CN105547377B - 一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，该方法采用的装置包括基板、多通道爆速测量仪、探针组和设置于基板上的用于支撑待测金属板的支撑块。所述测试方法包括以下步骤：一、将探针组与多通道爆速测量仪连接；二、将待测金属板置于支撑块上，然后在待测金属板上布置炸药，安插雷管，点燃雷管将炸药引爆，通过多通道爆速测量仪测量左侧探针接通时间与中间探针接通时间之差t1和中间探针接通时间与右侧探针接通时间之差t2；三、根据公式计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp。本发明仅使用多通道爆速测量仪即可完成试验，试验设备亦不需要220V电源供电，操作简单易行，十分便于在野外进行试验测试。
Description
技术领域
本发明属于爆炸焊接动态参数测试技术领域，具体涉及一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法。
背景技术
由于爆炸焊接过程短暂，所用炸药在爆炸时对周围冲击破坏作用极大，虽然我们设置好了药高、间隙高度等静态参数，但是过程中的基复板碰撞角、碰撞速度等动态参数是怎样，与静态参数有什么对应关系，我们仍然难以测量，这对于我们深入研究爆炸焊接十分不利。以前曾有人用X光摄影法来测试基复板碰撞角以及碰撞速度，但是这种方法需要用到价格昂贵的高速摄影机、X光源等设备，且需要在实验室中进行，这对爆炸焊接动态参数的测试造成了极大的约束，使这种方法不能得到普遍应用。对于电阻丝法，因为在爆炸焊接中，全部使用低爆速炸药，因此复板对电阻丝的切割速度较低，电阻丝中弯曲波的波速常常大于切割速度，从而使得电阻丝在未被切割之前就发生了扰动，导致测试全部失效。
另外，目前电阻丝技术虽然可以测试爆炸焊接过程中的动态参数，但是操作非常复杂，所用设备较多，且探针制作过程繁杂。测试过程还需要用到220V电源，这对于野外作业是十分不利的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法。该方法通过在绝缘基板上布置不等高探针，避免了常规金属基复板碰撞时产生的高温、高速的金属射流将探针提前导通而造成较大的测量误差，从而保证了测量数据的有效性。该方法仅使用多通道爆速测量仪即可完成试验，且试验所需的探针制作简便，所用材料也价廉易得。试验设备亦不需要220V电源供电，这些特点使得本方法操作简单易行，十分便于在野外进行试验测试。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，该方法采用的装置包括基板、多通道爆速测量仪、探针组和设置于基板上的用于支撑待测金属板的支撑块；所述探针组包括左侧探针和右侧探针，以及位于左侧探针和右侧探针之间的中间探针，左侧探针、中间探针和右侧探针均沿基板的厚度方向垂直穿过基板，且左侧探针、中间探针和右侧探针均设置于基板沿长度方向的中轴线上，左侧探针与中间探针之间的距离和中间探针与右侧探针之间的距离相等且均为S，单位为mm；所述左侧探针穿出基板的高度和右侧探针穿出基板的高度相等且均低于中间探针穿出基板的高度，中间探针穿出基板的高度低于支撑块的高度，中间探针顶端和左侧探针顶端的连线与基板沿长度方向的中轴线的夹角γ不大于5°，中间探针穿出基板的高度与左侧探针穿出基板的高度之差为h，单位为mm；所述基板为绝缘基板；所述左侧探针、中间探针和右侧探针结构相同且均由两根漆包线缠绕而成，其中一根漆包线位于基板下方的一端与多通道爆速测量仪的正极连接，另一根漆包线位于基板下方的一端与多通道爆速测量仪的负极连接，两根漆包线位于基板上方的端部铜丝均裸露在外，且两根漆包线裸露在外的铜丝之间留有距离；
所述测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板置于支撑块上，然后在待测金属板上布置炸药，在炸药的一端安插雷管，点燃雷管将炸药引爆，通过多通道爆速测量仪测量左侧探针导通时间与中间探针导通时间之差t1和中间探针导通时间与右侧探针导通时间之差t2，t1和t2的单位均为μs；
步骤二、根据以下公式计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
其中Vcp和Vp的单位均为m/s。
上述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述基板的厚度不小于5mm，长度不小于700mm，宽度不小于10mm。
上述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述基板的整体不平度不大于2mm，基板上位于探针组的部位的不平度不大于0.1mm。
上述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述探针组的数量为1个，探针组与待测金属板安插雷管的一端之间的距离不小于300mm，探针组与待测金属板远离雷管的一端之间的距离不小于300mm。
上述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述探针组的数量为多个，多个探针组均匀布设，靠近雷管的探针组与待测金属板安插雷管的一端之间的距离不小于300mm，远离雷管的探针组与待测金属板远离雷管的一端之间的距离不小于300mm。
上述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述S的取值为50mm～100mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在绝缘基板上布置不等高探针，避免了常规金属基复板碰撞时产生的高温、高速的金属射流将探针提前导通而造成较大的测量误差，从而保证了测量数据的有效性。
2、本发明采用两根漆包线缠绕而成的探针，漆包线一端与多通道爆速测量仪连接，另一端铜丝裸露在外，且两根漆包线裸露在外的铜丝之间留有距离，当炸药引爆后，裸露在外的铜丝与待测金属板接触从而导通使探针与多通道爆速测量仪形成回路，从而实现探针导通时间的测量。
3、本发明中仅使用多通道爆速测量仪即可完成试验，且试验所需的探针制作简便，所用材料也价廉易得。试验设备亦不需要220V电源供电，这些特点使得本方法操作简单易行，十分便于在野外进行试验测试。
4、本发明优选探针组距离起爆端和起爆尾端的距离均不小于300mm，从而避开了两个不稳定爆轰区，即爆炸焊接所用的非理想炸药在爆轰时的起爆端爆轰成长区和尾端爆轰卸载区。
5、本发明可以根据需要设置多组探针组，满足一次测试获得多组数据的要求，使得测试结果更有对比性和可信度。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1至4采用的装置的结构示意图。
图2为本发明实施例5采用的装置的结构示意图。
图3为本发明探针组中各个探针的位置关系示意图。
附图标记说明：
1—雷管； 2—炸药； 3—待测金属板；
4—基板； 5-1—左侧探针； 5-2—中间探针；
5-3—右侧探针； 6—多通道爆速测量仪； 7—支撑块。
具体实施方式
实施例1
如图1和图3所示，本实施例采用的装置包括基板4、多通道爆速测量仪6、探针组和设置于基板4上的用于支撑待测金属板3的支撑块7；所述探针组包括左侧探针5-1和右侧探针5-3，以及位于左侧探针5-1和右侧探针5-3之间的中间探针5-2，左侧探针5-1、中间探针5-2和右侧探针5-3均沿基板4的厚度方向垂直穿过基板4并卡装在基板4上避免探针晃动，且左侧探针5-1、中间探针5-2和右侧探针5-3均设置于基板4沿长度方向的中轴线上，左侧探针5-1与中间探针5-2之间的距离和中间探针5-2与右侧探针5-3之间的距离相等且均为S，S＝50mm；所述左侧探针5-1穿出基板4的高度和右侧探针5-3穿出基板4的高度相等且均为2mm，中间探针5-2穿出基板4的高度为6mm，支撑块7的高度为10mm，中间探针5-2穿出基板4的高度与左侧探针5-1穿出基板4的高度之差为h，h＝4mm；所述基板4为绝缘基板；所述左侧探针5-1、中间探针5-2和右侧探针5-3结构相同且均由两根直径为Φ0.41mm的漆包线缠绕而成，其中一根漆包线位于基板4下方的一端与多通道爆速测量仪6的正极连接，另一根漆包线位于基板4下方的一端与多通道爆速测量仪6的负极连接，两根漆包线位于基板4上方的端部铜丝均裸露在外，且两根漆包线裸露在外的铜丝之间留有距离；所述基板4为厚度5mm，长度700mm，宽度10mm的木板，待测金属板3为厚度3mm的钛板；所述基板4的整体不平度为2mm，基板4上位于探针组的部位的不平度不大于0.1mm；所述探针组的数量为1个，探针组与待测金属板3安插雷管1的一端之间的距离为300mm，探针组与待测金属板3远离雷管1的一端之间的距离为300mm。
本实施例的测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板3置于支撑块7上，然后在待测金属板3上布置炸药2，炸药2的药高为30mm，在炸药2的一端安插雷管1，点燃雷管1将炸药2引爆，通过多通道爆速测量仪6测量左侧探针5-1导通时间与中间探针5-2导通时间之差t1和中间探针5-2导通时间与右侧探针5-3导通时间之差t2，测得t1＝14.11μs，t2＝27.76μs；
步骤二、将数据带入以下公式中计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
得到碰撞点移动速度Vcp＝2388m/s，碰撞角β＝13.8°，碰撞速度Vp＝573.8m/s。
在同等条件下，采用半圆柱法测量本实施例金属板爆炸焊接动态参数，测量方法具体为：采用直径为Φ140mm的半圆柱，半圆柱圆弧面抛光处理，圆弧面朝上放置在平板上。采用同等尺寸的待测金属板以及同样的炸药类型、药高、间距等试验工艺。爆速VD在试验板上直接测试即可得到结果。爆速VD等于基复板平行安装时碰撞点移动速度Vcp。试验后根据半圆柱截面金相，找到垂直碰撞点，它与半圆柱弧面最高点之间的夹角即为碰撞角β，碰撞速度
测量结果为：碰撞点移动速度Vcp＝2373m/s，碰撞角β＝14.0°，碰撞速度Vp＝578.4m/s。
本实施例的测量结果与半圆柱法的测量结果相比无显著差异，说明本实施例的爆炸焊接动态参数测量结果准确可信。
实施例2
本实施例采用的装置与实施例1相同，其中不同之处在于：所述基板4为厚度20mm，长度900mm，宽度200mm的PVC板，基板4的整体不平度为1.5mm；待测金属板3为厚度4mm的不锈钢板；S＝100mm；左侧探针5-1穿出基板4的高度和右侧探针5-3穿出基板4的高度相等且均为1mm，支撑块7的高度为11mm，h＝5mm，探针组与待测金属板3安插雷管1的一端之间的距离为350mm，探针组与待测金属板3远离雷管1的一端之间的距离为350mm。
本实施例的测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板3置于支撑块7上，然后在待测金属板3上布置炸药2，炸药2为改性铵油炸药，药高为35mm，在炸药2的一端安插雷管1，点燃雷管1将炸药2引爆，通过多通道爆速测量仪6测量左侧探针5-1导通时间与中间探针5-2导通时间之差t1和中间探针5-2导通时间与右侧探针5-3导通时间之差t2，测得t1＝22.94μs，t2＝36.74μs；
步骤三、将数据带入以下公式中计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
得到碰撞点移动速度Vcp＝3351m/s，碰撞角β＝12.2°，碰撞速度Vp＝712.2m/s。
在同等条件下，采用半圆柱法测量本实施例金属板爆炸焊接动态参数，测量结果为：碰撞点移动速度Vcp＝3332m/s，碰撞角β＝12.0°，碰撞速度Vp＝696.6m/s。
本实施例的测量结果与半圆柱法的测量结果相比无显著差异，说明本实施例的爆炸焊接动态参数测量结果准确可信。
实施例3
本实施例采用的装置与实施例1相同，其中不同之处在于：所述基板4为厚度20mm，长度700mm，宽度180mm的PVC板；待测金属板3为厚度10mm的铜板；中间探针5-2穿出基板4的高度为5mm，支撑块7的高度为12mm，h＝3mm。
本实施例的测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板3置于支撑块7上，然后在待测金属板3上布置炸药2，炸药2为爆炸焊接专用炸药，药高为40mm，在炸药2的一端安插雷管1，点燃雷管1将炸药2引爆，通过多通道爆速测量仪6测量左侧探针5-1导通时间与中间探针5-2导通时间之差t1和中间探针5-2导通时间与右侧探针5-3导通时间之差t2，测得t1＝6.75μs，t2＝36.17μs；
步骤三、将数据带入以下公式中计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
得到碰撞点移动速度Vcp＝2330m/s，碰撞角β＝5.0°，碰撞速度Vp＝203.3m/s。
在同等条件下，采用半圆柱法测量本实施例金属板爆炸焊接动态参数，测量结果为：碰撞点移动速度Vcp＝2355m/s，碰撞角β＝4.9°，碰撞速度Vp＝201.3m/s。
本实施例的测量结果与半圆柱法的测量结果相比无显著差异，说明本实施例的爆炸焊接动态参数测量结果准确可信。
实施例4
本实施例采用的装置与实施例1相同，其中不同之处在于：所述基板4为厚度30mm，长度1000mm，宽度150mm的木板；待测金属板3为厚度10mm的铜板；支撑块7的高度为7mm，探针组与待测金属板3安插雷管1的一端之间的距离为450mm，探针组与待测金属板3远离雷管1的一端之间的距离为450mm。
本实施例的测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板3置于支撑块7上，然后在待测金属板3上布置炸药2，炸药2为爆炸焊接专用炸药，药高为20mm，在炸药2的一端安插雷管1，点燃雷管1将炸药2引爆，通过多通道爆速测量仪6测量左侧探针5-1导通时间与中间探针5-2导通时间之差t1和中间探针5-2导通时间与右侧探针5-3导通时间之差t2，测得t1＝7.08μs，t2＝59.58μs；
步骤三、将数据带入以下公式中计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
得到碰撞点移动速度Vcp＝1500m/s，碰撞角β＝5.8°，碰撞速度Vp＝151.8m/s。
在同等条件下，采用半圆柱法测量本实施例金属板爆炸焊接动态参数，测量结果为：碰撞点移动速度Vcp＝1467m/s，碰撞角β＝5.6°，碰撞速度Vp＝143.3m/s。
本实施例的测量结果与半圆柱法的测量结果相比无显著差异，说明本实施例的爆炸焊接动态参数测量结果准确可信。
实施例5
如图2和图3所示，本实施例采用的装置包括基板4、多通道爆速测量仪6、探针组和设置于基板4上的用于支撑待测金属板3的支撑块7；所述探针组包括左侧探针5-1和右侧探针5-3，以及位于左侧探针5-1和右侧探针5-3之间的中间探针5-2，左侧探针5-1、中间探针5-2和右侧探针5-3均沿基板4的厚度方向垂直穿过基板4并卡装在基板4上避免探针晃动，且左侧探针5-1、中间探针5-2和右侧探针5-3均设置于基板4沿长度方向的中轴线上，左侧探针5-1与中间探针5-2之间的距离和中间探针5-2与右侧探针5-3之间的距离相等且均为S，S＝60mm；所述左侧探针5-1穿出基板4的高度和右侧探针5-3穿出基板4的高度相等且均为2mm，中间探针5-2穿出基板4的高度为6mm，支撑块7的高度为12mm，中间探针5-2穿出基板4的高度与左侧探针5-1穿出基板4的高度之差为h，h＝4mm；所述基板4为绝缘基板；所述左侧探针5-1、中间探针5-2和右侧探针5-3结构相同且均由两根直径为Φ0.51mm的漆包线缠绕而成，其中一根漆包线位于基板4下方的一端与多通道爆速测量仪6的正极连接，另一根漆包线位于基板4下方的一端与多通道爆速测量仪6的负极连接，两根漆包线位于基板4上方的端部铜丝均裸露在外，且两根漆包线裸露在外的铜丝之间留有距离；所述基板4为厚度15mm，长度900mm，宽度180mm的木板，待测金属板3为厚度1mm的镍板；所述基板4的整体不平度为2mm，基板4上位于探针组的部位的不平度不大于0.1mm；所述探针组的数量为2个，均匀布设，靠近雷管1的探针组与待测金属板3安插雷管1的一端之间的距离为300mm，远离雷管1的探针组与待测金属板3远离雷管1的一端之间的距离为300mm。
本实施例的测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板3置于支撑块7上，然后在待测金属板3上布置炸药2，炸药2的药高为30mm，在炸药2的一端安插雷管1，点燃雷管1将炸药2引爆，通过多通道爆速测量仪6测量第一组探针组中左侧探针5-1导通时间与中间探针5-2导通时间之差t1和中间探针5-2导通时间与右侧探针5-3导通时间之差t2，测得第一组探针组的t1＝21.83μs，t2＝26.83μs，以及第二组探针组中左侧探针5-1导通时间与中间探针5-2导通时间之差t1和中间探针5-2导通时间与右侧探针5-3导通时间之差t2，测得第二组探针组t1＝21.61μs，t2＝26.74μs；
步骤二、将数据带入以下公式中计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
得到第一组碰撞点移动速度Vcp＝2466m/s，碰撞角β＝33.0°，碰撞速度Vp＝1400.8m/s；第二组碰撞点移动速度Vcp＝2482m/s，碰撞角β＝32.1°，碰撞速度Vp＝1374.1m/s。
在同等条件下，采用半圆柱法测量本实施例金属板爆炸焊接动态参数，测量结果为：第一组碰撞点移动速度Vcp＝2471m/s，碰撞角β＝32.6°，碰撞速度Vp＝1387.1m/s；第二组碰撞点移动速度Vcp＝2473m/s，碰撞角β＝32.3°，碰撞速度Vp＝1375.7m/s。
本实施例的测量结果与半圆柱法的测量结果相比无显著差异，说明本实施例的爆炸焊接动态参数测量结果准确可信。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，该方法采用的装置包括基板(4)、多通道爆速测量仪(6)、探针组和设置于基板(4)上的用于支撑待测金属板(3)的支撑块(7)；所述探针组包括左侧探针(5-1)和右侧探针(5-3)，以及位于左侧探针(5-1)和右侧探针(5-3)之间的中间探针(5-2)，左侧探针(5-1)、中间探针(5-2)和右侧探针(5-3)均沿基板(4)的厚度方向垂直穿过基板(4)，且左侧探针(5-1)、中间探针(5-2)和右侧探针(5-3)均设置于基板(4)沿长度方向的中轴线上，左侧探针(5-1)与中间探针(5-2)之间的距离和中间探针(5-2)与右侧探针(5-3)之间的距离相等且均为S，单位为mm；所述左侧探针(5-1)穿出基板(4)的高度和右侧探针(5-3)穿出基板(4)的高度相等且均低于中间探针(5-2)穿出基板(4)的高度，中间探针(5-2)穿出基板(4)的高度低于支撑块(7)的高度，中间探针(5-2)顶端和左侧探针(5-1)顶端的连线与基板(4)沿长度方向的中轴线的夹角γ不大于5°，中间探针(5-2)穿出基板(4)的高度与左侧探针(5-1)穿出基板(4)的高度之差为h，单位为mm；所述基板(4)为绝缘基板；所述左侧探针(5-1)、中间探针(5-2)和右侧探针(5-3)结构相同且均由两根漆包线缠绕而成，其中一根漆包线位于基板(4)下方的一端与多通道爆速测量仪(6)的正极连接，另一根漆包线位于基板(4)下方的一端与多通道爆速测量仪(6)的负极连接，两根漆包线位于基板(4)上方的端部铜丝均裸露在外，且两根漆包线裸露在外的铜丝之间留有距离；
所述测试方法包括以下步骤：
步骤一、将待测金属板(3)置于支撑块(7)上，然后在待测金属板(3)上布置炸药(2)，在炸药(2)的一端安插雷管(1)，点燃雷管(1)将炸药(2)引爆，通过多通道爆速测量仪(6)测量左侧探针(5-1)导通时间与中间探针(5-2)导通时间之差t1和中间探针(5-2)导通时间与右侧探针(5-3)导通时间之差t2，t1和t2的单位均为μs；
步骤二、根据以下公式计算碰撞点移动速度Vcp、碰撞角β和碰撞速度Vp：
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<mi>n</mi>
<mfrac>
<mi>&beta;</mi>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中Vcp和Vp的单位均为m/s。
2.根据权利要求1所述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述基板(4)的厚度不小于5mm，长度不小于700mm，宽度不小于10mm。
3.根据权利要求1所述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述基板(4)的整体不平度不大于2mm，基板(4)上位于探针组的部位的不平度不大于0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述探针组的数量为1个，探针组中的中间探针(5-2)与待测金属板(3)安插雷管(1)的一端之间的距离不小于300mm，探针组中的中间探针(5-2)与待测金属板(3)远离雷管(1)的一端之间的距离不小于300mm。
5.根据权利要求1所述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述探针组的数量为多个，多个探针组均匀布设，靠近雷管(1)的探针组中的中间探针(5-2)与待测金属板(3)安插雷管(1)的一端之间的距离不小于300mm，远离雷管(1)的探针组中的中间探针(5-2)与待测金属板(3)远离雷管(1)的一端之间的距离不小于300mm。
6.根据权利要求1所述的一种金属板爆炸焊接动态参数的测试方法，其特征在于，所述S的取值为50mm～100mm。
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