第六章爆炸焊

1第六章爆炸焊

2爆炸焊利用炸藥轟炸能量，驅(qū)動(dòng)焊件做高速傾斜碰撞，使其界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的特種焊接方法。界面沒(méi)有或僅有少量熔化，無(wú)熱影響區(qū)，屬固相焊接。適用廣泛，有良好的焊接性和力學(xué)性能。主要用于制造金屬?gòu)?fù)合材料和異種金屬的焊接。

3爆炸焊接的特點(diǎn)1學(xué)科上的特點(diǎn)2能源上的特點(diǎn)3工藝上的特點(diǎn)4焊接上的特點(diǎn)6性能上的特點(diǎn)5焊接過(guò)渡區(qū)上的特點(diǎn)41學(xué)科上的特點(diǎn):界于金屬物理學(xué)、爆炸物理學(xué)和焊接工藝之間的一門邊緣學(xué)科。

2能源上的特點(diǎn)炸藥的化學(xué)能;這種化學(xué)能在爆炸焊接過(guò)程中，在炸藥-爆炸-金屬系統(tǒng)內(nèi)將發(fā)生多次和多種形式的能量的轉(zhuǎn)換、吸收、傳遞和分配，最后形成金屬間的焊接結(jié)合。在時(shí)間上這個(gè)過(guò)程以微秒計(jì)。

3工藝上的特點(diǎn)

焊接工藝和操作很簡(jiǎn)單。

54焊接上的特點(diǎn)

板與板、板與管、管與管、管與管板、管與棒，以及異型件都可以爆炸焊接。形狀復(fù)雜的蜂窩結(jié)構(gòu)、數(shù)十層和數(shù)百層金屬箔材爆炸焊接成功了。金屬與玻璃、塑料和陶瓷也能爆炸焊接在一起。

5焊接過(guò)渡區(qū)上的特點(diǎn)爆炸焊接雙金屬和多金屬的結(jié)合區(qū)是基體金屬之間的成分、組織和性能的過(guò)渡區(qū)。直接影響基體金屬之間的結(jié)合強(qiáng)度和使用性能。其形成原因、經(jīng)過(guò)和結(jié)果的研究，是這門學(xué)科理論研究的重要組成部分。6性能上的特點(diǎn)爆炸復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度通常與基材中較弱者的強(qiáng)度相當(dāng)。經(jīng)受得住后續(xù)的校平、轉(zhuǎn)筒、切割、焊接、沖壓、旋壓、鍛壓、擠壓、拉拔、軋制和熱處理，以及爆炸成形等而不會(huì)分層和開(kāi)裂。

6第一節(jié)爆炸焊原理圖6-1復(fù)合板的爆炸焊工藝安裝示意圖a）平行法b）角度法1-雷管2-炸藥3-復(fù)板4-基板5-基礎(chǔ)（地面）-安裝角h-間隙小型試驗(yàn)，平行法和角度法均可，大面積多用平行法.71-炸藥2-保護(hù)層3-復(fù)板4-地面a-基板

Vd-炸的爆轟速度Vp-復(fù)板向基板的運(yùn)動(dòng)速度Vs-撞擊點(diǎn)s的移動(dòng)速度(即焊接速度)-安裝角-撞擊角Y-彎折角雷管引爆后，爆轟波便以爆轟速度在炸藥層中向前傳播。爆轟波的能量和迅速膨脹的爆炸產(chǎn)物的能量就向四面八方傳播開(kāi)去。其向下分量傳遞給復(fù)板后，便推動(dòng)復(fù)板高速向下運(yùn)動(dòng)。復(fù)板在間隙中被加速。最后與基板高速撞擊。撞擊面上發(fā)生金屬的塑性變形，使它們緊密接觸。接觸面上金屬的物理性質(zhì)類似于流體，在撞擊點(diǎn)前形成射流，稱之為再入射流?！白郧謇怼弊饔?，形成再入射流是爆炸焊的主要機(jī)理。8撞擊速度低于某一臨界值時(shí)，結(jié)合面為直線形。在大多數(shù)情況下，結(jié)合面為波浪形。爆炸復(fù)合板的波形結(jié)合區(qū)×５０a)鈦-鋼：波前漩渦區(qū)b)鋁-鋁：波前和波后漩渦區(qū)9第二節(jié)可爆炸焊金屬材料常溫下的破斷沖擊吸收功不太小時(shí)，爆炸后不會(huì)脆裂，都可以用爆炸焊法焊接。破斷沖擊吸收功小的金屬材料，采用熱爆炸焊方法也能制成復(fù)合材料。10第三節(jié)爆炸焊方法及安裝工藝一、爆炸焊方法：金屬材料的形狀：板一板，管一管、管一管板、管一棒、異形件以及金屬粉末與板的爆炸焊；焊接接頭的類型：爆炸搭接、對(duì)接、斜接和壓接；爆炸焊實(shí)施的位置：地面、地下、空中、水下和真空中的爆炸焊；一次、兩次和多次爆炸焊、多層爆炸焊，單面和雙面爆炸焊，內(nèi)、外和內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行的爆炸焊，熱爆炸焊和冷爆炸焊等。爆炸焊方法的延伸和發(fā)展：爆炸焊工藝還可以與常見(jiàn)的金屬壓力加工工藝聯(lián)合起來(lái)，以生產(chǎn)更大、更長(zhǎng)、更粗、更細(xì)、和異型的金屬?gòu)?fù)合材料。這種聯(lián)合是11二、爆炸焊安裝工藝1.爆炸大面積復(fù)合板時(shí)用平行法。此時(shí)如用角度法，前端則因間隙距離增加很多，復(fù)板過(guò)分加速，使其與基板撞擊時(shí)能量過(guò)大。這樣會(huì)擴(kuò)大邊部打傷打裂的范圍，從而減少?gòu)?fù)合板的有效面積和增加金屬的損耗。2.在安裝大面積復(fù)板時(shí)，在平整的金屬材料板材安裝后中部也會(huì)下垂或翹曲，以致與基板表面接觸。此時(shí)為保證復(fù)板下垂位置與基板表面保持一定間隙，可在該處放置一個(gè)或幾個(gè)高度稍小于應(yīng)有的間隙值的金屬片。123.爆炸大面積復(fù)合板時(shí)，最好用中心起爆法引爆炸藥，或者從長(zhǎng)邊中部引爆炸藥。這樣可使間隙中氣體的排出的路程最短。從而有利于復(fù)板和基板的順利撞擊，減少結(jié)合區(qū)金屬熔化的面積和數(shù)量。4.為了引爆低爆速炸藥和減少雷管區(qū)的面積，通常在雷管下放置一定數(shù)量的高速炸藥。5.為了將邊部缺陷引出復(fù)合板之外和保證邊部質(zhì)量，通常復(fù)板的長(zhǎng)、寬尺寸比基板的大20～50mm。管與管板爆炸焊時(shí)，管材也應(yīng)有類似的額外伸出量。13第四節(jié)爆炸焊工藝一、工藝包括：1.被焊金屬材料的準(zhǔn)備

2.待焊金屬材料的清理

3.炸藥的準(zhǔn)備4.安裝

5.引爆炸藥141.被焊金屬材料的準(zhǔn)備復(fù)合的厚度可為0.1～30mm，基板可為0.1～500mm，基板與復(fù)板的厚度比一般為1：1～10：1?；逶胶?，基板與復(fù)板的厚度比越大，還越容易實(shí)現(xiàn)焊接。2.待焊金屬材料的清理手工、機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的方法對(duì)金屬材料的待結(jié)合面進(jìn)行清潔凈化。

3.炸藥的準(zhǔn)備根據(jù)工藝和金屬材料形狀的要求，選擇一定品種、狀態(tài)和數(shù)量的炸藥。

154.安裝

接好地線、搬走所用的工具和物品，撤離工作人員和在危險(xiǎn)區(qū)安插警戒旗等。根據(jù)藥量的多少和有無(wú)屏障，設(shè)置半徑為25m、50m或100m以上的危險(xiǎn)區(qū)。5.引爆炸藥

16二、爆炸焊工藝參數(shù)主要有：復(fù)層與基層金屬材料的厚度、長(zhǎng)度和寬度尺寸，炸藥的品種、狀態(tài)和數(shù)量及其爆炸性能數(shù)據(jù)，安裝后復(fù)層和基層之間的間隙距離等。17h＝A（ρδ）0.6

We＝BC{[（ρδ）0.6σS0.2]／h0.5}式中h——復(fù)板與基板之間的間隙距離（cm）；

We——復(fù)板單位面積上布放的炸藥量（s/cm2）；

ρ——復(fù)板的密度（g/cm3）；

δ——復(fù)板的厚度（cm）；

σS——復(fù)板金屬材料的屈服強(qiáng)度(MPa)；A、B、C——計(jì)算系數(shù)，分別為0.1～1.0、0.05～3.0、0.5～2.5。18第五節(jié)爆炸焊缺陷宏觀缺陷如下1.爆炸結(jié)合不良2.鼓包3.大面積融化4.表面燒傷5.爆炸變形6.爆炸脆裂7.雷管區(qū)缺陷8.邊部打裂9.爆炸打傷

微觀缺陷見(jiàn)于復(fù)合材料內(nèi)部，影響焊接復(fù)合件的力學(xué)性能的不均勻。191.爆炸結(jié)合不良指爆炸焊接以后，復(fù)層與基層之間全部或大部沒(méi)有結(jié)合，以及即使結(jié)合但強(qiáng)度很低的情況。首先應(yīng)選擇低爆速的炸藥，其次是使用足夠的炸藥量和適當(dāng)?shù)拈g隙距離，此外，采用中心起爆法等能縮短間隙中氣體排除的路程，有利于引爆后氣體大部排出。2.鼓包在復(fù)合件的局部位置上復(fù)層偶爾有凸起，其間充滿氣體，在敲擊下發(fā)出空響聲。低爆速炸藥，最佳藥量和最佳間隙值外，重要的是創(chuàng)造良好的排氣條件。203.大面積熔化原因：在爆炸焊的過(guò)程中，間隙內(nèi)未被及時(shí)排出的氣體，在高壓下被絕熱壓縮。大量的絕熱壓縮氣體將其周圍金屬熔化而形成。采用低爆速炸藥和中心起爆法等，主要目的是創(chuàng)造排氣條件，不使間隙氣體的絕熱壓縮過(guò)程產(chǎn)生。4.表面燒傷

指復(fù)層表面被爆炸熱氧化燒傷的情況，使用低爆熱的炸藥和采用黃油水玻璃或?yàn)r青等保護(hù)層，可以防止這一缺陷的發(fā)生。216.爆炸脆裂常溫下沖擊值太小，強(qiáng)度和硬度特別高的金屬材料，熱爆工藝可以消除。7.雷管區(qū)缺陷在雷管引爆的部位，由于能量不足和氣體排不出去，而造成復(fù)層和基層未能很好結(jié)合的缺陷，可用增加附加藥包的辦法盡量縮小。8.邊部打裂由于邊界效應(yīng)而使復(fù)層被打傷或打裂的缺陷。原因主要是周邊和前端能量過(guò)大造成的。減少前端（復(fù)合管、棒）或復(fù)合板邊部的炸藥量，增加復(fù)合板或復(fù)合管的尺寸，或者在厚復(fù)合板的待結(jié)合面之外的周邊刻槽等。9.爆炸打傷撞擊復(fù)層表面，造成麻坑，凹坑或小溝等缺陷。細(xì)化和凈化炸藥，均勻布藥是防止復(fù)層表面打傷的主要措施。22二、爆炸焊檢驗(yàn)1．非破壞性檢驗(yàn)1）表面質(zhì)量檢驗(yàn)其目的是對(duì)復(fù)合件的復(fù)層表面及其外觀進(jìn)行質(zhì)量檢查，如打傷、打裂、氧化、燒傷、翹曲度、尺寸公差和其他外觀情況等。2）輕敲檢驗(yàn)用手錘對(duì)復(fù)層各個(gè)位置逐一輕敲，以其聲響來(lái)初步判斷復(fù)合材料的結(jié)合情況。3）超聲檢驗(yàn)其目的是對(duì)復(fù)合件的結(jié)合情況和結(jié)合面積進(jìn)行定量的測(cè)定。232．破壞性檢驗(yàn)用剪切和彎曲試驗(yàn)來(lái)確定鈦-鋼、不銹鋼-鋼、銅-鋼、鎳-鋼等復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度，用拉伸試驗(yàn)來(lái)確定它們的抗拉強(qiáng)度。1)剪切試驗(yàn)2）拉伸試驗(yàn)3）彎曲試驗(yàn)4）顯微硬度檢驗(yàn)5）金相檢驗(yàn)24圖6-6爆炸態(tài)和熱軋態(tài)鈦-鋼復(fù)合板結(jié)合區(qū)顯微硬度分布曲線25第六節(jié)爆炸焊應(yīng)用例如，鈦、鋯、鈮、鉭、鎢、鉬、銅、鋁、貴金屬和不銹鋼等，它們?cè)谙鄳?yīng)的化學(xué)介質(zhì)中有良好的耐蝕性，它們與普通鋼組成的復(fù)合板已廣泛地應(yīng)用在化工和壓力容器中。1、充分利用金屬化學(xué)性能的復(fù)合材料

262、充分發(fā)揮金屬物理性能的復(fù)合材料例如，熱雙金屬（熱—力學(xué)性能），電力、電子和電化學(xué)用雙金屬（電學(xué)性能），音叉雙金屬（聲學(xué)性能），蝸輪葉片雙金屬（耐汽蝕性能），槍（炮）管用雙金屬（耐燒蝕性能），貴金屬?gòu)?fù)合接點(diǎn)材料（耐電蝕性能），復(fù)合超導(dǎo)材料（超導(dǎo)性能），復(fù)合磁性材料（磁學(xué)性能），以及原子能復(fù)合材料（核性能）等273、充分增強(qiáng)和提高金屬力學(xué)性能的復(fù)合材料

例如復(fù)合纖維增強(qiáng)材料（抗拉強(qiáng)度顯著提高），復(fù)合裝甲材料（各層具有不同的硬度可顯著提高材料抗拒破甲的能力），復(fù)合刀具材料（刀刃部分硬度特高），減摩復(fù)合材料（內(nèi)層材料耐摩擦磨損、外層材料承壓強(qiáng)度高），比強(qiáng)度和比剛度更高的輕型復(fù)合材料（如鈦-鋁、鈦-鋰、鋁-鋰、鋁-鎂和鋁-鈹）等。

284、其他特殊用途的復(fù)合材料

例如三層復(fù)合釬料核燃料材料鈾和釷的數(shù)量少、體積小和強(qiáng)度低，為了提高其剛度和其他目的，將其與銅組成復(fù)合材料后作為重離子的靶子而使用之。在美國(guó)為了降低或取消三種硬幣中銀的含量而大量使用爆炸焊接的銀銅鎳復(fù)合材料29305、過(guò)渡接頭

異種金屬的過(guò)渡管接頭、板接頭和棒接頭也是很有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。31第七節(jié)爆炸焊安全注意事項(xiàng)：1.爆炸場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離建筑物的地方；2.炸藥庫(kù)管理人員須認(rèn)真負(fù)責(zé)，炸藥與雷管、導(dǎo)爆索等用品須分類分開(kāi)運(yùn)輸和存放，出入庫(kù)要嚴(yán)格管理。3.所有工作人員必須遵守國(guó)家有關(guān)政策法令，接受工程訓(xùn)練和考核，并