[发明专利]具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料

说明书

本发明提供具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料，所述方法包括：步骤S1：对原料板材进行切割下料，分别制备成碳钢板、纯铝板、铝合金板；步骤S2：对碳钢板、纯铝板、铝合金板的复合面进行预处理；步骤S3：在碳钢板的复合面上预制若干机械啮合槽；步骤S4：将碳钢板作为基层，纯铝板作为中间层，铝合金板作为复层，进行爆炸焊接，经一次爆炸焊接形成三层层状的铝钢复合材料。本发明通过在碳钢板表面预制机械啮合槽，然后采用一次爆炸焊接制备三层层状金属复合板，使得纯铝板与碳钢板的结合界面形成了具有机械噬合和爆炸焊接冶金结合界面的特征，形成机械啮合和冶金融合的双重加强连接结构，同时还提高了铝钢复合材料的生产效率。

技术领域

本发明涉及金属复合材料爆炸焊接技术领域，具体而言，涉及一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法及材料。

背景技术

随着船舶的建造技术发展，单一金属船体结构材料已难以满足高速船舶的设计要求，为减轻质量，降低重心，改善稳定性，提高航速，船舶上层建筑或某些构件采用铝合金结构是近代船舶发展的一大趋势，如图1所示。因为铝和钢之间的溶解度很低，相互熔合时还会形成多种金属间脆化相，不能采用传统熔化焊方式进行连接，在以往的船舶建造中上层建筑与主船体的连接采用铆接或机械连接的方法。20世纪80年代以来，出现了采用铝合金-钢爆炸焊接金属复合板作为船舶上层铝建筑和钢船体之间连接的过渡接头，通过焊接方法实现铝合金与钢之间的连接。由于这种连接方式在改善铝合金与钢结合部的水密性、耐蚀性、简化施工工艺等方面较铆接等有突出的优点，因此逐渐替代了传统连接方法而获得了普遍应用。

目前常见的铝钢金属过渡接头主要采用爆炸焊接方法制备。一般的铝层材料选择与船用铝合金材料牌号相同，比如5083铝合金。钢层选择船用碳钢板，比如B级钢等。但由于5083铝合金和碳钢的直接爆炸焊接性较差，实际应用中，通常会在铝合金板和钢板中添加一层纯铝材料作为过渡层，例如1060工业纯铝板。增加纯铝过渡层能够对5083铝合金与碳钢板的直接爆炸焊接形成的结合界面性能不稳定现象有所改善，但纯铝板与碳钢的爆炸焊接焊接也属于异种金属焊接，在结合界面局部仍不可避免产生气孔、金属间化合物等缺陷，如图3所示，在使用过程中存在着一定的技术风险。另外，增加1060纯铝过渡层通常会采用逐层爆炸焊接方式，即先爆炸焊接形成纯铝/碳钢复合板，然后在纯铝层上继续爆炸焊接一层铝合金板。此种方式存在着技术路线长，质量风险增加的缺点。在船舶实际应用过程中，铝钢接头在船舶上的开裂现象时有发生，如图2所示，带来了较大的损失，而且开裂位置一般都是从纯铝-碳钢结合界面处缺陷产生开裂。

发明内容

本发明解决的问题是，现有技术中，铝钢复合材料需要先爆炸焊接形成纯铝/碳钢复合板，然后再在纯铝层上爆炸焊接一层铝合金板，技术路线长，质量风险点多，生产合格率不高，而且纯铝与碳钢的焊接属于异种金属的焊接，在结合界面存在产生气孔和金属间化合物的风险，导致铝钢接头在使用时经常发生开裂，损失较大。

本发明公开了一种具有焊接和机械噬合界面的铝钢复合材料制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：对原料板材进行切割下料，分别制备成碳钢板、纯铝板、铝合金板；

步骤S2：对碳钢板、纯铝板、铝合金板的复合面进行预处理；

步骤S3：在碳钢板的复合面上预制若干机械啮合槽；

步骤S4：将所述碳钢板作为基层，纯铝板作为中间层，铝合金板作为复层，进行爆炸焊接，经一次爆炸焊接形成三层层状的铝钢复合材料。