Page 79 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 汪 泉，等： 真空爆炸焊接TC4/09MnNiDR钢复合板及其低温性能研究 第 10 期

高结合质量；Zhu 等 [20] 比较了在真空和空气中爆炸焊接制备的铝钢复合接头，发现真空焊接减少了界面
变形，提高了韧性。目前，利用真空爆炸焊接技术制备低温复合材料及性能研究尚显不足。
本文系统研究 20、60 和 100 kPa 环境压力下制备的 TC4/09MnNiDR 钢爆炸焊接复合板的界面形貌
和力学性能，采用电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）、能量色散光谱（energy dispersive
spectroscopy，EDS）、电子背散射衍射（electron backscatter diffraction，EBSD）及电子探针（electron probe
microanalysis，EPMA）从微观结构、元素分布、晶体织构、相组成及热物理性能等多角度分析不同环境压
力下制备的复合板界面的结合特性，并利用界面拉伸、冲击和弯曲测试评估复合板的力学性能和失效行
为，以期为低温承压材料焊接提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 爆炸焊接实验
本实验中采用玻璃微球敏化的低爆速粉状乳化炸药作为焊接能源，实际装药密度为 0.65 g/cm ，爆
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速稳定在 2 200～2 300 m/s。采用 Ti6Al4V (TC4) 钛合金和 09MnNiDR 低温钢分别作为覆板和基板，其尺
寸分别为 2 mm×400 mm×140 mm 和 10 mm×400 mm×140 mm，化学成分如表 1 所示。采用平行放置法，
板间距为 6 mm，药厚 20 mm，炸药质量与覆板质量之比为 1.44。爆炸焊接实验装置如图 1 [21] 所示，图中
v 为 碰 撞 点 的 移 动 速 度 ， β 为 覆 板 和 基 板 之 间 的 动 态 碰 撞 角 ， 通 过 抽 真 空 调 节 至 预 设 的 20、 60 和
p
100 kPa 焊接环境压力，并在此压力下进行实验。将 20、60 和 100 kPa 焊接环境压力下制备的爆炸焊接
复合板分别简称为 CP-20、CP-60 和 CP-100。

表 1 覆板和基板的化学成分
Table 1 Chemical compositions of fly and base plates
质量分数/%
材料
Fe Ti Al V Mn C Si Ni 其他
Ti6Al4V ≤0.30 余量 5.5～6.75 3.5～4.5 − ≤0.10 − ≤0.05 0.4
09MnNiDR 余量 − 0.02～0.05 − 1.2～1.6 ≤0.12 0.15～0.5 0.3～0.8 −

Vent valve Detonation products
Vacuum meter Explosive
Flyer plate (TC4)
Gas valve
Jet Stand off distance
Vacuum pump
β v p Base plate
Pedestal (09MnNiDR steel)
(a) Spherical vacuum explosion vessel (b) Explosive welding of TC4 to 09MnNiDR steel
图 1 爆炸焊接装置示意图 [21]
Fig. 1 Diagrams of the explosive welding setup [21]

1.2 微观结构及力学性能表征
用于微观结构观察的试件和用于拉伸、冲击、弯曲实验的试件均沿垂直于爆炸焊接方向取样；取自
复合板中心区域，以保证焊接状态的典型性。将微观结构观察试件抛光、腐蚀后，采用 SEM 和 EBSD 分
析 界 面 形 貌 和 表 征 界 面 附 近 的 晶 体 学 特 征 ， 利 用 EDS 分 析 元 素 扩 散 情 况 并 测 定 熔 融 层 厚 度 ， 采 用

EPMA 精确测定焊缝处的元素分布和含量。本文选用的复合材料设计工况温度为−70 ℃，因此所有力学
性能测试均在此温度下进行，材料物理参数如表 2 所示。在恒定加载速率 2 mm/min 下测量试件的拉
伸、弯曲和冲击强度，其尺寸如图 2 所示。采用 SEM 观察拉伸断口形貌，以研究其失效机制。为消除焊

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