jié)合面積 小于20cm2,單個未結(jié)合長度小于 5.0cm,總面積小于1.5%。我國GB/T8165-1997不銹鋼復(fù)合板和鋼帶9在附錄A 不銹鋼復(fù)合鋼板超聲波檢測法”規(guī)定， 訂貨合同為I級，則不允許有未結(jié)合區(qū)存在；所訂合同為 II級，允許單個未結(jié) 合區(qū)長度不大于50mm,面積不大于20cm2。可見，我國的規(guī)定是最嚴(yán)格的。與 界面結(jié)合率相關(guān)的另一個問題是探傷方法。 判斷界面是否結(jié)合所采用的方法都是 超聲波探傷，其方法有底波反射法和試塊對比法兩種。美國采用底波反射法。日本JIS G 0601-82復(fù)合鋼板試驗方法中規(guī)定用試塊對比法

9、，而JIS G 0601-89已 改為底波反射法。我國GB/T 8165-97和JB4733- 9采用了底波反射法。由此看 出采用底波反射法是當(dāng)今的發(fā)展趨勢。同樣的底波反射法在未結(jié)合區(qū)的判定上略 有不同，美國規(guī)定底波完全消失判為未結(jié)合，日本規(guī)定第一次底波反射高度不大 于熒光屏滿刻度的5%、缺陷波成為主體的判為未結(jié)合，我國 JB標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)同日本類似。界面剪切強度剪切強度的高低表明復(fù)合鋼板結(jié)合牢固與否，是衡量復(fù)合鋼板質(zhì)量的又一主 要指標(biāo)。外國的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為137MPa和196MPa,而企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)略高，為206MPa和210MPa,我國GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為147MPa,而JB標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定為

10、210MPa和220MPa,從國外的供貨情況以及國內(nèi)爆炸焊接復(fù)合鋼板的實際 情況來看，實測數(shù)據(jù)都超過了上述標(biāo)準(zhǔn)上限的要求，有的還超過較多。拉伸性能對復(fù)合鋼板的屈服強度和抗拉強度的要求，國內(nèi)外的主流規(guī)定是復(fù)合鋼板的 屈服強度和抗拉強度分別不低于組合屈服強度和組合抗拉強度。日本以及我國 JB標(biāo)準(zhǔn)和一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均采用了此種規(guī)定。抗拉強度過高也是復(fù)合鋼板性能不 佳的表現(xiàn)，因此應(yīng)當(dāng)加以限制。美國 ASTM A-264中規(guī)定，復(fù)合鋼板的抗拉強 度不得比基材抗拉強度上限標(biāo)準(zhǔn)值高 35MPa,這是比較合理的。我國的JB標(biāo)準(zhǔn) 和一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都有此規(guī)定。冷彎性能冷彎是考核材料承受彎曲變形能力、檢驗材料能否滿足壓力

11、容器制造要求和 檢驗界面結(jié)合好壞的一項指標(biāo)。彎曲形式有內(nèi)彎（復(fù)層受壓）、外彎（復(fù)層受拉）和側(cè)彎三種。通常只作內(nèi)彎和外彎試驗，不作側(cè)彎試驗。進(jìn)行內(nèi)彎和外彎試驗的目 的，一是檢驗基材和復(fù)材的彎曲性能， 二是檢驗界面的結(jié)合狀態(tài)。前者應(yīng)滿足壓 力容器對基材彎曲性能的要求，后者在各標(biāo)準(zhǔn)中要求不一，如美國 ASTM A-264 中規(guī)定作三個內(nèi)彎試驗，其中至少有兩個試樣在彎曲部分兩側(cè)界面出現(xiàn)的分離不得超過50%;我國JB標(biāo)準(zhǔn)和一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在彎曲部分的外側(cè)不得產(chǎn)生裂 紋，結(jié)合界面不允許分層；日本JIS G3601僅規(guī)定彎曲部分的外側(cè)不得產(chǎn)生裂紋。圖1和圖2分別給出了彎曲試樣的照片及掃描照片。需要指出的是

12、，下面的圖1 圖4均取自本學(xué)院塑性加工新技術(shù)與新工藝實驗室的“熱軋刀具用不銹鋼復(fù)合 板項目”的試驗結(jié)果。圖1彎曲試樣照片圖2彎曲樣掃描照片沖擊性能沖擊性能試驗是我國壓力容器規(guī)范要求檢驗的項目，其結(jié)果應(yīng)符合基層材質(zhì) 對沖擊值的要求。復(fù)合鋼板的沖擊性能與沖擊試樣的取樣部位有很大關(guān)系，從基層上取樣，沖擊性能尚好，而從復(fù)層取的試樣則沖擊性能較差， 特別是爆炸焊接 狀態(tài)更是如此。我國的GB6396-1995復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗方法10 規(guī)定”試樣應(yīng)在靠近基材表面處切取。如果需要，可在靠近結(jié)合面處的基材上取 樣”。此規(guī)定正是充分考慮到了取樣部位對沖擊性能的影響.圖3沖擊斷口掃描照片扭轉(zhuǎn)性能所謂扭轉(zhuǎn)變

13、形是指在桿件的兩端作用兩個大小相等、方向相反、且作用平面垂直于桿件軸線的力偶，致使桿件的任意兩個橫截面都發(fā)生繞軸線的相對移動， 在扭轉(zhuǎn)變形過程中，復(fù)合板結(jié)合面上受到強烈的剪切作用， 因此對復(fù)合板進(jìn)行扭 轉(zhuǎn)實驗檢測，可以準(zhǔn)確的觀測到復(fù)合板試樣在扭轉(zhuǎn)過程中界面出現(xiàn)開裂的狀況， 以此作為評價復(fù)合板性能是否達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的一個標(biāo)志。圖4扭轉(zhuǎn)試樣照片其它硬度復(fù)合鋼板的硬度也是一個重要的性能指標(biāo)，尤其是對于復(fù)合刀具材料而言。 復(fù)合板的硬度值要求要滿足使用要求，且硬度沿鋼板長向的分布應(yīng)該是比較均勻 的。這里所指的硬度是指結(jié)合區(qū)及兩側(cè)的硬度分布情況。影響復(fù)合鋼硬度的因素除材料本身的因素外，主要是跟熱處理工藝有關(guān)

14、。有關(guān)熱處理問題將在下面分析。焊接不銹鋼復(fù)合鋼板能否接受焊接工藝是不銹鋼復(fù)合鋼板能否制造設(shè)備的關(guān)鍵。不銹鋼復(fù)合板是由兩層或兩層以上不同性質(zhì)的鋼板復(fù)合而成的，故在焊接工藝上有它的特殊性，即要分別滿足基、復(fù)層鋼板各自的焊接結(jié)構(gòu)強度及特殊性能要求， 如避免晶間腐蝕，滿足耐蝕性的要求。為此，在焊接時會對基層和復(fù)層選用不同 的焊材，采用不同的施焊工藝，按焊接規(guī)范進(jìn)行逐層焊接。例如，圖5則是焊接工藝的典型示意圖。復(fù)層施焊采用直流反接、小規(guī)范、直焊道不擺動；基層也采 用直流反接法；采取多層多道焊、焊層高度不大于2mm；復(fù)層焊接時層間溫度不 大于500C；基層焊接時，層問溫度不大于100C。圖5焊接工藝示意圖

15、焊接順序：1, 2基層焊縫；3 過渡層焊縫；4復(fù)層焊縫在焊接完成后，要進(jìn)行焊接工藝評定試驗11,如拉伸試驗、側(cè)彎試驗、沖 擊試驗及焊區(qū)晶間腐蝕試驗等。只有以上工藝評定試驗都合格后，該種復(fù)合板才 能用于生產(chǎn)壓力容器等設(shè)備。熱處理幾乎所有的復(fù)合鋼板最后都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍芙桓妒褂茫虼苏莆諒?fù)合板的熱處理性能就變得十分關(guān)鍵。由于復(fù)合板是由兩種或兩種以上的材料復(fù)合 而成，故其熱處理工藝不同于其中的任何一種復(fù)合材料的工藝，而是一種綜合考慮、協(xié)調(diào)處理的結(jié)果。由于在生產(chǎn)復(fù)合板的過程中，基、復(fù)板經(jīng)過了重新加熱（有 時甚至是幾次加熱）和變形的過程，相當(dāng)于又經(jīng)過了一次重生產(chǎn)，因此必須注意 基、復(fù)材自身的生產(chǎn)工

16、藝及其注意事項。 例如奧氏體不銹鋼板的生產(chǎn)存在敏化溫 度區(qū)間的問題，如有不慎就會造成晶間腐蝕，影響不銹鋼的耐蝕性，因此最后往 往要進(jìn)行固溶處理。另外，如果熱處理工藝不當(dāng)，就會影響到復(fù)合板的硬度，產(chǎn) 生內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重影響前述所有的性能。因此，除了加工過程外，熱處理對成品復(fù) 合板綜合性能的好壞也十分關(guān)鍵，探求合理的熱處理工藝對生產(chǎn)出高性能的復(fù)合 板是至關(guān)重要的。.不銹鋼復(fù)合板爆炸優(yōu)缺分析爆炸焊有以下優(yōu)點：.爆炸焊不僅可以在同種金屬而且可以在異種金屬之間形成高強度的冶金 結(jié)合焊縫。例如Ta、Zr、Ti、Pbl?與碳鋼、合金鋼、不銹鋼的焊接，由于兩種材 料的物理性能相差很大，用一般焊接方法很難實現(xiàn)焊合，

17、但是用爆炸焊法則很容 易實現(xiàn)?？梢院附拥某叽绶秶軐?，可焊面積可以小到幾平方厘米， 也可大到十 幾平方米。爆炸焊時，若基板固定不動，則其厚度不受限制；復(fù)板的厚度為2-32mm,即包復(fù)比很高。.可以進(jìn)行雙層、多層復(fù)合板的焊接，也可用于各種金屬的對接、搭接與 點焊。.爆炸焊工藝比較簡單，不需要復(fù)雜設(shè)備，能源豐富，投資少，應(yīng)用方便。.爆炸焊不需要填充金屬，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用復(fù)合板可以節(jié)約貴重的稀缺金屬。.焊接表面不需要很復(fù)雜的清理，只需去除較厚的氧化物、氧化皮和油污。爆炸焊材料性能優(yōu)良、成本低廉，現(xiàn)已成功地研究了上百種爆炸焊材料， 并在工業(yè)工程領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用爆炸焊有以下缺點：.爆炸焊大多在野外、

18、露天進(jìn)行，機械化程度低，勞動條件差，并受氣候 條件限制。.爆炸時所產(chǎn)生的噪聲和氣浪對周圍環(huán)境有一定影響，雖然可以進(jìn)行水下、真空中或埋在沙子下進(jìn)行爆炸，但要增加一定成本。.爆炸焊需要大量的炸藥、雷管等爆炸物品，本身具有一定的危險性。.被焊接金屬材料必須具有足夠的韌性和抗沖擊能力以承受爆炸力的劇烈 碰撞，雖然可以對焊接材料進(jìn)行加熱或冷卻， 使材料韌性提高后再實施熱態(tài)爆炸 或冷態(tài)爆炸焊，但要增加成本。5 .不銹鋼復(fù)合板的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用簡介最早生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合板的方法是純粹的爆炸焊接生產(chǎn)法。20世紀(jì)的70年代，國外開發(fā)成功爆炸焊接工藝，目前，日本是不銹復(fù)合鋼最主要的生產(chǎn)國，主 要的生產(chǎn)企業(yè)包括日本川崎鋼鐵公司、日本鑄鍛鋼公司、日本神戶制鋼、新日鐵及住友金屬工業(yè)公司等。主要采用的是爆炸法、爆炸-軋制法和直接軋制法。爆 炸復(fù)合法和爆炸焊接坯+軋制法。在不銹鋼復(fù)合板的產(chǎn)量和需求方面，我國國內(nèi)市場面臨的現(xiàn)狀是供小于求， 且需求量呈逐年遞增的趨勢。據(jù)200孫統(tǒng)計我國不銹鋼復(fù)合板的年需求量如表1 和表2:表1不銹鋼復(fù)合鋼帶卷（薄板）市場