爆炸焊接界面相變與斷口組織

早期的觀點(diǎn)及近期發(fā)展出的結(jié)論逐步將爆炸焊接界面波存在的不規(guī)則性呈現(xiàn)出來(lái)，并進(jìn)行了定性分析，但尚未實(shí)現(xiàn)量化分析。據(jù)此，本項(xiàng)目以爆炸焊接界面為研究對(duì)象，基于分形理論建立了焊接界面形貌定量分析方法。主要研究?jī)?nèi)容及對(duì)應(yīng)結(jié)果： (1) 基于爆炸焊接波狀界面形成的失穩(wěn)機(jī)理與流體—彈塑性模型，在飛板反向射流與空氣之間存在著R-T、K-H，甚至R-M不穩(wěn)定性條件，因而提出失穩(wěn)是發(fā)生在金屬流體薄膜與空氣之間。由界面波幅與波長(zhǎng)之比判定線性理論成立，從而建立雙層流體失穩(wěn)線性控制方程，獲得失穩(wěn)發(fā)展特征指數(shù)表達(dá)式。結(jié)果表明在金屬流體彈—粘性與失穩(wěn)機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)作用下，特定波長(zhǎng)范圍的擾動(dòng)能夠被優(yōu)先發(fā)展，其他波長(zhǎng)的擾動(dòng)被抑制或未能發(fā)展，從而使得波狀界面在沿爆轟方向較為一致，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一結(jié)論的正確性。 (2) 進(jìn)一步利用分形理論研究爆炸焊接界面形貌特征。運(yùn)用三維超景深顯微鏡獲得界面形貌圖像，通過(guò)Matlab圖像分析技術(shù)對(duì)界面形貌進(jìn)行二值化處理，基于分形理論獲得圖像分維值以及多重分維譜，從而建立界面形貌定量表征方法。 (3) 基于(2)所建立的方法對(duì)(1)所闡述的爆炸焊接界面波的形成、發(fā)展與最終形貌開(kāi)展分維表征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)界面形貌的定量分析。 (4)利用(3)所形成的結(jié)論，對(duì)爆炸焊接界面形貌差異開(kāi)展定量化評(píng)價(jià)。運(yùn)用三維超景深顯微鏡獲得爆炸焊接界面形貌圖像，結(jié)合沖量理論，定義中心區(qū)域與邊側(cè)區(qū)域分界線；最后基于分形理論實(shí)現(xiàn)焊接界面形貌差異定量描述。 (5)利用(4)所形成的結(jié)論，結(jié)合分維是熵的度量之物理意義建立界面結(jié)構(gòu)熵，導(dǎo)出波狀焊接界面微觀結(jié)合面積計(jì)算式；結(jié)合內(nèi)聚力模型，闡述界面結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合性能影響的能量關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)界面結(jié)構(gòu)與斷裂性能的定量分析。 (6)基于(5)的結(jié)論，嘗試建立界面剪切強(qiáng)度與斷口輪廓分維值及其多重分形譜關(guān)系。結(jié)果表明焊接界面剪切強(qiáng)度在數(shù)值上與分維值及多重分形譜呈正相關(guān)。 本項(xiàng)目成功建立了爆炸焊接波狀界面形貌定量表征方法，導(dǎo)出了界面分維值與對(duì)應(yīng)結(jié)合能關(guān)系式，從而實(shí)現(xiàn)焊接界面形貌結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)失效行為量化分析，為焊接界面性能定量評(píng)價(jià)指供理論指導(dǎo)。按照預(yù)期計(jì)劃完成了項(xiàng)目研究。

爆炸焊接金屬?gòu)?fù)合板已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，其復(fù)合質(zhì)量由焊接界面波狀形貌決定，然而學(xué)術(shù)上對(duì)界面波形貌分析仍處于定性水平，尚未建立定量分析方法，對(duì)該問(wèn)題的研究具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本課題打破歐幾里德幾何思想束縛，從分形幾何角度研究波狀界面形貌。研究過(guò)程中首先獲得研究對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)，并利用分維分析方法對(duì)波狀界面形貌、炸藥鋪設(shè)厚度及爆轟產(chǎn)物壓力脈動(dòng)等具有的分形特征進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的定量表征；其次，從流體界面穩(wěn)定性理論出發(fā)，建立射流運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程并求解，通過(guò)對(duì)方程解的分析揭示界面形貌對(duì)初始條件的依賴關(guān)系。最后，基于已表征的波狀界面形貌對(duì)初始條件依賴關(guān)系，利用二維多重分形界面重構(gòu)，通過(guò)迭代生成表面凹凸不平的幾何對(duì)象，使其與界面形貌圖像吻合，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)初始條件下焊接界面形貌的計(jì)算機(jī)界面重構(gòu)，該方法反過(guò)來(lái)可指導(dǎo)爆炸焊接參數(shù)工程定量設(shè)計(jì)。

第一章緒論

1．1爆炸焊接的發(fā)展歷史

1．2爆炸焊接工藝裝置及工藝參數(shù)

1．2．1爆炸焊接工藝裝置

1．2．2爆炸焊接靜態(tài)參數(shù)

1．2．3爆炸焊接動(dòng)態(tài)參數(shù)

1．3爆炸焊接的特點(diǎn)

1．4爆炸焊接研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1．4．1爆炸焊接研究現(xiàn)狀

1．4．2存在的問(wèn)題

1．5本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容

第二章爆炸焊接復(fù)合板結(jié)合界面

2．1爆炸焊接復(fù)合板結(jié)合界面的微觀特征

2．1．1縫隙和空洞物的測(cè)試分析

2．1．2界面的塑性變形

2．1．3界面熔化

2．1．4界面擴(kuò)散

2．2爆炸焊接的三種結(jié)合界面

2．2．1對(duì)現(xiàn)有理論的述評(píng)

2．2．2結(jié)合界面電子掃描及成分測(cè)試

2．2．3結(jié)合界面三種波狀形式的測(cè)試與比較

2．3爆炸焊接復(fù)合板界面波的分布

2．3．1界面波在復(fù)合板中的分布規(guī)律

2．3．2復(fù)合板結(jié)合界面波與裝藥量之間的關(guān)系

2．4本章小結(jié)

第三章復(fù)板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和碰撞作用機(jī)理

3．1復(fù)板的運(yùn)動(dòng)和加速過(guò)程

3．1．1復(fù)板運(yùn)動(dòng)姿態(tài)試驗(yàn)與分析

3．1．2復(fù)板的力學(xué)模型

3．2基復(fù)板相互作用機(jī)理

3．2．1高應(yīng)變率、高溫、高壓下材料的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度

3．2．2爆炸焊接基復(fù)板相互作用規(guī)律

3．3本章小結(jié)

第四章基復(fù)板合理間距研究

4．1關(guān)于基復(fù)板間距的研究現(xiàn)狀

4．2基復(fù)板間距對(duì)邊界效應(yīng)的影響

4．3基復(fù)板間距與復(fù)板運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系的理論研究

4．3．1由復(fù)板一維運(yùn)動(dòng)公式得到的間距表達(dá)式

4．3．2由復(fù)板二維運(yùn)動(dòng)公式得到的間距表達(dá)式

4．4基復(fù)板間距與復(fù)板運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系的試驗(yàn)研究

4．4．1閃光X射線照相法

4．4．2復(fù)板速度的測(cè)量原理

4．4．3試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

4．4．4焊接質(zhì)量分析

4．5本章小結(jié)

第五章爆炸焊接界面結(jié)合及成波機(jī)理

5．1爆炸焊接界面結(jié)合機(jī)理

5．1．1概述

5．1．2形成爆炸焊接界面的前提條件

5．1．3爆炸焊接的壓力焊機(jī)理

5．2爆炸焊接界面波形成機(jī)理

5．2．1成波機(jī)理研究的歷史與現(xiàn)狀

5．2．2炸藥爆轟反應(yīng)區(qū)荷載的波狀分布規(guī)律

5．2．3碰撞焊接瞬間復(fù)板上表面爆轟作用壓力

5．3本章小結(jié)

第六章最佳裝藥量窗口研究

6．1裝藥量經(jīng)驗(yàn)公式分析

6．1．1可焊性窗口的討論

6．1．2裝藥量與碰撞速度關(guān)系的計(jì)算式

6．1．3可焊性窗口的炸藥用量下限計(jì)算

6．2降低炸藥用量的試驗(yàn)研究

6．2．1裝藥量下限經(jīng)驗(yàn)公式的對(duì)比試驗(yàn)

6．2．2裝藥量下限經(jīng)驗(yàn)公式的修正

6．2．3修正式的試驗(yàn)檢驗(yàn)

6．3不等厚度布藥

6．3．1等厚度布藥爆炸焊接復(fù)合板界面波分布情況

6．3．2待焊區(qū)板振動(dòng)及其對(duì)界面波的影響

6．3．3不等厚度布藥的結(jié)構(gòu)參數(shù)

6．3．4兩種布藥方式所得復(fù)合板界面形貌的比較

6．4最佳裝藥量窗口

6．4．1建立最佳裝藥量窗口的基本原則與方法

6．4．2最佳裝藥量窗口各點(diǎn)、線的物理意義

6．4．3最佳裝藥量窗口與可焊性窗口的比較

6．4．4應(yīng)用實(shí)例

6．5本章小結(jié)

第七章硬脆金屬爆炸焊接研究

7．1硬脆金屬的特點(diǎn)

7．2T10/Q235復(fù)合板爆炸焊接試驗(yàn)

7．2．1問(wèn)題的提出

7．2．2工具鋼金相組織的軟硬質(zhì)相

7．2．3工具鋼金相組織微觀變形分析

7．2．4工具鋼復(fù)合板爆炸焊接的初步試驗(yàn)

7．2．5工具鋼復(fù)板微觀組織的電鏡掃描試驗(yàn)與分析

7．3工具鋼爆炸焊接機(jī)理分析

7．3．1爆炸焊接過(guò)程的力學(xué)特點(diǎn)分析

7．3．2損傷場(chǎng)的演變及斷裂機(jī)理分析

7．3．3工具鋼宏觀開(kāi)裂的主要影響因素

7．4解決工具鋼爆炸焊接易開(kāi)裂的技術(shù)途徑

7．4．1工藝改進(jìn)措施

7．4．2工藝改進(jìn)后的試驗(yàn)情況

7．4．3硬脆金屬?gòu)?fù)合板爆炸焊接生產(chǎn)實(shí)例

7．5本章小結(jié)

第八章Ti/Q235復(fù)合板爆炸焊接研究

8．1鈦一碳鋼的焊接

8．2鈦一碳鋼復(fù)合板爆炸焊接試驗(yàn)

8．3Ti/Q235復(fù)合板的質(zhì)量檢測(cè)及分析

8．3．1Ti/Q235復(fù)合板超聲波探傷的特殊問(wèn)題

8．3．2Ti/Q235復(fù)合板超聲波探傷基本原理

8．3．3Ti/Q235復(fù)合板超聲波探傷檢測(cè)試驗(yàn)

8．3．4Ti/，Q235復(fù)合板結(jié)合界面微觀測(cè)試分析

8．4炸藥爆速的影響因素與低爆速炸藥配制

8．4．1影響炸藥爆速的因素

8．4．2低爆速炸藥的配制

8．5本章小結(jié)

第九章爆炸焊接的地基特性與優(yōu)化

9．1地基的類型與結(jié)構(gòu)

9．1．1地基的類型

9．1．2地基中的土壤結(jié)構(gòu)

9．1．3地基中土壤的主要參數(shù)

9．1．4爆炸焊接中的地基缺陷

9．1．5爆炸焊接地基研究的主要問(wèn)題

9．2地基對(duì)焊接質(zhì)量的影響

9．2．1地基強(qiáng)度對(duì)焊接質(zhì)量的影響

9．2．2地基波阻抗對(duì)焊接質(zhì)量的影響

9．3地基的應(yīng)力測(cè)試

9．3．1測(cè)試系統(tǒng)的組成

9．3．2測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定

9．3．3傳感器的埋設(shè)

9．3．4測(cè)試系統(tǒng)誤差分析

9．3．5試驗(yàn)材料

9．3．6試驗(yàn)條件及測(cè)試結(jié)果

9．4地基應(yīng)力特性分析

9．4．1地基應(yīng)力峰值隨深度的衰減規(guī)律

9．4．2地基同一深度上的應(yīng)力分布

9．4．3地基中應(yīng)力波波速與土壤質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系

9．4．4地基動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系

9．5地基參數(shù)變化規(guī)律

9．5．1地基破壞分區(qū)及其特征

9．5．2地基物理和力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律

9．5．3地基參數(shù)優(yōu)化

9．6本章小結(jié)

第十章爆炸焊接次效應(yīng)及其控制技術(shù)

10．1炸藥在空氣中爆炸對(duì)環(huán)境的危害性分析

10．1．1炸藥爆炸噪聲及其危害

10．1．2爆炸地震效應(yīng)

10．1．3爆炸空氣沖擊波的危害

10．2爆炸焊接的地震動(dòng)研究

10．2．1爆炸地震動(dòng)的衡量

10．2．2影響爆破振動(dòng)強(qiáng)度的因素

10．2．3爆破振動(dòng)的安全距離

10．2．4爆炸焊接地震動(dòng)測(cè)試

10．2．5爆炸焊接的地震動(dòng)危害控制

10．3爆炸沖擊波研究及其控制

10．3．1爆炸沖擊波特征分析

10．3．2影響爆炸沖擊波效應(yīng)的因素

10．3．3爆炸沖擊波與擋波墻的相互作用

10．3．4擋波墻對(duì)爆炸沖擊波削波作用試驗(yàn)研究

10．3．5爆炸沖擊波與擋波墻相互作用的數(shù)值模擬研究

10．3．6最大耗能原理及爆炸沖擊波控制技術(shù)

10．4本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)2100433B