不锈钢复合板简介

1、不锈钢复合板介绍目录、爆炸不锈钢复合板的历史由来、爆炸不锈钢复合钢板基础知识.不锈钢复合板爆炸基本原理.不锈钢复合板爆炸工艺流程.不锈钢复合板爆炸性能分析界面的结合率界面剪切强度拉伸性能冷弯性能冲击性能扭转性能其它硬度焊接热处理.不锈钢复合板爆炸优缺分析 .不锈钢复合板的发展现状及应用简介一、爆炸不锈钢复合板的历史由来爆炸不锈钢复合板，它是以炸药为能源，利用炸药爆炸时产生的冲击波使两 层或多层同种或异种材料高速倾斜碰撞、 而焊合在一起的方法。由于这种方法的 动力学特点，在焊接界面上产生局部高温和高压，温度和塑性变形的共同作用而 能够使界面结合处的强度等于或大于母体金属的的强度。爆炸焊最早是由卡

2、尔(L.R.Carl)在1944年首先提出来的。他再一次炸药的 爆炸试验中，偶尔发现很小的两片黄铜，由于受到爆炸的冲击而焊合在一起了， 于是他提出了利用爆炸和超声波技术把金属焊接在一起的设想。十几年后，美国的菲利普杰克(V.Philipchuk)第一次把爆炸焊技术引入到实际工业中。我国对 爆炸焊接的研究始于20世纪60年代，1968年大连造船厂试制成功了国内第一 块爆炸焊复合板；此后西北有色金属研究院、洛阳船舶材料研究所开展了爆炸焊 制备复合材料的工艺研究，随之投入了实际应用；大连理工大学、中科院力学所 展开了爆炸焊冲击力学的研究；中南大学开展了爆炸复合材料物理冶金(如界面 问题、材料动态行为

3、等)的研究以及新型爆炸复合材料的研制。河南科技大学与 河南省耐磨材料工程技术研究中心进行了陶瓷与普通碳钢的爆炸焊实验，并取得了很好的效果。爆炸焊能是物理性能(熔点、热膨胀特性、硬度等)有明显差异、用普通 焊接方法无法实现焊接的金属焊合在一起，并且能获得高强度的焊接接头，从而引起工业界的极大兴趣。到1970年，文献已报导了 260种以上由同种或异种金 属组合的成功焊接实例，近十年中，这方面的报导又有所增加。爆炸焊方法的早 期研究主要是针对平面焊接以及包覆，但是爆炸焊的商业应用价值使这一技术扩 展到管道衬层、曲面包覆、管子对接焊、过渡管接头焊接以及许多其他方面的应 用。自20世纪80年代以来，爆炸

4、焊的理论和实验技术得到了长足的发展，特别是在应用技术上有了创新，在化工、石油、制药、造船、军事，甚至核工业、 航空航天等领域都有广泛应用。二、爆炸不锈钢复合钢板基础知识.不锈钢复合板爆炸基本原理以民爆炸药作为能源，当炸药被引爆后，爆轰波和爆炸产物所释放的能量直 接作用在复板上，使原来处于静止状态的复板瞬间被加速， 并在间隙空间高速向 下飞行，与基板发生有序倾斜碰撞，在碰撞区通过能量转换，最终实现冶金结合。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 炸焊接之前，需要将金属板的表面洁合理分配干净， 平行放置并固定。板上按照 独特的引爆顺序放置一层炸药。爆炸开始时，爆轰波阵面

5、迅速掠过金属板表面， 并按照特定的碰撞条件将金属板压在下方的基板上。动量的转换将会导致金属板接触表面的一小层材料剥落，从而将表面的污渍 完全去除。在表面被清洁的同时，极大的压力还将产生一层很薄的连续焊接层。 整个过程很短，没有时间产生任何的热量传递，金属整体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 焊接层。从上世纪60年代开始，爆炸焊接工艺就一直是制造复合金属板和相异 金属焊接的可靠和可行的解决方案。使用爆炸焊接技术得到的焊接成品具有很多优秀的特性，可用于多种涉及到 腐蚀，高温或高压环境的工业应用当中。复合金属板是在低成本的厚金属板上焊

6、接上一层抗腐蚀的金属层，这样便可以将两种金属的优点同时发挥到最大。 爆炸 焊接双金属过渡接头技术可广泛应用于制造两种高度相斥的金属的熔焊接头。.不锈钢复合板爆炸工艺流程1;出力依平MTlihlHCittmilrfuMd* liM皿L；6 iJ|；C |r | l Till：卓/旧打铺）“ 却I川山W4 i ii 3%1万 lirl Ml 加唱 H.l8 -i- b工艺流程包含的工序:采购原料；原料入场检验;匹配；研磨；爆炸复合；初矫；初探；初挖；热处理；切四边取样；?性能检验；?复探；?复挖；?精矫；?切边；?抛光或酸洗；?成品检验；?包装；?发货；.不锈钢复合板爆炸性能分析界面的结合率本指标

7、可全面反映复合钢板界面的结合状况，其内容应包括整张钢板的结合 率，任意lm2范围内的结合率，单个未结合区的尺寸（或者面积和最大长度）。一 般来说，不论对整张钢板还是任意 1m?范围内的结合率要求多高（除100%结合 以外）都是较容易作到的，因而反映界面结合状况的主要衡量指标应当是单个未 结合区的尺寸。如美国SA -578特殊用途的普通钢板与复合钢板超声直射波检 验规范中S7条规定，未结合区不能被1英寸（25.4mm）的圆所包围时，则被认 为不合格，就是说单个缺陷面积大于5cm2,或缺陷长度大于2.54cm时就判为不 合格，大于上述规定而总面积小于1.5%者，允许修补；超过1.5%时要取得买方

8、批准方可修补。日本JIS G 3601不锈复合钢中第1种规定，单个未结合面积 小于20cm2,单个未结合长度小于 5.0cm,总面积小于1.5%。我国GB/T8165-1997不锈钢复合板和钢带9在附录A 不锈钢复合钢板超声波检测法”规定， 订货合同为I级，则不允许有未结合区存在；所订合同为 II级，允许单个未结 合区长度不大于50mm,面积不大于20cm2。可见，我国的规定是最严格的。与 界面结合率相关的另一个问题是探伤方法。 判断界面是否结合所采用的方法都是 超声波探伤，其方法有底波反射法和试块对比法两种。美国采用底波反射法。日本JIS G 0601-82复合钢板试验方法中规定用试块对比法

9、，而JIS G 0601-89已 改为底波反射法。我国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当今的发展趋势。同样的底波反射法在未结合区的判定上略 有不同，美国规定底波完全消失判为未结合，日本规定第一次底波反射高度不大 于荧光屏满刻度的5%、缺陷波成为主体的判为未结合，我国 JB标准和企业标 准同日本类似。界面剪切强度剪切强度的高低表明复合钢板结合牢固与否，是衡量复合钢板质量的又一主 要指标。外国的国家标准中规定为137MPa和196MPa,而企业标准略高，为206MPa和210MPa,我国GB标准规定为147MPa,而JB标准和企业标准规 定为

10、210MPa和220MPa,从国外的供货情况以及国内爆炸焊接复合钢板的实际 情况来看，实测数据都超过了上述标准上限的要求，有的还超过较多。拉伸性能对复合钢板的屈服强度和抗拉强度的要求，国内外的主流规定是复合钢板的 屈服强度和抗拉强度分别不低于组合屈服强度和组合抗拉强度。日本以及我国 JB标准和一些企业标准均采用了此种规定。抗拉强度过高也是复合钢板性能不 佳的表现，因此应当加以限制。美国 ASTM A-264中规定，复合钢板的抗拉强 度不得比基材抗拉强度上限标准值高 35MPa,这是比较合理的。我国的JB标准 和一些企业标准都有此规定。冷弯性能冷弯是考核材料承受弯曲变形能力、检验材料能否满足压力

11、容器制造要求和 检验界面结合好坏的一项指标。弯曲形式有内弯（复层受压）、外弯（复层受拉）和侧弯三种。通常只作内弯和外弯试验，不作侧弯试验。进行内弯和外弯试验的目 的，一是检验基材和复材的弯曲性能， 二是检验界面的结合状态。前者应满足压 力容器对基材弯曲性能的要求，后者在各标准中要求不一，如美国 ASTM A-264 中规定作三个内弯试验，其中至少有两个试样在弯曲部分两侧界面出现的分离不得超过50%;我国JB标准和一些企业标准规定，在弯曲部分的外侧不得产生裂 纹，结合界面不允许分层；日本JIS G3601仅规定弯曲部分的外侧不得产生裂纹。图1和图2分别给出了弯曲试样的照片及扫描照片。需要指出的是

12、，下面的图1 图4均取自本学院塑性加工新技术与新工艺实验室的“热轧刀具用不锈钢复合 板项目”的试验结果。图1弯曲试样照片图2弯曲样扫描照片冲击性能冲击性能试验是我国压力容器规范要求检验的项目，其结果应符合基层材质 对冲击值的要求。复合钢板的冲击性能与冲击试样的取样部位有很大关系，从基层上取样，冲击性能尚好，而从复层取的试样则冲击性能较差， 特别是爆炸焊接 状态更是如此。我国的GB6396-1995复合钢板力学及工艺性能试验方法10 规定”试样应在靠近基材表面处切取。如果需要，可在靠近结合面处的基材上取 样”。此规定正是充分考虑到了取样部位对冲击性能的影响.图3冲击断口扫描照片扭转性能所谓扭转变

13、形是指在杆件的两端作用两个大小相等、方向相反、且作用平面垂直于杆件轴线的力偶，致使杆件的任意两个横截面都发生绕轴线的相对移动， 在扭转变形过程中，复合板结合面上受到强烈的剪切作用， 因此对复合板进行扭 转实验检测，可以准确的观测到复合板试样在扭转过程中界面出现开裂的状况， 以此作为评价复合板性能是否达到规定标准的一个标志。图4扭转试样照片其它硬度复合钢板的硬度也是一个重要的性能指标，尤其是对于复合刀具材料而言。 复合板的硬度值要求要满足使用要求，且硬度沿钢板长向的分布应该是比较均匀 的。这里所指的硬度是指结合区及两侧的硬度分布情况。影响复合钢硬度的因素除材料本身的因素外，主要是跟热处理工艺有关

14、。有关热处理问题将在下面分析。焊接不锈钢复合钢板能否接受焊接工艺是不锈钢复合钢板能否制造设备的关键。不锈钢复合板是由两层或两层以上不同性质的钢板复合而成的，故在焊接工艺上有它的特殊性，即要分别满足基、复层钢板各自的焊接结构强度及特殊性能要求， 如避免晶间腐蚀，满足耐蚀性的要求。为此，在焊接时会对基层和复层选用不同 的焊材，采用不同的施焊工艺，按焊接规范进行逐层焊接。例如，图5则是焊接工艺的典型示意图。复层施焊采用直流反接、小规范、直焊道不摆动；基层也采 用直流反接法；采取多层多道焊、焊层高度不大于2mm；复层焊接时层间温度不 大于500C；基层焊接时，层问温度不大于100C。图5焊接工艺示意图

15、焊接顺序：1, 2基层焊缝；3 过渡层焊缝；4复层焊缝在焊接完成后，要进行焊接工艺评定试验11,如拉伸试验、侧弯试验、冲 击试验及焊区晶间腐蚀试验等。只有以上工艺评定试验都合格后，该种复合板才 能用于生产压力容器等设备。热处理几乎所有的复合钢板最后都要经过适当的热处理才能交付使用，因此掌握复合板的热处理性能就变得十分关键。由于复合板是由两种或两种以上的材料复合 而成，故其热处理工艺不同于其中的任何一种复合材料的工艺，而是一种综合考虑、协调处理的结果。由于在生产复合板的过程中，基、复板经过了重新加热（有 时甚至是几次加热）和变形的过程，相当于又经过了一次重生产，因此必须注意 基、复材自身的生产工

16、艺及其注意事项。 例如奥氏体不锈钢板的生产存在敏化温 度区间的问题，如有不慎就会造成晶间腐蚀，影响不锈钢的耐蚀性，因此最后往 往要进行固溶处理。另外，如果热处理工艺不当，就会影响到复合板的硬度，产 生内应力，严重影响前述所有的性能。因此，除了加工过程外，热处理对成品复 合板综合性能的好坏也十分关键，探求合理的热处理工艺对生产出高性能的复合 板是至关重要的。.不锈钢复合板爆炸优缺分析爆炸焊有以下优点：.爆炸焊不仅可以在同种金属而且可以在异种金属之间形成高强度的冶金 结合焊缝。例如Ta、Zr、Ti、Pbl?与碳钢、合金钢、不锈钢的焊接，由于两种材 料的物理性能相差很大，用一般焊接方法很难实现焊合，

17、但是用爆炸焊法则很容 易实现。可以焊接的尺寸范围很宽，可焊面积可以小到几平方厘米， 也可大到十 几平方米。爆炸焊时，若基板固定不动，则其厚度不受限制；复板的厚度为2-32mm,即包复比很高。.可以进行双层、多层复合板的焊接，也可用于各种金属的对接、搭接与 点焊。.爆炸焊工艺比较简单，不需要复杂设备，能源丰富，投资少，应用方便。.爆炸焊不需要填充金属，结构设计采用复合板可以节约贵重的稀缺金属。.焊接表面不需要很复杂的清理，只需去除较厚的氧化物、氧化皮和油污。爆炸焊材料性能优良、成本低廉，现已成功地研究了上百种爆炸焊材料， 并在工业工程领域得到了非常广泛的应用爆炸焊有以下缺点：.爆炸焊大多在野外、

18、露天进行，机械化程度低，劳动条件差，并受气候 条件限制。.爆炸时所产生的噪声和气浪对周围环境有一定影响，虽然可以进行水下、真空中或埋在沙子下进行爆炸，但要增加一定成本。.爆炸焊需要大量的炸药、雷管等爆炸物品，本身具有一定的危险性。.被焊接金属材料必须具有足够的韧性和抗冲击能力以承受爆炸力的剧烈 碰撞，虽然可以对焊接材料进行加热或冷却， 使材料韧性提高后再实施热态爆炸 或冷态爆炸焊，但要增加成本。5 .不锈钢复合板的发展现状及应用简介最早生产不锈钢复合板的方法是纯粹的爆炸焊接生产法。20世纪的70年代，国外开发成功爆炸焊接工艺，目前，日本是不锈复合钢最主要的生产国，主 要的生产企业包括日本川崎钢铁公司、日本铸锻钢公司、日本神户制钢、新日铁及住友金属工业公司等。主要采用的是爆炸法、爆炸-轧制法和直接轧制法。爆 炸复合法和爆炸焊接坯+轧制法。在不锈钢复合板的产量和需求方面，我国国内市场面临的现状是供小于求， 且需求量呈逐年递增的趋势。据200孙统计我国不锈钢复合板的年需求量如表1 和表2:表1不锈钢复合钢带卷（薄板）市场