爆炸焊概述

直线结合
波状结合
连续熔化结合
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当界面撞击速度和角度过大时，就会产生大漩涡，甚至形成一个连 续的熔化层。这种大漩涡或熔化层如果是固溶体，一般不会对接头 强度带来损害。但如果形成脆性的金属间化合物，则接头就会变脆， 而且在其内部常常含有大量缩孔和其他缺陷，所以必须避免能形成 连续熔化层结合的焊接操作。
爆炸焊
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图7-3 爆炸焊结合特征 a)波状结合区 b)连续熔化层结合 c)混合性结合区
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爆炸焊 二、爆炸焊的类型、特点及应用 （一）爆炸焊的类型
按接头形式不同： 面焊 线焊 点焊 按试件是否预热： 热爆炸焊 角度法 按装配方式不同：
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平行法
平行法是将两试件平行放置，预留一定的间 隙。爆炸焊接时试件随炸药爆炸的推进依次 形成连接，接头各处的情况基本相同。
对圆棒或实心圆锥体可以进行外包覆，对圆管或筒体之类产品可 以根据需要进行内或外包覆，以获得具有特殊性能（如耐蚀、耐 高温、耐磨等）的包覆表面。这种爆炸焊工艺可以生产双金属焊 件，也可用来修复易损构件。
圆柱（锥）体 的内或外包覆
生产过渡接头
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爆炸焊为熔焊焊接性较差的异种金属或在冶金上不相容的金属之间 实现高强度的冶金结合提供了一种良好的方法。焊接时，首先利用爆 炸焊接方法把两种不相容金属焊在一起，使之形成过渡接头，然后用 普通熔焊方法，将此过渡接头分别与产品上同种金属或焊接性相近的 金属进行焊接。
爆炸焊
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第七章 爆炸焊 教学目标： 1. 了解超爆炸焊的原理、工艺特点、分类及 应用范围； 2. 熟悉爆炸焊的设备与工艺，了解爆炸焊的 基本操作与安全知识。
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爆炸焊
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第一节 爆炸焊概述
爆炸焊（Explosive Welding，EW）---是以炸药作 为能源，利用爆炸时产生的冲击力，使焊件发生剧烈碰 撞、塑性变形、熔化及原子间相互扩散，从而实现连接 的一种压焊方法。属固相焊接 。
焊缝是在两层或多层同种或异种金属材料之间，在零点几秒短暂 的爆炸过程中形成的。20世纪50年代末，国外开始了对爆炸焊较为 系统的研究。我国从1963年开始爆炸焊的试验研究，经过几十年的 发展，爆炸焊技术及其产品已应用于石油化工、造船、原子能、宇 航、冶金和机械制造等工业部门。
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角度法是使两试件间存在一个夹角，由两试件间 隙较小处开始起焊，依次向间隙较大处推进，由 于间隙不能过大，故试件的尺寸也不能太大。
热爆炸焊是将常温下脆性值较小的金属材料加热到它的韧脆转变温度以上 后，立即进行爆炸焊接。例如，钢在常温下的脆性值很小，爆炸焊后易脆 裂，将其加热到400℃（韧脆转变温度）以上时钼不再脆裂，并能和其他 金属焊在一起。 冷爆炸焊是将塑性很高的金属置于液氮中，待其冷硬后取出，立即进行 爆炸焊接。
表面清理
虽然爆炸焊时形成的金属射流能清除金属表面的氧化膜，但其清 除薄膜厚度只有几微米至几十微米，更厚的锈蚀和氧化层无法彻底 清除，将影响结合性能，故安装前应将待焊面上的污物除去，常用 的清理方法有化学清洗、机械加工、打磨、喷砂和喷丸等。 当天清理焊件，当天就进行爆炸焊。若当天不能进行焊接，则应 对焊件进行油封，爆炸焊前再用丙酮等将焊件擦拭干净。
可焊接尺寸范围 很宽的各种零件
可以进行双层、多层复合板的焊接，也可以用于各种金属的对接、搭接焊缝与点焊 爆炸焊工艺比较简单，不需要复杂设备，能源丰富，投资少，应用方便。 不需要填充金属，结构设计采用复合板材，可以节约贵重的稀缺金属。 焊接表面不需要很复杂的清理，只需去除较厚的氧化物、氧化皮和油污。
爆炸复合材料 被硬化和强化
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爆炸焊 （一）爆炸焊焊接过程及原理
引爆炸药 爆轰波
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安装炸药、雷管和焊件
清理
自左向右爆轰
强烈塑性变形
塑性流动和高速射流
金属净面接触
高温高压
Fra Baidu bibliotek
冲击动能转换成热能 金属原子扩散通过金属键形成接头
金属温度升高并熔化
炸药化学能的大部分转换成高速运动的爆轰波和爆炸产物的动能 炸药爆炸的爆轰速度： 1500～3500m/s 瞬间释放的化学能产生的压力： 700MPa 局部瞬时高温：3000℃ 冲击波的速度： 500 ～1000m/s
爆炸焊 一、爆炸焊的基本原理
爆炸焊接是美国的卡尔在1944 年提出的，他在一次炸药爆炸试验 中偶然发现，两片直径约1英寸 （ 1英寸＝0.0245m)、厚度为 0.035 英寸的黄铜圆薄片，由于受 到爆炸的突然冲击而被焊接在一起。 1957年，美国的弗立普杰克成功地 实现了铝和钢的爆炸焊。此后经过 焊接工作者的不断努力，爆炸焊接 技术已经得到广泛的应用。
1.可焊接的金属材料
爆炸焊主要用于同种金属材料、异种金属材料、金属与陶瓷的焊接，特 别是材料性能差异大而用其他方法难以实现可靠焊接的金属（铝和钢、铝和 钽等）、热膨胀系数相差很大的材料（钛和钢、陶瓷和金属等）、活性很强 的金属（如钽、锆、钼等）。实际上，任何具有足够强度和塑性并能承受工 艺过程所要求的快速变形的金属，都可以进行爆炸焊接。
炸药的准备
1.接头设计
板 -板 对接
按焊件类型
管 -管 管 -板
按产品及工艺要求
搭接
基板越厚，基板 与覆板的厚度比 越大，越容易焊 接，爆炸复合质 量容易保证。若 基板与覆板的厚 度相同，则爆炸 复合较困难。一 般要求基覆比大 于 2。
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爆炸焊 2.被焊材料的表面清理
爆炸焊大多在野外露天作业，机械化程度低、劳动条件差，易受气候条件限制。 产生噪声和气浪
爆炸焊时产生的噪声和气浪，对周围环境有一定影响。虽然可 以进行水下、真空或埋在沙子下进行爆炸，但要增加成本。
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（三）爆炸焊的应用
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爆炸焊接主要用于制造金属复合板材，使其表面或覆层具有某种特殊的性能； 也可以用于异种材料（异种金属、陶瓷与金属等）过渡接头，使其具有良好 的力学性能、导电性能和耐腐蚀性能等。
该类结合的特点是界面上可见到平直、清晰的结合线，基体金属直 接接触和结合，没有明显的塑性变形或熔化等微观组织形态。形成 这种结合特点的主要原因是撞击速度较低。这种结合形式的爆炸焊 在生产实际中很少采用，因为这种形式的爆炸焊对焊接参数的变化 非常敏感，导致接头质量不稳定和易造成未熔合等缺陷。 当撞击速度高于某一临界值时，接头的结合区呈现有规律的连续波浪 形状，界面形成或大或小的不连续漩涡区，漩涡内部由熔化物质组成， 又称熔化槽，呈铸态组织。前漩涡以基板成分为主，后漩涡以覆板成 分为主。如漩涡内材料形成固溶体，则呈韧性；如形成金属间 化合物，则脆性增大。良好的焊接结合面应由均匀细小的波纹组成， 熔化槽呈孤立隔离状态。
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（3）生产过渡接头
爆炸焊为熔焊焊接性较差 的异种金属或在冶金上不相 容的金属之间实现高强度的 冶金结合提供了一种良好的 方法。焊接时，首先利用爆 炸焊接方法把两种不相容金 属焊在一起，使之形成过渡 接头，然后用普通熔焊方法， 将此过渡接头分别与产品上 同种金属或焊接性相近的金 属进行焊接。
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（二）爆炸焊的特点
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1.优点
可形成高强度冶 金结合焊缝
爆炸焊可在同种金属或异种金属之间形成一种高强度的冶金结合 焊缝。例如 Ta（钽）、Zr(锆）、AI、Ti、Pb（铅）等与碳素结构 钢、合金钢、不锈钢的连接，用其他焊接方法难以实现，用爆炸 焊则容易实现，这主要是因为爆炸焊能把脆性化合物层减小至最 低限度甚至不产生脆性金属层。 可以焊接面积范围为13～28m2的各种零件。爆炸焊接时，若基板 固定不动，则其厚度不受限制，覆板的厚度为0.03 ～32mm，即 所谓包覆比很高。
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爆炸焊 （4）管子与管板焊接
热交换器中管子与 管板之间的焊接，可 以采用内圆柱面包覆 爆炸焊工艺进行生产， 如图所示。
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爆炸焊 （5）利用爆炸焊焊接复杂的曲面结构
这时爆炸焊与 爆炸成形往往同 时完成。图7-6 是爆炸焊接-爆 炸成形工艺的示 意图。图7-6a所 示工艺的基层 （焊件）本身就 相当于成形模具。 图7-6b所示工艺 需要使用模具。 前者是先成形后 焊接，后者是先 焊接后成形。
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爆炸焊
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爆炸焊
2.可焊接的产品结构 爆炸焊的产品多是结合面具有平面或圆柱面的简单结构。
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复合平板
可以进行双层或多层复合。如把不锈钢板、铜板、钛板、铝板等焊到普 通的钢板上。基板的厚度一般不受限制，因被爆炸冲击波加速，覆板厚度 受到限制。 复合板一般是焊后状态供货的。焊后必须进行校平。如果在结合界面处 发生的硬化已影响到工程应用，则焊后须进行热处理。若用于制作压力容 器封头，对复合板进行热压成形时，要考虑结合面受温度影响可能产生脆 硬的金属间化合物。例如，钛与钢复合，加热温度不应高于760℃，而不 锈钢与碳素结构钢的复合则无此要求。
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爆炸焊 2.缺点
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要求被焊材料有 韧性和抗冲击能 力 只能用于平面或柱 面结构的焊接
被焊的金属材料必须具有足够的韧性和抗冲击能力，以承 受爆炸的冲击力和剧烈碰撞，屈服强度大于690MPa的高强 度合金难以进行爆炸焊。 爆炸焊时被焊金属间高速射流呈直线喷射，因此一般只用于平 面或柱面结构的焊接，如板与板、管状构件、管与板等的焊接； 复杂形状的构件受到限制。同时，覆层的厚度不能太厚，基层 的厚度不能太薄。若在薄板上施焊，需附加支托。
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爆炸复合材料具有不同程度的硬化和强化，即“爆炸硬化” 和“爆炸强 化”。覆层材料的硬化有利于其耐蚀性和耐磨性的提高，而强化在一定 程度上有利于这类材料的强度设计。
爆炸焊 此外，用爆炸焊方法获得的金属复合材料比其他方法获 得的金属复合材料有更好的使用性能。例如，镀铂钛材作 为外加电流的防腐装置的阳极，在大型船舶和海洋工程中 已有应用。原采用电镀法制作的镀铂钛材的镀铂层与钛基 体结合不牢，铂／钛界面有许多微观裂纹、疏松和孔隙， 容易导致“脱铂” 现象。用爆炸焊方法获得的铂／钛复合 材料在同样的试验条件下则完好无损。快速寿命试验的结 果表明，镀铂试样在水和浓盐酸中煮沸1次即起皮，2次有 脱落，3次则完全脱落。而爆炸焊试样在煮沸30次后仍未脱 落。
冷爆炸焊
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爆炸焊
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此外，按产品形状可分为板-板、管-管、管-板、管-棒、 金属粉末-板爆炸焊；按爆炸的次数可分为一次、二次或 多次爆炸焊，因而有双层和多层爆炸焊之分；按布药特点 可分为单面和双面爆炸焊；按爆炸焊进行的地点可分为地 面、地下、水中、空中和真空爆炸焊等。目前爆炸焊工艺 还可以与常规的金属压力加工工艺和机械加工工艺联合起 来，以生产更大、更长、更薄、更粗、更细和异形等特殊 或极限形状的金属复合材料、零部件及设备。这种联合工 艺是爆炸焊技术的延伸和发展趋势。
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爆炸焊 （5）利用爆炸焊制造铜的六角形蜂窝结构
制造工艺是在铜管内同时爆炸压紧和焊接一束镀铜的铝 丝，然后用苛性钠把铝完全从结构中溶解掉，最后剩下的 便是铜六角形蜂窝结构。
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爆炸焊
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第二节 爆炸焊工艺
一、爆炸焊工艺流程 （一）焊前准备 接头设计 被焊材料的表面清理
爆炸焊材料表面要求：
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爆炸焊的接头须具有几何形状相同的重叠或紧密 配合的结合面，该结合面必须平、光、净。爆炸 焊接前待结合面处理得越干净、越平整，爆炸焊 接头的强度越高。
焊件矫平及检查
爆炸焊接前应先矫平焊件，并检查结合面上是否有缺陷， 其表面粗糙度的要求取决于被焊金属的性能。表面粗糙度 值越小越好，一般要求表面粗糙度值 Ra＜ 12.5 μm。
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爆炸焊接是以炸药为能源的 压力焊、熔化焊和扩散焊 “三位一体”的金属焊接新 工艺、新技术。形成了包括金 属塑性变形特征、熔化特征和 原子间相互扩散特征的结合 区 ，及焊接接头
爆炸焊
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爆炸焊
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（二）爆炸焊界面的结合特点
根据不同爆炸焊接条件下，两金属材料之间不同的冶金结合形式：