CN102690155B - 最低临界爆速爆炸焊接用炸药 - Google Patents

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Abstract

对于厚度为1mm以下金属材料、硬脆材料以及直径为2cm以下薄壁管件的爆炸焊接一般需要用极低的爆轰压力才能实现，如用现行的乳化炸药会因为爆轰压力过大而使焊接失效。本发明研制的最低临界爆速炸药，不仅对薄板、硬脆材料以及薄壁管件的爆炸焊接装药提供了一种装药方法，而且大大提高了此类爆炸焊接界面的复合质量。最低临界爆速爆炸焊接用炸药指的是在最低装药厚度下，炸药能稳定起爆直至爆轰的最低速度。即用现行的乳化炸药作为主原料，按30％炸药和70％盐、珍珠岩、锯末等混合而成，此最低临界爆速炸药在装药厚度为6mm时，其最低临界稳定爆速约为610m/s。

Description

最低临界爆速爆炸焊接用炸药
技术领域
本发明涉及一种炸药，尤其是一种爆炸焊接用炸药，具体地说是一种最低临界爆速爆炸焊接用炸药，属于爆炸焊接和炸药综合技术领域。
背景技术
安徽理工大学化工学院黄文尧、颜事龙等发明了一种用于金属板材之间爆炸焊接使用的低爆速爆炸焊接炸药及其制法，它由硝酸铵66-76份、复合油相3-5份和掺粉剂21-29份组成。通过特殊的制造工艺制得的低爆速炸药其爆速小于2400m/s。一般来说，用于爆炸焊接复合钢板的乳化炸药其稳定爆速为3000m/s左右，而通过炸药配方用于大厚度复合钢板的爆炸焊接生产的炸药爆速如上所述，其爆速一般在2000m/s-2400m/s，基本满足了各类复合钢板的爆炸焊接。
虽然诸如上述配方炸药可基本满足爆炸焊接复合钢板的需要，但上述炸药仍不能满足下述三种情况爆炸焊接的需要：
1、复材厚度小于1mm金属材料的爆炸焊接，此时若使用上述配方炸药，由于爆轰压力过大，在结合界面会出现过热而产生大波状结合界面及界面缺陷，从而结合强度大大下降使爆炸焊接失效。同时，如为了降低爆轰压力，降低装药厚度不仅为布药工艺带来很大的麻烦，而且可能由于布药厚度过薄会造成炸药拒爆现象。所以对于此类超薄金属材料的爆炸焊接，只有通过炸药的配方，整体降低其炸药的爆速。
2、对于化工换热装备、核电装备等类似管和管的爆炸复合，其内管内径仅20mm，而且内管的壁厚仅1-2mm，即内装药为圆柱体的直径约为20mm。诸如此类的爆炸成型，若用类似上述的爆炸焊接炸药，则装药爆轰荷载明显过大会造成内管烧蚀、裂纹甚至破裂等现象。若降低装药厚度，在内管的布药工艺则很难控制，因此如何获得一种极低临界爆速的炸药用于此类薄壁小管径的爆炸焊接成型非常重要。
3、高脆性材料如合金工具钢、高速工具钢以及硬质合金等，在爆炸焊接时采用上述低爆速炸药，实践证明仍然会出现部分裂纹甚至脆裂。诸如此类硬脆材料一般需要采用炸药爆速在1000m/s以下，而且其装药厚度必须精确控制，以确保爆炸荷载的平稳均匀。
上述超薄金属材料、薄壁小管径以及高硬脆金属材料的爆炸焊接都必须要求炸药的爆速控制在1000m/s以下，既保证了爆轰荷载的平稳均匀，又确保有一定的装药厚度，以利于炸药的布设。
发明内容
本发明的目的是针对现有的厚度为1mm以下金属材料、直径为2cm以下的薄壁小管径以及高硬脆金属材料的爆轰荷载的平稳均匀问题以及装药厚度难以控制的问题，发明一种简单易控且可实现爆炸焊接界面良好质量的临界低爆速爆炸焊接用炸药。
本发明的技术方案是：
本发明是建立在发明人前期关于“爆炸焊接炸药不稳定爆轰段特性及其对界面质量的影响规律的理论研究和试验测试”的基础上。爆炸焊接炸药不稳定爆轰段炸药爆速的增长特性和复合材料界面波的整体分布及其相互关系遵从下述规律：
1、炸药爆速从0增长到稳定爆速3000m/s的过程中，属于不稳定爆轰阶段，通过测试不稳定爆轰段距离约为30cm。
2、在不稳定爆轰段，在0至5cm，炸药爆速小于500m/s而使得爆轰荷载不足以复板产生弯曲而形成焊接界面；距离起爆点5cm处，炸药的爆速约为600m/s，其界面为微波形；10cm至15cm处，炸药的爆速由1000m/s增长到1500m/s，其界面为微小波形；20cm至25cm处，炸药的爆速由2000m/s增长到2500m/s，其界面为小波形；最后到30cm处，炸药达到稳定爆轰，界面波也达到大波状态。如表1所示。
3、而爆炸焊接复合材料界面的质量与界面波的状态密切相关，波形越小，质量越高。
也就是说炸药爆轰速度在600m/s至1500m/s之间获得的复合板爆炸焊接界面的结合强度即质量是最好的。但一般爆炸焊接用炸药的稳定爆速均在3000m/s左右，为了获得好的结合界面，同时满足超薄、硬脆以及薄壁管件的爆炸焊接，通过爆炸焊接实验，优化爆炸焊接用炸药的配方，以获得最低临界稳定爆速爆炸焊接用炸药。
表1 炸药不稳定爆轰段爆速和界面波状态
  距离   5cm   10cm   15cm   20cm   25cm   30cm
  爆速   600m/s   1000m/s   1500m/s   2000m/s   2500m/s   3000m/s
  界面   微波形   微小波形   微小波形   小波形   小波形   大波形
最低临界爆速指的是在最低装药厚度下，炸药能稳定起爆直至爆轰的最低速度。为了便于爆炸焊接实践应用，一般最低装药厚度定为5mm，在5mm厚度装药的前提下，试验和测试各种配方的炸药的最低临界爆速，具体试验参数见表2。按照表2的试验参数，最低临界爆速炸药即为：用现行的乳化炸药作为主原料，按30％炸药和70％盐、珍珠岩、锯末等混合而成。此最低临界爆速炸药在装药厚度为6mm时，其最低临界稳定爆速为610m/s，不仅对超薄、硬脆材料以及薄壁管件的爆炸焊接装药提供了一种解决方法，而且大大提高了爆炸焊接界面的复合质量。
表2 爆炸焊接用炸药最低临界爆速测试
具体实施方式
一用户需要复材为0.5mm＊2000mm＊8000mm304不锈钢，基材为12mm＊2000mm＊8000mmQ235普通钢的复合材料20件。
此种情况，复材304不锈钢厚度仅为0.5mm，如采用一般的乳化炸药或用现行的常用30#炸药，复材一般会由于爆轰荷载压力过大而出现大波纹界面，由于复材太薄，此大波纹波幅会大于复材的厚度，使焊接失效。本例采用本发明研制的最低临界爆速炸药，即在6mm装药厚度下成功实现了此类复合材料的爆炸焊接，复合率100％，界面均为微小波状界面，其结合强度达到了320MPa。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.最低临界爆速爆炸焊接用炸药的爆炸焊接方法，其特征是使用最低临界爆速爆炸焊接用炸药，其最低装药厚度为6mm，炸药能稳定起爆的最低爆轰速度为610m/s，用于厚度为1mm以下金属材料、硬脆材料以及直径为2cm以下薄壁管件的爆炸焊接，该炸药采用乳化炸药作为主原料，按30％炸药，70％盐、珍珠岩、锯末混合而成的爆炸焊接炸药。
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