爆炸焊接word版

第十章爆炸焊接

第一节概述

爆炸焊接是利用炸药爆炸产生的冲击力造成焊件迅速碰撞，使两个金属件的待焊表面实现连接的方法。

爆炸焊接可将用传统方法不能焊接在一起的不同类金属焊接在一起。例如，钢和铝、钛和钢、铜和钢、钢和铅、铅和铝，用爆炸焊接就可焊在一起。因为在有些情况下，如果用传统的焊接方法，施加的热会引起两种金属熔化并形成一种脆性合金，使焊接无效。金属焊接中的困难，如铅的低熔点，用爆炸焊接就能消除。许多不同金属的无数次爆炸焊接试验都得到了良好的结果。

爆炸焊接的焊缝比熔接焊接的接缝强度高，且热处理材料可以用爆炸焊接而不引起性能的降低。

爆炸焊接基本上是一个“冷”焊过程，因为爆炸焊接中产生的热量可忽略不计且快速散失。这种特点使爆炸方法适用于焊接硬化加工过的和热处理过的材料而不影响它们的性质。

有些高强度和高硬度材料，如硬化工具钢、钨铬钴硬质合金和铍，因其撞击低强度而不适于爆炸焊接。

第二节爆炸焊接方法

爆炸焊接实施的方法通常有五种：平行安装法、夹角安装法、平行—夹角安装法、双夹角安装法和双面敷药法，如图10.1和图10.2所示。

按照爆炸焊接时焊件的布置方式、布药方式、能量传递介质条件及产品结构条件不同，爆炸焊接实施方法略有差异，图10.3为常见的焊件布置、布药、介质条件、产品结构形式及由此带来的不同实施方法。

(c)平行-夹角安装法 (d) 双夹角安装法

图10.1 爆炸焊接实施方法及过程

图10.2 多层爆炸焊接的两种方法

(a)～(h) 搭接； (i)、(j) 对接

图10.4 爆炸焊搭接和对接接头形式

爆炸焊接适合于复合面连接，可焊面积范围为 6.5cm2～28m2。基板厚度不受限制，覆板厚度范围为0.025～32mm，可制成各种双层及多层复合板、管、棒材。爆炸焊接也可用搭接、对接形式实现点焊、缝焊，适合于一些特殊过渡接头的焊接，如图10.4所示。

第三节爆炸焊接原理

爆炸焊接的原理不同于冶金焊接。冶金焊接是通过将两片金属的原子作用到紧密接触使原子相互间的法向吸引力变得相互作用而产生连接而实现的。此时如果金属表面覆盖的氧化、硝化和吸收气体的自然膜不从表面去除，那么即使在非常高的压力下金属也不能焊接上。爆炸焊接将两个金属面以高速和一定的角度相互碰撞，并在接触面处产生高压，通过这种行为，表面部分变成流体并流走，表面膜去除了，金属表面可以紧密接触。

图10.5 爆炸焊接过程中波浪形旋涡状锁合面的形成爆炸焊接的形成过程见图10.5所示。当炸药引爆时，瞬间释放的化学能直接传递到覆板并转化为冲击波，使覆板以极高的速度V

冲向基板，两金属板表

p

面以极高速度相互碰撞。于是，一方面碰撞机械能转化为热能使界面区温度升高至产生局部熔化，另一方面冲击压力和温升破碎了界面上氧化膜，为两金属板表面连接准备了条件。同时引爆过程中所产生的冲击横波除使覆板弯曲变形外，还使相互接触的界面产生两股运动方向相反的金属射流。在碰撞点前方，自由金属射流向未结合的空间高速喷射出来时冲刷着金属表面，除去金属表面上的氧化膜及所有吸附物，使新的金属表面随后相互接触，在温度和压力作用下形成牢固的金属键合；而在碰撞点之后，两股运动方向相反的金属射流相互展平而形成旋涡状锁合。

试验证明，当碰撞速度V

高于某一个临界值，连接界面上出现许多微小波

p

浪形旋涡状锁合面时爆炸焊结合最为牢固。这时界面上无均匀连续熔化层，熔化的界面结合物仅保留在微小的旋区。如果所连接两种金属配比能形成固溶体，旋涡区具有良好延性，即使两种金属配比会出现脆性金属间化合物或出现缺陷，因旋涡非常微小，也危害不大。碰撞速度太低，旋涡区不存在，界面上很少或不发生熔化，形成平坦结合面，容易因碰撞条件微小变化而出现未结合缺陷。碰撞速度过大，旋涡增大，甚至形成连续的熔化界面，容易形成缩孔等缺陷，使焊缝致密性、强度和延性也降低。

爆炸焊接是在500至1000英尺/秒（150～300m/s）的相对速度下得到的。它和金属的性质有关，撞击速度过高，接触面去除的金属在被另一种金属阻止住之前没有足够的时间移走，则结果就不会发生焊接。相反，如果撞击速度过低则接触面就不会达到相互作用。

图10.6 两个低碳钢零件爆炸焊接图10.7 铜零件(上)和钢零件爆炸

交界面的金相照片焊接交界面的金相照片

图10.8 黄铜 (上和下)与铜(中) 图10.9 黄铜(上)、铜(中)和钢(下)复合爆炸焊接的金相照片复合爆炸焊接的金相照片要焊接的金属的撞击在炸药的起始端开始并在形成焊接时沿接缝波动。结果，就得到一个波状接触面，它比传统连接的平整接触面优越，因有较大的连接面积，裂缝扩大的可能性最小，且结构接缝对热循环失效的抵抗力增加，因为金属接缝中的应力，在热膨胀中有很大的差别，它分布在一个较大的体积内。在典型的焊接接触面处，波纹高约0.002英寸（0.05mm），长约0.006英寸（0.15mm）。一些典型金属焊缝的金相照片如图10.6～10.9所示。

第四节爆炸焊工艺

一、焊前准备

爆炸焊过程中冲击波及金属射流虽有清除氧化膜作用，但只限于厚1～10μm氧化膜，因此焊前表面清理仍是十分重要的。表10.1列出常用清理方法。

基板和覆板的固定和支托应保证基板刚度、平行焊件表面之间的间距均匀性或预置角。基板较薄时，应采用质量较大的砧座作支托，以减小挠曲，焊前还应校直基板，保证其与砧座均匀接触。覆板较厚时，采用边缘支托即可；若覆板较薄，应采用金属波纹条做支托物，以防挠曲度太大。管子或圆筒连接时，应用芯轴或外套筒支托基层件。芯轴应设计成焊后易于拆除。

应选择引爆速度适中、稳定可调、使用方便、价格低廉、安全无毒的炸药。一般应使炸药引爆速度低于被焊金属内部声速的120%。采用专门的设备和缓冲层材料。在有间距夹角或最小平行间距安装时，也可用高引爆速度的炸药。

炸药的引爆速度取决于成分、密度、堆敷厚度、炸药中惰性填料数量。密度与加工形态有关。一般随密度和厚度的增大，引爆速度增加。为了获得优良结合性能，引爆速度应接近覆层材料中的声速。引爆速度过高使碰撞角变小，冲击力过大，造成结合部位撕裂；过低则不能维持足够的冲击力，结合强度不高。因此装药时应注意保证厚度和密度均匀性。

合适的引爆方式也很重要。端部引爆、边缘线引爆、中心引爆、四周引爆是常用方式。为避免雷管周围出现不结合的圆形区域，可把雷管延伸到要求复合的金属区以外或附加一个炸药包。