一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样及其制造方法与流程

本发明涉及焊接，特别涉及一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样及其制造方法。

背景技术：

1、爆炸焊接层状金属复合材料因其具有耐腐蚀性、过渡连接作用等功能特点，被广泛应用在桥梁、船舶等领域。桥梁、船舶领域用金属复合材料长期处于动态环境，对该材料的平行于复合界面方向的剪切疲劳性能的评价尤为关注，但目前国内关于该方面的疲劳性能评价还未颁布相应标准规范。剪切性能是表征平行于层状金属复合材料界面方向的结合性能，是层状金属复合材料关键性能之一。现有gb6396-2008标准《复合钢板力学及工艺性能试验方法》规定，通过如图1所示的剪切试样和如图3所示的拉剪试样(复合钢板总厚度小于等于10mm时，可按照图3)进行测试。

2、但是上述两种试样无法应用于界面剪切力方向的动态疲劳测试，主要存在如下问题：(1)图1的剪切试样主要通过图2的试验装置进行剪切性能测试，无法满足两侧金属材料同时加载的要求，不能实现拉压疲劳加载；(2)图3的拉剪试样虽然可以满足两侧金属材料同时加载的要求，但是界面结合部位部位为1.5ac(ac为复层厚度)，因结合部位宽度过宽，导致疲劳断裂位置不能发生在界面结合处，使试样失效，不能对界面剪切疲劳性能进行有效评价；(3)图3的拉剪试样要求台阶处复层和基层加工掉后，结合界面处呈两种金属混合的斑点状，界面为波纹状结合，不在同一水平面，存在未加工至界面或过深界面，界面加工不易精确控制，因附近界面波纹加工不完全，导致实际界面结合宽度大于台阶测量宽度，影响测试数据；(4)图3的拉剪试样中钢侧槽处容易应力集中，在疲劳过程中容易出现优先断裂的现象，导致试样失效；(5)图3的拉剪试样长度大于250mm，实际加载时两端夹持位置仅50mm即可，存在材料利用率低，而且试样长度越长，试样的不平度越大，会降低两侧夹持端的同轴度，进而影响试验数据的有效性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样及其制造方法，以解决小规格试样界面难以精准控制，且难以保证剪切失效面发生在界面处的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一方面，本发明提出一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样，包括基层和复层，所述基层和复层通过爆炸焊接的方式连接，连接处形成复合界面，基层设置基层槽，复层设置复层槽，基层槽与界面形成基层侧台阶，复层槽与界面形成复层侧台阶，基层的厚度为ab，复层的厚度为ac，基层槽最右侧到复层槽最左侧的距离为w，w＝0.5(ac-1)±0.1。

4、进一步的，所述基层槽设置圆弧倒角。

5、另一方面，本发明还提出一种上述爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，包括如下步骤：

6、s1.选取爆炸焊接金属复合材料，并进行切割获得坯料，然后去除四周毛刺，选用压机对坯料进行压校；

7、s2.通过铣床铣出试样的四个侧面及上下端面；

8、s3.以复层为底，加工基层，加工量1～2mm，保证基层与四个侧面均垂直，垂直度≤0.05，粗糙度≤ra3.2；以基层为底，加工复层，加工量0.5～1mm，粗糙度≤ra3.2，并保证复层和基层平行，平行差≤0.05；

9、s4.清理毛刺，选用高度划线尺从一端依次划线，标出试样台阶、基层槽、复层槽的位置，铣或刨复层侧台阶面，至复层和基层结合面出现刚刚波纹，加工出试样所需的复层厚度ac，确定w尺寸为w＝0.5(ac-1)±0.1；

10、s5.继续铣或刨复层侧台阶面，至复层与基层结合面波纹刚刚消失，记录此过程厚度加工量h，然后再继续加工量h，加工后与基层平行，平行差≤0.05；

11、s6.铣或刨基层侧台阶面，至复层与基层结合面波纹刚刚消失(金属混合的斑点状消失，为爆炸焊接界面波波谷位置)，记录此过程厚度加工量h，然后再继续加工量h，加工后与基层平行，平行差≤0.05；

12、s7.以基层侧台阶划定平行线为基准，在基层槽加工圆弧倒角，加工后与端面槽平齐。

13、进一步的，通过步骤s1和s2的处理，使得试样的宽度b为25±0.2mm，粗糙度≤ra3.2，长度l为150±0.2mm、垂直度≤0.05、粗糙度≤ra3.2。

14、进一步的，步骤s1中通过压校使得坯料上下面不平度均＜0.5mm。

15、进一步的，步骤s3中，加工基层，保证基层与四个侧面均垂直，垂直度≤0.05，粗糙度≤ra3.2。

16、进一步的，步骤s3中，加工复层，保证复层和基层平行，平行差≤0.05。

17、进一步的，步骤s7中，所述圆弧倒角的半径r≥1mm。

18、相对于现有技术，本发明所述的一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样及其制造方法具有以下优势：

19、(1)本发明确定台阶界面长度w＝0.5(ac-1)±0.1，使该区域成为试样疲劳的薄弱区域，有利于疲劳端口发生在此位置，提高了试验效率，降低了试验费用，且能实现爆炸焊接层状金属复合材料界面剪切疲劳强度的准确判定。

20、(2)本发明通过在台阶两侧界面波谷处再继续加工，使台阶界面完全脱离复合界面，避免了因台阶界面波纹加工不完全导致实际界面结合宽度大于台阶测量宽度，影响测试数据。

21、(3)本发明降低了拉剪试样的长度，并对试样的不平度提出了加工要求，提高了试样两端加载的同轴度，提高了试验数据的有效性。

技术特征：

1.一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样，包括基层(1)和复层(2)，所述基层(1)和复层(2)通过爆炸焊接的方式连接，连接处形成复合界面，其特征在于，基层(1)设置基层槽，复层(2)设置复层槽，基层槽与界面形成基层侧台阶，复层槽与界面形成复层侧台阶，基层(1)的厚度为ab，复层(2)的厚度为ac，基层槽最右侧到复层槽最左侧的距离为w，w＝0.5(ac-1)±0.1。

2.根据权利要求1所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样，其特征在于，所述基层槽设置圆弧倒角。

3.一种如权利要求1～2任一项所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，其特征在于，通过步骤s1和s2的处理，使得试样的宽度b为25±0.2mm，粗糙度≤ra3.2，长度l为150±0.2mm、垂直度≤0.05、粗糙度≤ra3.2。

5.根据权利要求3所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，其特征在于，步骤s1中，通过压校使得坯料上下面不平度均＜0.5mm。

6.根据权利要求3所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，其特征在于，步骤s3中，加工基层(1)，保证基层(1)与四个侧面均垂直，垂直度≤0.05，粗糙度≤ra3.2。

7.根据权利要求3所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，其特征在于，步骤s3中，加工复层(2)，保证复层(2)和基层(1)平行，平行差≤0.05。

8.根据权利要求3所述的爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样的制造方法，其特征在于，步骤s7中，所述圆弧倒角的半径r≥1mm。

技术总结本发明提供了一种爆炸焊接金属复合材料界面疲劳试样及其制造方法。所述疲劳试样包括基层和复层，基层和复层通过爆炸焊接的方式连接，连接处形成复合界面，基层设置基层槽，复层设置复层槽，基层槽与界面形成基层侧台阶，复层槽与界面形成复层侧台阶，复层的厚度为a<subgt;c</subgt;，基层槽最右侧到复层槽最左侧的距离为W，W＝0.5(a<subgt;c</subgt;‑1)±0.1。通过确定W，使该区域成为试样疲劳的薄弱区域，有利于疲劳端口发生在此位置，提高了试验效率，且能实现爆炸焊接层状金属复合材料界面剪切疲劳强度的准确判定。此外，通过在台阶两侧界面波谷处再继续加工，使台阶界面完全脱离复合界面，避免了因台阶界面波纹加工不完全导致实际界面结合宽度大于台阶测量宽度，影响测试数据。技术研发人员：刘金涛,陈令杰,蒋晓博,韩刚,赵亮受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）技术研发日：技术公布日：2024/9/29