什么是爆炸包层?
爆炸焊接或爆炸覆层或爆炸焊接是一种以技术为基础的工业焊接工艺。与其他任何焊接工艺一样,它符合众所周知的、可靠的原则。该工艺使用炸药爆轰作为能量源,在金属部件之间产生冶金结合。它几乎可以用来连接任何金属组合物,包括那些冶金兼容的和那些被称为传统工艺不可焊接的金属组合物。此外,该工艺可以将一层或多层覆层覆在母材的一个或两个表面上,每一层都有可能是不同的金属类型或合金。
爆炸熔覆过程是在20世纪50年代后期发现的。到20世纪60年代末,这一过程已在全世界实现工业化。在近四十年的工业应用中,工艺不断完善。有经验的制造商已经把确定键合参数的技术和方法编成了法典。与20世纪60年代相比,今天的制造商可以生产更大的板材,多达30平方米,并掌握了更困难的金属组合,包括在不锈钢上覆锆。
术语
与其他焊接工艺一样,爆炸熔覆工艺对许多工艺变量应用了特殊的术语。
包层金属(也称为包层)是与炸药接触的金属板。它通常是较薄的组件。
母材是将覆层金属粘合在其上的板。
间隔距离是指在连接操作之前,平行固定在包层金属与母材之间的分离距离。
装配操作是将金属固定在合适的位置进行焊接的过程,包括设置间隔距离和爆炸载荷。
粘接操作是爆炸发生和实际粘接发生的时期。
原则
准备:包覆操作的第一步是准备两个表面,将被粘合在一起。这些表面经过研磨或抛光,以达到均匀的表面光洁度,粗糙度Ra为3µm
(140 RMS)或以下,取决于金属的组合和厚度。
组装:所述复板平行于所述基板并位于基板上方,所述复板位于为所述特定金属的结合而预先确定的间隔距离处。选择这个距离是为了确保复板在加速到特定的碰撞速度后与基板发生碰撞。根据冲击参数的选择,间隔距离通常为复板厚度的0.5到4倍。由于碰撞速度的有限公差,使得相邻距离的公差控制相似。
间隔距离由支撑垫片的边缘和内部根据需要控制。内部固定装置被设计成被喷气机所消耗。
在复层金属板的边缘周围放置一个爆炸防护框架。框架的高度被设置为包含特定数量的炸药,提供单位面积的特定能量释放。
键操作:炸药成分和类型的选择产生特定的能量释放和特定的爆轰速率(爆轰前沿穿过爆炸层的速度)。爆轰速率必须是亚音速的,相对于金属的声速。
炸药一般为颗粒状,均匀分布在填充容器框架的复板表面。用高速炸药助推器在平板表面的预定点点火。爆轰以规定的爆轰速率离开起爆点并穿过平板表面。爆炸产生的气体膨胀加速了复板通过间隙的速度,导致在指定的碰撞速度下发生角碰撞。由此产生的冲击在碰撞点产生了非常高的局部压力。
这些压力以金属的声速从碰撞点向外传播。由于碰撞是以亚音速前进的,在立即接近的相邻表面上就产生了压力,这些压力足以从每一个表面上剥落一层薄薄的金属层,并用喷射机将其喷射出去。表面污染物、氧化物和杂质在射流中被剥离。在碰撞点,新创建的干净的金属表面在几个GPa的高压下碰撞。爆炸过程中虽然产生了大量的热量,但却没有时间将热量传递给金属。结果是一个理想的金属-金属结合没有熔化或扩散。
工业化
爆炸熔覆工艺通常用于平板。该工艺也可用于同心焊管的制造。在管包层中,根据直径、壁厚和其他因素,炸药可以放在孔内,也可以放在管外。该工艺不适用于复盖复杂曲面。当需要定型产品时,如封头,覆层作为平板生产,并在粘合后形成所需的产品配置。
覆层和贱金属
上面的插图显示了广泛的组合,可以做爆炸粘合。
覆层板的总体尺寸
覆层整体尺寸通常仅受平面组件金属薄板或平板的可用性和传输约束的限制。最大板的尺寸也可能受到炸药爆轰极限的限制,这样的噪音和环境的限制。熔覆技术很少会限制尺寸。通常可生产的最大板尺寸如下:
长度12000米
宽度5000毫米
底座厚度500mm
包层厚度25mm
表面35 m²
制造
复合金属可以根据需要很容易地形成和焊接,以建造工艺设备。世界各地的许多设备制造商在这一领域拥有广泛的专业知识和专门知识。复合板的封头和封壳成型和焊接是专业生产复合板的制造商所熟知的。
一般考虑
在许多应用中,特别是为高温高压设计的大型压力容器,钛或锆复合钢结构比固体结构非常经济。钽的成本是如此之高,所以对于大多数工艺设备来说,复合结构是唯一经济的选择。此外,钽至少没有被ASME规范认可为一种结构材料,这将限制其应用,即使固体结构的经济效益是有利的。
当钛的壁厚超过19毫米至32毫米,锆的壁厚超过16毫米至19毫米时,覆层应比固体结构更经济。
对于钛或锆材料,最小衬里厚度通常为2.0 mm,这是基于对由于焊接热或焊工疏忽造成的铁污染的考虑。使用更薄的衬垫当然是可行的,只要仔细选择焊接工艺和焊接参数,就可以最大限度地减少熔深,但节省的成本是如此之少,所以这种做法基本上已经停止了。
钽的厚度通常为1.0毫米。由于成本高、熔化温度高,钽包层通常采用铜夹层,可以带走热量,即使内衬很薄,也能最大限度地降低焊接污染的风险。
如果有更多的细节,如喷嘴和渗透,需要大量的详细制造工作,覆层结构就会变得相对昂贵。对于大型不间断表面,覆层的成本非常低。
坚固的结构可能是优越的,因为有一个光滑的内部表面的要求,因为复合板条结构的正常细节导致一个不平整的表面。
包层结构的优点
包衣建筑的主要原因是经济。
包层还允许在超出规范结构允许的设计温度下使用钛或锆。
包层结构的缺点
在衬里本身用来做接头的角焊缝有一个固有的结构弱点。最大的缺点是,这些焊缝之一的故障释放腐蚀性化合物整个衬底材料。这可能会导致未被发现的腐蚀。此外,内衬后面的流体污染物使得高质量的维修非常困难,甚至是不可能的。松散的衬里一般不适用于真空环境。
与实心结构相比,包层结构本质上是复杂的,特别是在有许多喷嘴、附件或复杂内部构件的结构中。
至少在钛金属中,覆层设备可能比坚固的结构更重,这可能会增加基础和支撑的成本,可能会在某些重量关键的海上平台应用中加以考虑。
覆层容器的外部可能需要油漆和现场修补,以及油漆系统的持续维护。