[发明专利]一种大面积双层钢板间设置多根加强肋的爆炸焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及爆炸焊接方法，具体涉及一种大面积双层钢板间设置多根加强肋的爆炸焊接方法。

背景技术

如图1所示，大面积肋加强钢结构件由上面板1、下面板2和多根加强肋3组成。其中，加强肋不仅起加强作用，而且需在板、肋之间形成密闭性能优异的空腔。采用常规电焊方法加工此类钢结构件，存在如下问题：                                                在上面板1与加强肋3之间虽然可以形成优质焊缝，但难以实现两者之间面与面的焊合。因操作空间受限，下面板2与加强肋3之间往往只能采用塞焊工艺，其结合强度尚低于上面板1与加强肋3的结合强度。③不能在两根肋与上下面板之间形成密闭性能优异的空腔。因此，此类钢构件的爆炸焊接，在爆炸焊接界被公认为是最复杂、最困难的问题之一，迄今，关于此类钢构件的爆炸焊接的成功案例，国内外均未见报道。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种高质量、低成本的在大面积双层钢板之间设置加强肋的爆炸焊接方法，确保焊接率100%，其结合强度符合双金属固相冶金结合的强度规律。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种大面积双层钢板间设置多根加强肋的爆炸焊接方法，包括以下步骤：

（1）第一阶段爆炸焊接：将模板一、模板二和加强肋分别点焊固定在垫板上，并在模板一上放置间隙柱，将上面板置于间隙柱上，在上面板的上表面上装炸药，进行爆炸焊接；在爆炸焊接冲击力下，上面板与加强肋焊接为一个整体焊合物，加强肋、模板一和模板二与垫板之间的焊点均被冲击脱离；

（2）第二阶段爆炸焊接：将第一阶段所得焊合物翻转，抽去模板一和模板二，在焊合物中填充模板三，在模板三上覆模板一，并在模板一上放置间隙柱，再将下面板置于间隙柱上，在下面板的上表面上装炸药，爆炸焊接；在爆炸焊接冲击力下，下面板与加强肋焊接成一个整体；

（3）加热，模板三自然脱落，抽出模板一，即可；

其中，模板一与模板二的高度比例为9~10：1；模板一与模板二的叠加高度比加强肋高度小0.1～0.2mm；模板一与模板二的长度均与加强肋相同，宽度为相邻两个加强肋之间宽度的92~93%；模板三选用加热易变形材料制成，尺寸与模板二相同；在模板一的上表面涂覆水玻璃层；

装药量采用以下公式确定：

                                 （1）

                          （2）

                             （3）

式中，为最小碰撞速度，为覆板材料的表面维氏硬度，为面板材料的密度，为单位面积上的炸药量与单位面积的面板质量之比，为炸药爆速，为装药厚度，为炸药的密度，为覆板厚度，K的取值为0.9～1.4，K₁的取值为3.9～4.5。

本发明的大面积双层钢板间设置多根加强肋的爆炸焊接方法，为两阶段爆炸焊接方法，第一阶段爆炸焊接、第二阶段爆炸焊接均无需做校形处理。

与普通板与板的爆炸焊接相比，肋与板的爆炸焊接中，肋为基板，其横截面积比覆板（即上面板、下面板）小得多，如果在加强肋之间的空腔内不设置合适的模具，则爆炸焊接巨大的冲击力将严重的损坏覆板，导致焊接失败。因此，在肋与板爆炸焊接中，模具的合理设计与恰当布设既是重点，也是难点。在模具的设计中，考虑了下列因素：模具和加强肋的强度匹配问题。模具应选用与加强肋强度相近的材料，否则，在巨大冲击力下两者变形不一致，将会导致焊接后的腔体凹陷甚至损坏面板。模具和结构件声阻抗的匹配问题。如果两者声阻抗差异太大，将引起爆炸冲击波、应力波在模具表面的反射，从而导致焊接界面开裂。尺寸匹配问题。按照模具与加强肋焊接变形一致性的原则，使模板的尺寸与肋及其空腔的尺寸相匹配。经济性。模具为一次性工装，应尽量选用价廉、易得的材料。依据上述考虑，第一阶段模具设计为上下两张模板，模板一和模板二，其材料选用价格低廉、强度与构件材料强度差不超过20%的普碳钢板；模板一、模板二的高度比例为9~10:1，两模板叠加高度比加强肋高度小约0.1～0.2mm，两模板的长度与加强肋相同，其宽度为腔体宽度的92~93%。第二阶段模具设计为两张模板，模板一和模板三，模板三的材料选用油毛毡，其同模板一叠加高度比爆炸冲击变形后的加强肋小约0.1～0.2mm，其长度和宽度与模板一相同。