爆炸焊接条件下炸药爆轰过程的分析和研究_一_爆轰过程的宏观特性

2002年10月

October 2002

钢　铁　研　究

Research on Iron &S teel

第5期(总第128期)

N o.5　(Sum128)

爆炸焊接条件下炸药爆轰过程的分析和研究(一)

———爆轰过程的宏观特性

郑远谋

(甘肃省白银市银铝实业公司)

摘　要　研究了爆炸焊接条件下炸药爆轰的宏观过程。这个过程包括发生、发展、持续和消亡4个阶段。探讨了爆炸焊接边界效应的力学-能量原理,提出了解决此边界效应的有效措施。

关键词　爆炸焊接　炸药　爆轰　边界效应

ANA LYSIS OF EXP LODING PR OCESS IN EXP LOSIVE

WE LDING CON DITIONS

———APPARENT FEATURES OF EXP LODING PR OCESS

Zheng Y uanm ou

(S ilver and Aluminum Industry C o.,Baiyin City ,G ansu Prov.)

Synopsis This paper studies apparent features of exploding process in explosive welding con 2ditions.The exploding process consists of four steps ,i.e arising ,developing ,continuing and end 2ing.The mechanical and energy principle to cause boundary effect is discussed and then measures to overcome the effect are put forward.

K eyw ords explosive welding explosive exploding boundary effect

联系人:郑远谋,高级工程师,甘肃省(730900)白银市银铝实业公司

1　前　言

用探针法测定了炸药爆速沿爆轰方向的分

布[1]

,指出,这种分布象任何物质的运动规律一样,有一个发生、发展、持续和消亡的过程。然而,在该文的讨论中也明确地指出了现有过程缺少消亡阶段。也就是炸药在爆完的瞬间,其速度是怎样从每秒几千米突然降低到零的。这个问题是经典的和传统的爆炸物理学中至今尚未明确提出和很好解决的课题。本文在实验的基础上,试图讨论之,并以此解决爆炸焊接中的一些理论和实际问题。本文讨论的问题拟称为爆轰过程的宏观特性。2　试验方法

(1)用三合板订做药框(包括底面)和2号岩石硝铵炸药,在3mm ×500mm ×800mm 的铝板上

进行爆轰试验。试验前将铝板置于钢板之上。

(2)用一般的工艺和工艺参数爆炸焊接(3+20)mm ×2000mm ×2000mm 的钛-钢复合板,此

时钛板的长、宽尺寸较钢板大一点。

(3)用一般的工艺和工艺参数爆炸焊接几块(2+25)mm ×150mm ×600mm 的钛-钢复合板,

此时钛板和钢板的长、宽尺寸一样。

(4)用一般的工艺和工艺参数爆炸焊接镍-不锈钢、铝-不锈钢、铝-钢和铜-铝等复合板,测量它们的复板、基板和复合板相应位置上的厚度,并计算它们的减薄率和绘制分布曲线。

(5)用文献[2]提供的工艺和工艺参数爆炸焊接锆-2+不锈钢复合管。3　试验结果和分析

(1)用试验方法(1)获得的结果如图1所示。

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图1　铝板上的爆轰试验(半幅照片)

由图可见,炸药爆炸以后,在铝板表面留下了类似

于爆炸复合材料结合区的特有的波形。这种波形

自起爆点(左上)开始沿爆轰方向逐渐增大,并在局部位置波形大小有反复。爆轰结束的位置(右端)铝板被氧化和烧伤而成了黑色。

(2)用试验方法(2)获得相应尺寸的钛-钢复合板,将钛板和钢板用尖刃工具撬开后,可见其结合面上也有波形(图2)。这种波形从起爆点开始沿爆轰方向也逐渐增大。之后,在一定范围内波形大小趋于稳定(图2中c 、d 和e 的右半部)局部位置的波形大小亦有反复。在爆轰结束的地方波形显得更大一些

。

图2　钛-钢复合板(中心起爆)的钢侧结合界面上的波形(爆轰方向自左至右)

注:距起爆中心的距离:(a )0～80mm (b )80～200mm (c )200～650mm (d )650～1000mm (e )爆轰结束附近

(3)用试验方法(3)获得的结果如图3所示。

由图可见,这4块复合板的起爆位置(左上)均未结合好,两侧、尤其是前端(右下)打伤和打裂严重。

(4)用试验方法(4)获得的结果如图4和图5

所示。由图4可见,爆炸焊接后,复板、基板和复合板的厚度都变薄了,尤其是前端、特别是爆轰结束的位置更厉害。而且,金属的强度越低和塑性越高,其变薄程度越严重。

(5)用试验方法(5)获得的结果如图6所示。由图可见,在经几次试验之后,

两半模具的内孔成图3　钛-钢复合板外部的宏观形貌

(爆轰方向自左上至右下)

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04・

图4　几种复合板的减薄率沿爆轰方向的分布注:图(a)～(c)中的“0”表示爆轰结束位置

(a)铜-铝复合板,厚度1.2+5.0mm,图中1和2表示二次试验的

(b)1.铝-钢复合板,厚度22+40mm;2.铝-

不锈钢复合板,厚度12+18mm

(c)铜-铝复合板,厚度1.2+3.0mm,图中1～4表示4次试验的

(d)镍-不锈钢复合板,厚度2.5+10mm,图中1为镍板,2为不锈钢板,3为复合板

图5　铝-钢复合板的铝复板沿爆轰方向(a)和 垂直爆轰方向(b)上的减薄率分布曲线

注:复合板厚度1.15+40mm　2.12+30mm

了葫芦状;由此获得的锆

-2

+不锈钢复合管的外形也成了葫芦状。

由图5可见,不仅在爆轰方向上有如图4所示的变形规律,而且在垂直爆轰方向上也有类似的规律:复板的两侧边部特别是爆轰结束的位置变薄程度更严重。

减薄率的计算方法是:金属板材的原始厚度减去爆炸焊接变薄后的厚度,再除以原始厚度。各种厚度数据用相应材料的金相样品在金相工具显微镜下测量,精确度为0.001mm。

4　讨　论

4.1　炸药爆轰过程中发生、发展和持续阶段的理

论分析及实验验证

由于速度很快和强度很高,除仪器测量之外,人们看不见和摸不着炸药的爆轰过程而无法感受。但是任何物质的运动都会有其轨迹和留下痕迹,炸药的爆轰也不例外。大量的爆速沿爆轰方向的分布曲线就是其运动轨迹的记录[1]。而图1至图6即是其高速运动后在金属上留下的痕迹。由这些痕迹也能够判断炸药爆轰的全过程:发生、发展、持续和消亡。

研究了爆轰过程的微观特性。从理论分析和实验两个方面论证了爆轰波是一种具有波长、波幅和频率的波的事实。并且,由于炸药的种类不同,其爆轰后生成的爆轰波的波长、波幅和频率的大小也不同。

正因为如此,具有这种特性的炸药在与金属接触爆炸以后,其爆轰波的能量就同金属的表面、界面和底面相互作用,而生成相应的表面波形、界

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