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爆炸焊接基复板间隙中的气体冲击波

爆炸与冲击 2021年第7期41卷 24-35页

作者：李晓杰王宇新王小红闫鸿浩曾翔宇王健大连理工大学运载工程与力学学部工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工... 详细信息

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工程中长大复合板尾部焊接质量降低或失效的主要原因。还通过建立简化模型,分析了复合板宽度、各种保护性气体和粗真空对管道效应的影响,说明了选择爆炸焊接保护气体的原则,进而使用氦气保护进行了钛钢、铝镁爆炸焊接实验验证,为气体保护爆炸焊接、真空爆炸焊接技术的进一步开发研究奠定了理论基础。

关键词：爆炸焊接气体保护爆炸焊真空爆炸焊管道效应冲击波

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铜/钢复合管爆炸焊接数值模拟及边界效应

稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 994-1001页

作者：杨海娟刘翠荣张文斌李岩太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024 山西师范大学现代文理学院山西临汾041000

以铜/钢复合管为研究对象,利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟,分析了焊接动态过程和边界效应问题,并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明,在爆轰波作用下,复管与基管发生倾斜碰撞,碰撞区域压力稳定... 详细信息

以铜/钢复合管为研究对象,利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟,分析了焊接动态过程和边界效应问题,并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明,在爆轰波作用下,复管与基管发生倾斜碰撞,碰撞区域压力稳定在10^(7)kPa的数量级,在碰撞区附近出现1条塑性变形带,且复管和基管上的剪切应力相反,界面形态随着爆炸波的传播从直线变为波状,这与试验中获得的T2/316L双金属复合管的实际界面形态一致,说明有限元模型能够有效模拟双金属复合管爆炸焊接过程。数值模拟过程中边缘动态参数值均小于正常值,存在边界效应,增加复管和炸药的长度可以消除边界效应。

关键词：爆炸焊接数值模拟动态参数边界效应

爆炸焊接Ti/SUS 304与Ti/SUS 821L1的对比

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2021年第9期31卷 2687-2702页

作者：陈翔 Daisuke INAO Shigeru TANAKA 李晓杰 I.A.BATAEV Kazuyuki HOKAMOTO Institute of Industrial Nanomaterials Kumamoto University860-8555 KumamotoJapan Faculty of Engineering Kumamoto University860-8555 KumamotoJapan 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室和工程力学系大连116024 Faculty of Mechanical Engineering and Technologies Novosibirsk State Technical UniversityK.Marks 20630073 NovosibirskRussia

将商业纯钛分别与SUS 304奥氏体不锈钢和SUS 821L1双相不锈钢进行焊接。得到的Ti/SUS 821L1的波状界面小于Ti/SUS 304的。从纵向和横向均可观察到涡旋区域,并对涡旋区域的成分进行分析。Ti/SUS 821L1的界面可以承受401~431 MPa的剪切载... 详细信息

将商业纯钛分别与SUS 304奥氏体不锈钢和SUS 821L1双相不锈钢进行焊接。得到的Ti/SUS 821L1的波状界面小于Ti/SUS 304的。从纵向和横向均可观察到涡旋区域,并对涡旋区域的成分进行分析。Ti/SUS 821L1的界面可以承受401~431 MPa的剪切载荷,Ti/SUS 304的界面可以承受352~387 MPa的剪切载荷。使用爆炸焊接窗口来解释实验现象。使用光滑粒子动力学对波状界面进行数值模拟,模拟得出的波长与波幅随不锈钢强度与炸高的变化趋势与实验结果相符合。

关键词：爆炸焊接钛双向不锈钢拉伸剪切测试焊接窗口光谱粒子动力学(SPH)

基于SPH-FEM算法的爆炸焊接界面参数及波形生长机理研究

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稀有金属材料与工程 2023年第4期52卷 1272-1282页

作者：吴晓明史长根高立李文轩冯柯陆军工程大学江苏南京210007

使用SPH-FEM耦合算法对钛-钢、钢-不锈钢、铜-钢、钛-铝4种常见爆炸复合组合进行了数值模拟,理论分析了材料JC强度方程和SG强度方程的适用应变率范围。探讨了爆炸焊接静态参数基复板厚度和动态参数碰撞速度、动态弯折角对界面温度和压... 详细信息

使用SPH-FEM耦合算法对钛-钢、钢-不锈钢、铜-钢、钛-铝4种常见爆炸复合组合进行了数值模拟,理论分析了材料JC强度方程和SG强度方程的适用应变率范围。探讨了爆炸焊接静态参数基复板厚度和动态参数碰撞速度、动态弯折角对界面温度和压力的影响,借助数值模拟手段研究了界面波形形貌,漩涡和少量飞溅熔化块的生长机理。结果表明,随着复板厚度和碰撞速度的增加,界面温度、压力和波形尺寸明显增加,动态弯折角和基板厚度的改变并不能影响界面温度,界面波形生长遵循着“主逆次顺”运动规律。

关键词：爆炸焊接界面波形 SPH-FEM 参数研究强度方程

爆炸焊接Al-Fe啮合界面的微观结构和力学性能（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2019年第4期29卷 680-691页

作者：杨明马宏昊沈兆武陈代果邓永兴中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230026 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

为了提高Al-Fe爆炸焊接界面的力学性能,通过在基板上预制燕尾槽的方法获得啮合型结合界面,并系统研究啮合界面的微观结构和力学性能。微观结构观察表明,啮合界面实现了没有孔洞的冶金结合,结合方式为直接结合和熔化区结合。拉伸样品断... 详细信息

为了提高Al-Fe爆炸焊接界面的力学性能,通过在基板上预制燕尾槽的方法获得啮合型结合界面,并系统研究啮合界面的微观结构和力学性能。微观结构观察表明,啮合界面实现了没有孔洞的冶金结合,结合方式为直接结合和熔化区结合。拉伸样品断面表明,在界面附近钢侧为解理断裂而铝侧为延性断裂。拉剪测试结果表明,相比于普通的铝钢爆炸焊接界面,0°和90°啮合界面的剪切强度分别提高11%和14%。随着离界面距离的增加,界面两侧金属显微硬度值逐渐下降。由于存在脆性Fe-Al化合物,在三点弯曲试验中界面出现裂缝。

关键词：爆炸焊接啮合界面铝不锈钢

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爆炸焊接制备大厚度Cu-Fe-Cu复合板

稀有金属材料与工程 2020年第5期49卷 1553-1560页

作者：唐奎王金相方雨周楠南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 安徽弘雷金属复合材料科技有限公司安徽宣城242000 南京森林警察学院江苏南京210023

铜-铁复合板既有良好的延展性、导电和导热性,又有铁的铁磁性和铜的抗磁性,因此可广泛应用于电力、电子等行业。但铜和铁较差的相容性又使得两种金属难以用常规方法进行焊接。本研究采用爆炸焊接方法进行了大厚度Cu-Fe-Cu复合板的制备... 详细信息

铜-铁复合板既有良好的延展性、导电和导热性,又有铁的铁磁性和铜的抗磁性,因此可广泛应用于电力、电子等行业。但铜和铁较差的相容性又使得两种金属难以用常规方法进行焊接。本研究采用爆炸焊接方法进行了大厚度Cu-Fe-Cu复合板的制备。首先,采用爆炸焊接理论获得了可焊性窗口,确定了炸药爆速、装药厚度和间隙高度;随后,在数值模拟中同时使用SPH、Lagrange和Euler方法完整模拟了整个爆炸焊接过程,获得了复板的碰撞速度、结合界面温度和压力,验证了理论设计参数的有效性;最后,开展了爆炸焊接试验,成功制备了大厚度Cu-Fe-Cu复合板,分析了结合界面近区的硬度分布和界面结合强度,借助于试验和数值模拟结果讨论了界面波的形成过程。结果表明:数值模拟和试验得到的Fe-Cu结合界面的波形参数基本一致;铁和铜在结合面附近的硬度较母材分别增加了约34.2%和49.8%;第一和第二结合界面的剪切强度分别为212.7 MPa和225.3 MPa。

关键词：爆炸焊接 Cu-Fe-Cu复合板可焊性窗口界面波

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爆炸焊接波状界面的形成和发展

稀有金属材料与工程 2020年第6期49卷 1977-1983页

作者：曾翔宇李晓杰王小红闫鸿浩李科斌大连理工大学工程力学系辽宁大连116024 大连理工大学辽宁大连116024 工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理,采用对不同强度基板的爆炸焊接实验与光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现,当焊接参数在可焊... 详细信息

为了研究在爆炸焊接过程中波状界面的形成机理,采用对不同强度基板的爆炸焊接实验与光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)数值模拟相结合的方式对试样界面形貌及其焊接过程进行了分析。实验发现,当焊接参数在可焊窗口以内时,强度较低的材料界面比较容易形成周期性波纹,而且数值模拟结果显示,在碰撞点离开后2个周期的范围内,界面粒子仍然具有较高的运动速度并沿界面持续运动形成界面波;而强度较高且表面光滑的材料则难以形成波状界面。结果表明:爆炸焊接波状界面的形成需要扰动的积累进而触发Bahrani刻入机理,而当界面缺少扰动时则难以形成波状界面;在碰撞点离开后的2个周期范围内,波状界面的熔融金属将沿界面持续运动,最终形成稳定的界面波。

关键词：爆炸焊接成波机理界面扰动数值模拟

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钛/铝爆炸焊接界面扩散行为分子动力学模拟

稀有金属材料与工程 2023年第6期52卷 2017-2023页

作者：李岩刘琪李聚才刘翠荣吴志生太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024 山西师范大学现代文理学院转设筹备处山西临汾041000

为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为,采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型,结合爆炸焊接的物理过程,将爆炸焊接过程分为加载... 详细信息

为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为,采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型,结合爆炸焊接的物理过程,将爆炸焊接过程分为加载和卸载2个阶段,通过LAMMPS程序计算了爆炸焊接钛、铝原子的均方位移、径向分布函数、扩散层厚度等,利用OVITO软件再现了不同阶段界面原子的扩散行为。在爆炸焊接加载阶段,钛、铝原子不发生扩散,只在平衡位置做振动,铝原子振动要比钛原子振动强。爆炸焊接卸载开始时,钛、铝原子发生互扩散。钛/钛原子键能高,不易破坏,铝/铝原子键能低,容易破坏产生空位、间隙等缺陷,有利于钛原子深入扩散到铝晶格内部,但铝原子难以进入钛的晶格内部。采用扫描电镜和EDS能谱表征了钛/铝爆炸焊接复合材料界面元素分布,与模拟结果有很好的一致性。

关键词：爆炸焊接分子动力学模拟钛/铝界面扩散

爆炸焊接制备超导射频腔用铌-316L不锈钢过渡接头（英文）

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稀有金属材料与工程 2019年第12期48卷 3876-3882页

作者：王若旭何源谭腾郭学鹏宋健任军帅张生虎张兴义兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 西北有色金属研究院陕西西安710016

利用爆炸焊接方式进行了铌和316L不锈钢的连接。为了观察复合材料的性能,对爆炸焊接和热处理后的复合材料进行了结合面微观结构和力学性能研究。微观结构研究表明结合面没有脆性金属间化合物形成且复合材料热处理后没有发现结合面有元... 详细信息

利用爆炸焊接方式进行了铌和316L不锈钢的连接。为了观察复合材料的性能,对爆炸焊接和热处理后的复合材料进行了结合面微观结构和力学性能研究。微观结构研究表明结合面没有脆性金属间化合物形成且复合材料热处理后没有发现结合面有元素扩散。还对复合材料进行了室温和低温环境下的拉伸测试、剪切测试和弯曲测试。拉伸测试结果表明液氮温度下复合材料的强度高于室温,同时还观察到在液氮环境下复合材料有分层现象出现。最后进行了Nb-316LSS过渡接头的设计、加工和真空检漏,结果表明真空漏率满足工程要求,从而验证了Nb-316LSS复合材料用于SRF超导腔体氦夹克的可行性。

关键词：爆炸焊接铌不锈钢过渡接头液氦