一、概述

金屬層狀復(fù)合材可以使強(qiáng)度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)差異極為懸殊的不同金屬結(jié)合在一起，集不同材料的優(yōu)點(diǎn)于一身，充分發(fā)揮不同材料的使用特性，大大節(jié)約稀貴金屬材料，降低設(shè)備制造成本，使稀貴金屬在許多領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)金屬料尤其是新型材料的需求日益增長(zhǎng)，鈦復(fù)合材作為一種性?xún)r(jià)比較高的新型金屬材料，已越來(lái)廣泛地應(yīng)用于石油、化工、治金、輕工、電站輔機(jī)、海水淡化、電力及海洋工程等領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)鈦的層狀復(fù)合材生產(chǎn)廠家主要有寶鈦集團(tuán)、天力金屬?gòu)?fù)合材料有限公司、寶雞特鋼鈦業(yè)有限任公司等單位。

鈦層狀金屬?gòu)?fù)合材的加工方法有多種，常規(guī)復(fù)合方法有：爆炸焊接法、爆炸焊接+軋制法、軋制法、擠壓法、堆焊法、釬焊法等。考慮到鈦的特性，工業(yè)上常采用爆炸焊接復(fù)合法、爆炸焊接+軋制復(fù)合法及擠壓復(fù)合法等。前兩種方法主要用于復(fù)合板的生產(chǎn)，后一種方法主要用干復(fù)合棒材、復(fù)合管材的生產(chǎn)。爆炸焊接復(fù)合法通常在常溫下進(jìn)行。爆炸焊接+軋制復(fù)合法是將厚復(fù)層鈦/其他金屬坯料進(jìn)行爆炸復(fù)合，然后進(jìn)行加熱軋制。擠壓復(fù)合法是將制備的復(fù)材與基材裝配或澆鑄好的實(shí)心或空心錠坯進(jìn)行擠壓來(lái)獲得所需形狀的復(fù)合材料。上述三種方法界面均為冶金結(jié)合。

二、常規(guī)復(fù)合方法

（一）爆炸焊接復(fù)合法及爆炸焊接十軋制復(fù)合法

過(guò)去四五十年以來(lái),鈦復(fù)合材爆炸焊接技術(shù)發(fā)展迅速，從無(wú)到有，從有到強(qiáng)，隨著工藝水平和裝備水平的不斷提高，產(chǎn)品品種日益增加，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)大。不僅可生產(chǎn)鈦鋼復(fù)合材，還實(shí)現(xiàn)了鈦-銅、鈦-鎳、鈦-鈦、鈦-鈮、鈦-鋯、鈦-鎢、鈦-鎂、鈦-鉭、鈦-銀、鈦-鋼-鈦、鈦-鈮-鈦、鈦-鋼不銹鋼、鈦-銅-鋼、鈦-鈮-鎳、鈦-銅-鈮-鋼、鈦-銅-鈮-不銹鋼、鈦-銅-鋁-不銹鋼等一系列雙層及多層層狀鈦及鈦合金復(fù)合材料的生產(chǎn)。

目前,在生產(chǎn)層狀鈦及鈦合金復(fù)合材方面廣泛應(yīng)用的鈦及鈦合金牌號(hào)有TA1、TA2、TA9、TA10、Gr1、Gr2、Gr12.

隨著技術(shù)水平的不斷提高，鈦復(fù)合材可生產(chǎn)規(guī)格范圍不斷增大，通過(guò)爆炸復(fù)合法可以達(dá)到25m2，通過(guò)爆炸+軋制復(fù)合法可以達(dá)到 35m2，復(fù)層厚度1.2~12mm不等，不僅能生產(chǎn)雙層和多層金屬?gòu)?fù)合板材，而且還可生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合棒材、管材等。

1. 爆炸焊接復(fù)合法

金屬爆炸焊接是介于金屬物理學(xué)、爆炸物理學(xué)和焊接工藝學(xué)之間的一門(mén)邊緣學(xué)科，是用炸藥作能源進(jìn)行金屬間焊接和生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的一種很有實(shí)用價(jià)值的高新技術(shù)。它可在一瞬間將不同的及任意金屬組合，簡(jiǎn)單、迅速、強(qiáng)固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面積的各種組合、各種形狀、各種尺寸和各種用途的雙金屬及多金屬?gòu)?fù)合材料。

（1）爆炸焊接復(fù)合法的特點(diǎn)

①爆炸焊接的形狀和形式很多，如板與板、板與管、管與管、管與管板、管與棒、板與棒、棒與棒、粉末與粉末、粉末與板、管和棒、絲與絲、板和管以及異形件都可以爆炸焊接。

② 爆炸焊接的復(fù)層和基層材料之間為冶金結(jié)合，其結(jié)合(抗剪)強(qiáng)度數(shù)據(jù)高于或相當(dāng)于兩者中強(qiáng)度較低者的強(qiáng)度值。

③ 復(fù)層材料和基層材料都可以根據(jù)實(shí)際需要而任意選擇。

④復(fù)層材料和基層材料的厚度及其厚度比，可以根據(jù)實(shí)際需要任意選擇。以復(fù)合材為例，復(fù)板材料的厚度可為0.01~50mm，基板的度可為0.01~500mm。基板和復(fù)板的度比可為1:1~10:1。

⑤爆炸復(fù)合材料可以承受多次和多種形式的壓力加工（如軋制、沖壓、旋壓、鍛壓、擠壓和拉拔等），機(jī)械加工（如切割、切削、校平、校直和成形等），以及熱處理、焊接和爆炸成形等后續(xù)加工，而不致分層或開(kāi)裂。

⑥爆炸焊接后，表面、基體和整體材料都有不同程度的硬化和強(qiáng)化。這種硬化有利于復(fù)層材料耐蝕性能和耐磨性能的提高。這種強(qiáng)化有利于復(fù)合材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

⑦爆炸復(fù)合材料可以是雙層、三層和多層。

⑧爆炸焊接的能源是廉價(jià)的炸藥，與生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的其他技術(shù)相比，其成本低經(jīng)濟(jì)效益顯著。

⑨爆炸復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械加工（如平板）和熱處理（如退火）后就是產(chǎn)品。如果將其坯料進(jìn)行后續(xù)的壓力加工，就能夠獲得更大或更小、更長(zhǎng)或更短、更厚或更薄、更粗或更細(xì)以及異型的復(fù)合材料。

（2）工藝流程

基板下料→基板打磨、拋光→復(fù)板下料、開(kāi)破口→復(fù)板拼焊→焊縫 PT檢查→復(fù)板壓校形退火→復(fù)板拋光→基、復(fù)板爆炸前檢査→爆炸焊接→復(fù)板焊縫 PT 檢查、半成品探傷檢查→補(bǔ)焊、修磨→復(fù)合板熱處理→矯直、校平→成品下料、取樣→成品表面處理→成品檢查→成品包裝、入庫(kù)。

（3）爆炸焊接的物理過(guò)程

爆炸焊接是利用炸藥的能量，將兩件（或多件）復(fù)合材料，在爆轟波作用下，實(shí)現(xiàn)高速碰撞而焊接在一起，是一個(gè)較為復(fù)雜的物理過(guò)程。

爆炸焊接的能源是炸藥的化學(xué)能。主要的工藝參數(shù)是炸藥的用量和焊件之間的間隔距離，有關(guān)參數(shù)根據(jù)炸藥密度、爆速、復(fù)（鈦）板的性能等因素計(jì)算，并在實(shí)爆中測(cè)試優(yōu)化。