爆炸焊

11、原理爆炸焊是以炸药作为能源进行金属焊接的方法，利用炸药爆轰的能量，使被焊金属表面发生高速倾斜撞击，在撞击面上造成一薄层金属的塑性变形、适量熔化和原子间的相互扩散等，同种或异种金属就在这短暂的爆炸过程中形成结合。爆炸焊2爆炸焊的发展爆炸焊接是Carl在1944年首先提出来的，他第一个观察到了由炸药爆轰引起的材料在高速碰撞下的固相焊接，于是提出了利用爆炸和超声波技术把各种金属焊接在一起的设想。随后美国的PhilipchukV第1次把爆炸焊接技术引入到实际工业中，成功地实现了铝与钢之间的爆炸焊接。到20世纪60年代初期，英国、前苏联、联邦德国、捷克、日本等国也相继开展了对爆炸焊接技术和理论的研究，使该项技术日趋成熟。3爆炸焊的发展同时，我国也有少数人开始从事爆炸焊接方面的实验及其理论研究，1968年大连造船厂陈火金等试制成功了国内第1块爆炸复合板。随着工业的发展，越来越多的工程需用优质的不锈钢材或各种稀有金属加工成的耐腐蚀、耐高温、耐磨的部件，这极大地推动了爆炸焊接技术的发展。特别是20世纪80年代以来，爆炸焊接理论和实验技术得到了长足的发展，应用技术也有了许多创新，使得该技术在化工、石油、制药、造船、军事，甚至核工业、航空航天等领域都有广泛的应用。42、爆炸焊的分类按照被焊接件初始安装方式不同，爆炸焊可以分为平行法和角度法：平行法52、爆炸焊的分类角度法62、爆炸焊的分类按照接头形式和结合区形状不同，爆炸焊分为点爆炸焊、线爆炸焊和面爆炸焊；按爆炸焊实施位置可分为地面、地下、空中、水下和真空中的爆炸焊；按产品形状可分为板一板、管一管、管一板、管一棒、金属粉末一板爆炸焊等；72、爆炸焊的分类按爆炸的次数可分为一次、二次或多次爆炸焊，因此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，或从内、外或内外同时进行的爆炸焊；按焊件是否预冷或预热分为冷爆炸焊和热爆炸焊。83、爆炸焊的特点(1)可实现同种及异种金属材料的连接；(2)可焊接的尺寸范围宽（可焊面积13~28m2）；(3)可进行双层、多层板的焊接；(4)工艺简单，不需复杂设备，投资少，应用方便；(5)不需填充金属，可节省贵重金属；(6)表面清理要求不高，需简单清除氧化皮和油污，(7)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力的剧烈碰撞；(8)爆炸焊时金属产生喷射，仅用于平面和柱面的焊接，不适合复杂结构焊接；(9)野外露天作业，机械化程度低，劳动条件差；(10)产生噪声和气浪，对周围环境有影响。优点不足94、爆炸焊的焊接过程105、爆炸焊结合面的形态(1)直线结合形成直线结合与波状结合之间有一个临界碰撞速度,当碰撞速度低于这个临界速度时，结合面就呈直线结合状态，直线结合面上不发生熔化。这种结合形式没有得到实际应用，因为当碰撞条件发生微小变化就会引起未熔合缺陷。11(2)波状结合当碰撞速度高于临界值时，就会形成波状结合。这种结合的力学性能比直线结合好，而且焊接参数选择范围宽。整个界面是由直线结合区和漩涡区组成，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。基板为12NiCrMoV钢﹐覆板为B30(白铜)12(3)直线熔化层结合当撞击速度和角度过大就会产生大漩涡，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的焊接操作。136、爆炸焊工艺(1)接头形式主要有搭接和对接两种141516176、爆炸焊工艺(2)表面清理①砂轮打磨主要用于钢材表面清理。②喷砂或喷丸用于要求不高的钢材表面清理。③化学清洗铜及铜合金、钛合金等主要用酸洗作表面清理；铝及铝合金主要用碱洗清理。18④砂布或钢丝刷打磨用于不锈钢等表面清理。⑤机械加工法如车，铣、刨、磨等.用于要求较高的厚钢板、钢锻件或特殊表面的清理。最好是当天清理工件，当天就进行爆炸焊。若当天不能进行焊接，则应对工件进行油封，爆炸焊前再用丙酮等将工件擦拭干净。19(3)注意事项（以平板为例）①爆炸大面积复合板时最好采用平行法，若用角度法则在间隙增大的复板过分加速，使其与基板碰撞时能量过大、会扩大边部打伤或打裂的范围，从而减少复合板有效面积和增加金属损耗。②在安装大面积复板时，为了保证复板下垂部位与基板表面保持一定间隙，可在该处放置一个或几个稍小于应有间隙值的金属片。当基板较薄时，需用一个质量大的砧座均匀地支托，以减小挠曲。20③采用合适的起爆方法如端部引爆、边缘线引爆、中心引爆和四周引爆等，以保证整个界面获得良好的结合。对于大面积复合板最好用中心引爆或者从长边中部引爆，这样以使间隙中气体的排出路程最短，有利于板和板的撞击，减少结合区金属熔化的面积和数量。④为了引爆低速炸药和减少雷管区的面积，常在雷管下放置一定数量的高爆速炸药。⑤为了将边部缺陷引出复合板之外，并保证边部质量，常使复板的长、宽尺寸比基板大20~50mm。管与管板爆炸焊时，管材也应有类似的额外伸出量。21⑥为了防止烧伤、压痕、起皮、撕裂等缺陷，常用橡皮、软塑料、有机玻璃、油毡等作炸药与基板之间的缓冲层。下面是典型构件爆炸焊的安装示意图222324257、爆炸焊的应用及缺陷检验(1)爆炸焊的适用范围目前已用于石油、化工、造船、原子能、宇航、冶金、运输和机械制造等工业部门，在具体应用上可以用于金属包复或制造双金属板、使其表面或复层具有某种特殊的性能;也可以用于制造各种过渡接头，使其具有良好的力学性能、导电性能和抗腐蚀性能等。267、爆炸焊的应用及缺陷检验(2)爆炸焊的产品结构①复合平板②圆柱(锥)体的内或外包覆对于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构件，也可用作修复易损构件。27③生产过渡接头两种冶金上不相容的金属进行熔焊十分困难，而爆炸焊却为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。因此，首先利用爆炸焊接方法把两不相容金属焊在一起，使之形成过渡接头，以此过渡接头再用普通熔焊方法，分别去与产品上同种金属或焊接性相近的金属(母材)进行焊接。28④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复爆炸焊工艺进行生产。29⑤利用爆炸焊焊接复杂的曲面结构爆炸焊与爆炸成形往往同时完成30⑥各行业的应用a汽车行业在汽车、拖拉机、飞机和重型机械内，大量使用摩擦材料制成的轴承、轴瓦和轴套等零件。近几年，用爆炸焊接加轧制工艺开发和生产了汽车空调器用的三层铝合金复合钎料。这种铝合金复合钎料(箔卷材)国内外都用轧制复合工艺生产，将其改用爆炸焊接加轧制法后，不仅产品的质量和成材率高，而且成本低。用爆炸焊接法可制造连接汽车拉杆用的铜一铝过渡接头。在西班牙，用爆炸焊接法已研制成功LandRover汽车的某些零件。31b宇航、军工、化工宇宙火箭上各种形状的大型铝制舱壁、压力容器上的圆盖、锅炉的顶板、热交换器中的凸状通风板以及铝制大型反射器等，都用得着爆炸成型技术。利用爆炸办法可以把石墨炭粉在高压下变成金刚石粉。爆炸焊接的用途同样是多种多样的，例如利用铜一钢复合板焊接轮船或军舰上的部件可以收到高强度、耐海水腐蚀的效果；用紫铜棒外面焊一层很薄的钛管作电极棒材料，可使化工厂电极槽中的电极棒具有良好的导电性和抗腐蚀性；利用钢板和钛板焊接在一起的管板再与钛管焊接起来做的热交换器，比用常规焊接方法制成的热交换器具有无可比拟的优点。32c金属腐蚀与防护钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜、铝、镍、贵金属和不锈钢等，它们在相应的化学介质和条件下有良好的耐蚀性，它们与普通钢组成的复合构件既有上述金属薄复层的优良的耐蚀性，又有厚基层钢高强度的特点，而其成本仅为复层金属的1/2～1/5。此类复合材料已广泛应用在化工和压力容器中，显示了良好的经济和社会效益33⑦其它应用铝+钢铜+钢34(3)爆炸焊的常见缺陷及防止措施①结合不良指爆炸焊后，复板与基板之间全部或大部分没有结合，或者即使结合强度甚低。要克服这种缺陷首先应选用低爆速炸药，其次是使用足够的炸药量和适当的间隙距离，另外选择好起爆位置，使之能缩短间隙排气路程，创造有利于排气的条件。②鼓包在复合板上局部位置有凸起，其间充满气体，敲击时发出“梆梆”声。要消除鼓包除了选择合适炸药量和间距外，主要注意要造成良好的排气条件。35③大面积熔化多发生在双金属爆炸焊，在结合上产生大面积熔化。产生这种现象的主要原因是焊接过程中间隙内没及时排出的气休，在高压下被绝热压缩，大量的绝热压缩热使气泡周围的一薄层金属熔化。要减轻和消除这现象，主要是采用低爆速炸药和中心起爆法，以创造良好的排气条件。④表面烧伤是指复板受爆炸热氧化烧伤。防止这现象是使用低爆速炸药和采用黄油、水玻璃或沥青等保护层置于炸药复板之间。36⑤爆炸变形是指爆炸焊后复合板在长、宽、厚三个方向的尺寸和形状上发生宏观的不规则的变化。一般情况下这种变形很难避免，但可以采取一些措施减轻变形，例如增加基板的刚度或其他特殊工艺措施。变形后的复合板在加工或使用前必须校平或调直。⑥爆炸脆裂多出现在材质常温冲击性能太低，强度或硬度很高的情况。除非采用热爆炸焊工艺(即爆前对工件预热)，一般很难消除。37⑦雷管区未结合在雷管引爆的部位，由于能量不足和排气不畅而引起该区未结合，通常采用在该处增加炸药量或将其引出复合面积之外的办法来避免。⑧边部打裂在复合板的周边或复合管(棒)的前端，由于边界效应而使复层被打伤、打裂的现象。产生的主要原因是周边或前端能量过大，因此只要减少边部或前端的炸药量，增加复板或复管的尺寸或在厚板的待结合面之外的周边刻槽等措施就可以减少或清除这种现象。38(4)爆炸焊的检验①非破坏性检验a、表而质量检验主要是对爆炸复合板表面及其外观进行检查。如打伤、打裂、氧化、烧伤和翘曲变形等。b、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其界面结合情况.可以大致计算结合面积率c、超声波检验利用超声波探测界面结合情况和定量测定结合面积。39②破坏性检验a、剪切试验测试焊件的抗剪性能。b、弯曲试验以预定达到的弯曲角或试件破断时的弯曲角来确定爆炸复合件的结合性能和加工性能。弯曲试验分内弯(复层在内)、外弯(复层在外)和侧弯三种.c、拉伸试验测试焊件的抗弯性能。d、显微硬度试验e、金相试验408、爆炸焊安全事项(1)爆炸场地应设置在远离建筑物的地方。炸药和原材料、雷管和工作人员均须分车运输，严禁炸药和雷管同车运输。(2)炸药库管理人员须昼夜值班，外人不得入内;炸药、雷管和导爆索等火工用品须分类分开存放，它们的入库和出库要严加管理，做到账物相符。41(3)所有工作人员必须遵守国家有关政策法令，接受安全和保卫部门的监督，接受工种训练和考核，并取得操作证.(4)所有上作人员应在当班班长和安全员的指挥下进行工作;现场操作应按预定的工艺规程进行，特别是雷管和起爆器应自始至终由一人保管及使用，绝不可两人或多人保管和使用。42(5)工艺安装完毕并且所有人员和备用物品撤至安全区后方能引爆炸药。引爆前发出预定信号，使所有人员做好防声、防震和安全准备。(6)炸药爆炸3分钟后，工作人员方能进入现场。如遇瞎炮，必须排除后方能进入现场检查和处理。(7)进严禁将火种火源带入现场。(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。