第六章爆炸焊案例

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二、爆炸焊检验
1．非破坏性检验
1）表面质量检验 其目的是对复合件的复层表面及其外观进行质量检查， 如打伤、打裂、氧化、烧伤、翘曲度、尺寸公差和其 他外观情况等。 2）轻敲检验 用手锤对复层各个位置逐一轻敲，以其声响来初步判 断复合材料的结合情况。 3）超声检验 其目的是对复合件的结合情况和结合面积进行定量的 测定。
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3、充分增强和提高金属力学性能的复合材料
例如复合纤维增强材料（抗拉强度显著提高），复合 装甲材料（各层具有不同的硬度可显著提高材料抗拒 破甲的能力），复合刀具材料（刀刃部分硬度特高）， 减摩复合材料（内层材料耐摩擦磨损、外层材料承压 强度高），比强度和比刚度更高的轻型复合材料（如 钛-铝、钛-锂、铝-锂、铝-镁和铝-铍）等。
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第五节 爆炸焊缺陷
宏观Fra Baidu bibliotek陷如下
1.爆炸结合不良 2.鼓包 3.大面积融化 4.表面烧伤 5.爆炸变形 6.爆炸脆裂 7.雷管区缺陷 8.边部打裂 9.爆炸打伤
微观缺陷见于复合材料内部，影响焊接 复合件的力学性能的不均匀。
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1.爆炸结合不良
指爆炸焊接以后，复层与基层之间全部或大部没有结 合，以及即使结合但强度很低的情况。 首先应选择低爆速的炸药，其次是使用足够的炸药量 和适当的间隙距离，此外，采用中心起爆法等能缩短 间隙中气体排除的路程，有利于引爆后气体大部排出。
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2．破坏性检验
用剪切和弯曲试验来确定钛-钢、不锈钢-钢、铜-钢、 镍-钢等复合板的结合强度，用拉伸试验来确定它们的 抗拉强度。 1) 剪切试验 2）拉伸试验 3）弯曲试验 4）显微硬度检验 5）金相检验
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图6-6 爆炸态和热轧态钛-钢复合板结合区显微 硬度分布曲线
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第六节 爆炸焊应用
1、充分利用金属化学性能的复合材料 例如，钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜、 铝、贵金属和不锈钢等，它们在相应的 化学介质中有良好的耐蚀性，它们与普 通钢组成的复合板已广泛地应用在化工 和压力容器中。
雷管引爆后，爆轰波便以爆轰速度在炸药层中向前传播。 爆轰波的能量和迅速膨胀的爆炸产物的能量就向四面八方 传播开去。其向下分量传递给复板后，便推动复板高速向 下运动。复板在间隙中被加速。最后与基板高速撞击。撞 击面上发生金属的塑性变形，使它们紧密接触。 接触面上金属的物理性质类似于流体，在撞击点前形成射 流，称之为再入射流。 “自清理”作用，形成再入射流是 爆炸焊的主要机理。
第六章 爆炸焊
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爆炸焊
利用炸药轰炸能量，驱动焊件做高速倾斜碰撞，使其 界面实现冶金结合的特种焊接方法。 界面没有或仅有少量熔化，无热影响区，属固相焊接。 适用广泛，有良好的焊接性和力学性能。主要用于制 造金属复合材料和异种金属的焊接。
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爆炸焊接的特点
1 2 3 4 6 5 学科上的特点 能源上的特点 工艺上的特点 焊接上的特点 性能上的特点 焊接过渡区上的特点
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二、爆炸焊安装工艺
1.爆炸大面积复合板时用平行法。此时如用角度法， 前端则因间隙距离增加很多，复板过分加速，使其与 基板撞击时能量过大。这样会扩大边部打伤打裂的范 围，从而减少复合板的有效面积和增加金属的损耗。 2.在安装大面积复板时，在平整的金属材料板材安装 后中部也会下垂或翘曲，以致与基板表面接触。此时 为保证复板下垂位置与基板表面保持一定间隙，可在 该处放置一个或几个高度稍小于应有的间隙值的金属 片。
2.鼓包
在复合件的局部位置上复层偶尔有凸起，其间充满气 体，在敲击下发出空响声。 低爆速炸药，最佳药量和最佳间隙值外，重要的是创 造良好的排气条件。
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3.大面积熔化
原因：在爆炸焊的过程中，间隙内未被及时排出的气 体，在高压下被绝热压缩。大量的绝热压缩气体将其 周围金属熔化而形成。 采用低爆速炸药和中心起爆法等，主要目的是创造排 气条件，不使间隙气体的绝热压缩过程产生。
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第三节 爆炸焊方法及安装工艺
一、爆炸焊方法：
金属材料的形状：板一板，管一管、管一管板、管一 棒、异形件以及金属粉末与板的爆炸焊； 焊接接头的类型：爆炸搭接、对接、斜接和压接； 爆炸焊实施的位置：地面、地下、空中、水下和真空 中的爆炸焊； 一次、两次和多次爆炸焊、多层爆炸焊，单面和双面 爆炸焊，内、外和内外同时进行的爆炸焊，热爆炸焊 和冷爆炸焊等。 爆炸焊方法的延伸和发展：爆炸焊工艺还可以与常见 的金属压力加工工艺联合起来，以生产更大、更长、 更粗、更细、和异型的金属复合材料。这种联合是
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5.炸药爆炸3min后，工作人员方能进入现场。 6.如遇瞎炮，必须3min后方能进入现场检查和 处理。 7.严禁将火种、火源带入工作现场。 8.爆炸工作每告一段落，要进行一次安全总结， 查找事故苗头和杜绝隐患。 通常使用低爆速和混合炸药，如铵盐和铵油炸 药。所以，在现场操作中，只要严格控制好雷 管和起爆器，通常是不会出现严重的安全事故 的。
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第一节 爆炸焊原理
图6-1 复合板的爆炸焊工艺安装示意图 a）平行法 b）角度法 1-雷管 2-炸药 3-复板 4-基板 5-基础（地面）-安装角 h-间隙 小型试验，平行法和角度法均可，大面积多用平行法.
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1-炸药 2-保护层 3-复板4-地面 a-基板 Vd-炸的爆轰速度 Vp-复板向基板的 运动速度Vs -撞击点s的移动速度(即 焊接速度)-安装角-撞击角Y-弯折角
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2、充分发挥金属物理性能的复合材料
例如，热双金属（热—力学性能），电力、电子和电 化学用双金属（电学性能），音叉双金属（声学性 能），蜗轮叶片双金属（耐汽蚀性能），枪（炮）管 用双金属（耐烧蚀性能），贵金属复合接点材料（耐 电蚀性能），复合超导材料（超导性能），复合磁性 材料（磁学性能），以及原子能复合材料（核性能） 等
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第四节 爆炸焊工艺
一、工艺包括： 1.被焊金属材料的准备 2.待焊金属材料的清理 3.炸药的准备 4.安装 5.引爆炸药
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1.被焊金属材料的准备
复合的厚度可为0.1～30mm，基板可为0.1～500mm， 基板与复板的厚度比一般为1：1～10：1。基板越厚， 基板与复板的厚度比越大，还越容易实现焊接。
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4 焊接上的特点
板与板、板与管、管与管、管与管板、管与棒，以及异型件都可 以爆炸焊接。形状复杂的蜂窝结构、数十层和数百层金属箔材爆 炸焊接成功了。金属与玻璃、塑料和陶瓷也能爆炸焊接在一起。
5 焊接过渡区上的特点 爆炸焊接双金属和多金属的结合区是基体金属之间的 成分、组织和性能的过渡区。直接影响基体金属之间 的结合强度和使用性能。其形成原因、经过和结果的 研究，是这门学科理论研究的重要组成部分。 6 性能上的特点 爆炸复合材料的结合强度通常与基材中较弱者的强度 相当。经受得住后续的校平、转筒、切割、焊接、冲 压、旋压、锻压、挤压、拉拔、轧制和热处理，以及 爆炸成形等而不会分层和开裂。
5.引爆炸药
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二、爆炸焊工艺参数 主要有：复层与基层金属材料的厚度、长度和 宽度尺寸，炸药的品种、状态和数量及其爆炸 性能数据，安装后复层和基层之间的间隙距离 等。
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h＝A（ρδ）0.6 We＝BC{[（ρδ）0.6σS0.2]／h0.5}
式中 h——复板与基板之间的间隙距离 （cm）； We——复板单位面积上布放的炸药量（s/cm2）； ρ——复板的密度（g/cm3）； δ——复板的厚度（cm）； σS——复板金属材料的屈服强度(MPa)； A、B、C——计算系数，分别为0.1～1.0、0.05～3.0、 0.5～2.5。
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4、其他特殊用途的复合材料
例如三层复合钎料 核燃料材料铀和钍的数量少、体积小和强度低，为了 提高其刚度和其他目的，将其与铜组成复合材料后作 为重离子的靶子而使用之。 在美国为了降低或取消三种硬币中银的含量而大量使 用爆炸焊接的银铜镍复合材料
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5、过渡接头
异种金属的过渡管接头、板接头和棒接头也是很有技 术和经济价值的。
2.待焊金属材料的清理
手工、机械、化学或电化学的方法对金属材料的待结 合面进行清洁净化。
3.炸药的准备
根据工艺和金属材料形状的要求，选择一定品种、状 态和数量的炸药。
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4.安装
接好地线、搬走所用的工具和物品，撤离工作人员和 在危险区安插警戒旗等。根据药量的多少和有无屏障， 设置半径为25m、50m或100m以上的危险区。
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1 学科上的特点:界于金属物理学、爆炸物理学
和焊接工艺之间的一门边缘学科。
2 能源上的特点
炸药的化学能;这种化学能在爆炸焊接过程中，在炸药爆炸-金属系统内将发生多次和多种形式的能量的转换、 吸收、传递和分配，最后形成金属间的焊接结合。在 时间上这个过程以微秒计。
3 工艺上的特点
焊接工艺和操作很简单。
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爆炸复合板的波形结合区×５０ a)钛-钢：波前漩涡区 b)铝-铝：波前和波后漩涡区
撞击速度低于某一临界值时，结合面为直线形。在大 多数情况下，结合面为波浪形。
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第二节 可爆炸焊金属材料
常温下的破断冲 击吸收功不太小 时，爆炸后不会 脆裂，都可以用 爆炸焊法焊接。 破断冲击吸收功 小的金属材料， 采用热爆炸焊方 法也能制成复合 材料。
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第七节 爆炸焊安全
注意事项：
1.爆炸场地应设置在远离建筑物的地方； 2.炸药库管理人员须认真负责，炸药与雷管、导爆索 等用品须分类分开运输和存放，出入库要严格管理。 3.所有工作人员必须遵守国家有关政策法令，接受工 程训练和考核，并取得操作证后方可上岗。 4.工艺安装完毕，待所有人员和备用物件撤至安全区 后，方能引爆炸药，引爆前发出预定信号，合所有人 员作好防声、防震和安全准备
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4.表面烧伤
指复层表面被爆炸热氧化烧伤的情况， 使用低爆热的炸药和采用黄油水玻璃或沥青等保护层， 可以防止这一缺陷的发生。
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6.爆炸脆裂 常温下冲击值太小，强度和硬度特别高的金属材料， 热爆工艺可以消除。 7.雷管区缺陷 在雷管引爆的部位，由于能量不足和气体排不出去， 而造成复层和基层未能很好结合的缺陷，可用增加附 加药包的办法尽量缩小。 8.边部打裂 由于边界效应而使复层被打伤或打裂的缺陷。原因主 要是周边和前端能量过大造成的。 减少前端（复合管、棒）或复合板边部的炸药量，增 加复合板或复合管的尺寸，或者在厚复合板的待结合 面之外的周边刻槽等。 9.爆炸打伤 撞击复层表面，造成麻坑，凹坑或小沟等缺陷。 细化和净化炸药，均匀布药是防止复层表面打伤的主 要措施。
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3.爆炸大面积复合板时，最好用中心起爆法引爆炸药， 或者从长边中部引爆炸药。这样可使间隙中气体的排 出的路程最短。从而有利于复板和基板的顺利撞击， 减少结合区金属熔化的面积和数量。
4.为了引爆低爆速炸药和减少雷管区的面积，通常在 雷管下放置一定数量的高速炸药。 5.为了将边部缺陷引出复合板之外和保证边部质量， 通常复板的长、宽尺寸比基板的大20～50mm。管与 管板爆炸焊时，管材也应有类似的额外伸出量。