CN108002964A - 基于硫酸钠的低爆速粉状乳化炸药 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于硫酸钠的低爆速粉状乳化炸药，由65～74%二级煤矿许用粉状乳化炸药、2～6%木粉、5～8%十八烷基三甲基溴化铵和20～33%工业用硫酸钠混合制成。本发明低爆速粉状乳化炸药的爆速2100～2200m/s，猛度8～9mm、殉爆距离2～5cm、自然堆积密度0.65～0.75g/cm³，自然堆积密度均匀、爆速传播稳定、猛度值适中，殉爆距离大，可以广泛应用于高端异相金属板材的爆炸焊接。

Description

基于硫酸钠的低爆速粉状乳化炸药

技术领域

本发明属于工业炸药技术领域，涉及一种爆炸焊接用低爆速炸药，特别是一种低爆速的粉状乳化炸药。

背景技术

爆炸焊接是通过炸药爆炸时产生的高温高压，将两种不同材料（异相）的金属板严密地结合在一起，以达到冶金结合的效果。当炸药爆炸时，爆轰波以一种稳定的速度向前传播（即爆速），使覆板（特殊金属材料）在极短的时间内向基板（普通钢板）运动，通过碰撞发生塑态变化，从而使两种异相材料的金属板结合在一起。

在爆炸焊接中，炸药的爆炸性能决定着焊接的质量，而炸药的爆速、殉爆距离、猛度是衡量焊接质量好坏的一个重要指标，爆速值的稳定与否、炸药传爆性能的可靠性，直接影响主板和覆板结合面的紧密程度。

普通异相金属材料的爆炸焊接一般要求炸药的爆速值波动范围在200～300m/s，而高端金属材料（厚度薄的覆板）爆炸焊接要求的炸药爆速值波动范围在50～100m/s，殉爆距离2cm以上，炸药密度0.63～0.75g/cm³，猛度不小于8mm。

现有的低爆速炸药一方面流散性不好，尤其是在天气潮湿的季节容易出现结块现象；一方面爆速值控制范围太大，殉爆距离小，有的低爆速炸药需要起爆药才能引爆。据有关资料记载，现有低爆速炸药当药粉临界直径在3cm以下，呈自然堆积状态，药粉带长度大于其息爆长度时（药粉临界直径小于3cm，其息爆距离在3m左右），传爆效果不好，药粉带容易出现断爆、息爆现象。

CN 85103347A公开的低爆速炸药爆速1500～2000m/s，炸药密度小于0.66g/cm³；CN 103288567A中低爆速炸药的爆速1800～2200m/s，炸药密度小于0.55g/cm³；CN101474717A中低爆速炸药的爆速1800～2500m/s，应用于复合管件的爆炸焊接，对密度、殉爆距离等没有明确要求。以上低爆速炸药的爆速、密度值控制范围大，均达不到高档异相金属材料爆炸焊接要求炸药的爆速精度、殉爆距离、猛度和密度。

目前，高端异相金属材料的爆炸焊接需求不断增加，用于爆炸焊接的高端金属板板材焊接长度达到了5m以上。由于高端异相金属材料的覆板厚度很薄，需要铺设3cm以下的药粉带才能进行爆炸焊接，因此，现有的低爆速炸药在较长焊接长度的高端异相金属材料爆炸焊接中，因其殉爆距离小（或炸药呈钝感状态时需要起爆药引爆）、爆速值波动大，爆炸中途容易出现息爆现象，加之受季节影响吸湿结块，导致焊接面焊接不均匀，限制了现有低爆速炸药在高端异相金属材料爆炸焊接中的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种流散性好、爆速稳定、殉爆距离长的基于硫酸钠的低爆速粉状乳化炸药，用于高端异相金属材料的爆炸焊接。

本发明所述的低爆速粉状乳化炸药是由以下重量百分含量的组份混合制成的：二级煤矿许用粉状乳化炸药65～74%、木粉2～6%、十八烷基三甲基溴化铵5～8%、工业用硫酸钠20～33%。

本发明所述低爆速粉状乳化炸药采用二级煤矿许用粉状乳化炸药作为基础药，该炸药的氧平衡值-0.03414g/g，其他性能指标符合WJ 9025-2004《粉状乳化炸药》要求。

粉状乳化炸药基础药有岩石型和煤矿型两种。煤矿型粉状乳化炸药的爆速比岩石型粉状乳化炸药低400～500m/s左右，猛度也比岩石型粉状乳化炸药低1～2mm，同时其含有一定的消焰剂，爆炸后爆温2100℃左右，比岩石型粉状乳化炸药低300～400℃。因此，本发明选用二级煤矿许用粉状乳化炸药作为基础药。

本发明在所述低爆速粉状乳化炸药中添加木粉作为可燃剂。本发明所述木粉的氧平衡值为-137.00%，堆积密度0.21～0.26g/cm³，粉碎后细度80%过40目筛，100%过20目筛，水份≤0.5%。

本发明还在所述低爆速粉状乳化炸药中添加有弱氧化剂工业用硫酸钠。工业用硫酸钠俗称芒硝，氧平衡值+11.00%。本发明所添加工业用硫酸钠的堆积密度1.20～1.40g/cm³，水份≤0.3%，细度100%过40目筛。

进而，本发明还在所述低爆速粉状乳化炸药中添加有调节剂十八烷基三甲基溴化铵。本发明发现，十八烷基三甲基溴化铵能够与木粉和工业用硫酸钠协同作用，共同调节改善粉状乳化炸药的爆速、猛度和传爆性能。

本发明还提供了所述低爆速粉状乳化炸药的制备方法，是在常温下，向搅拌状态中的二级煤矿许用粉状乳化炸药中依次加入木粉、十八烷基三甲基溴化铵和工业用硫酸钠，搅拌混合均匀后制成低爆速粉状乳化炸药。

本发明制备方法对于炸药的搅拌混合器没有严格要求，只要是带有搅拌浆，符合国家民用爆炸物品专用生产设备目录要求的混合器均可以使用。其中，所述搅拌的转速在20～25转/min可控。

在加入木粉、十八烷基三甲基溴化铵和工业用硫酸钠后，再维持搅拌状态3～5min，就可以保证得到混合均匀的低爆速粉状乳化炸药。

进而，本发明也可以选择使用定量螺旋替代搅拌混合器进行连续化生产。

本发明将制成的半成品低爆速粉状乳化炸药进行包装，分装成大包低爆速粉状乳化炸药成品，装袋规格按照需求而定。

基于高端异相金属材料的爆炸焊接要求炸药的殉爆距离大、爆速稳定、自然堆积密度均匀、传爆可靠、猛度值合理。本发明的低爆速粉状乳化炸药以二级煤矿许用粉状乳化炸药作为基药，加入木粉、十八烷基三甲基溴化铵和工业用硫酸钠，将粉状乳化炸药的爆速、自然堆积密度、猛度均调控在较低值及较小幅度的范围之内，得到了一种爆速可以稳定在2100～2200m/s、猛度8～9mm、殉爆距离2～5cm、自然堆积密度0.65～0.75g/cm³的，自然堆积密度均匀、爆速传播稳定、猛度值适中，殉爆距离大的低爆速粉状乳化炸药，可以广泛应用于高端异相金属板材的爆炸焊接。

二级煤矿许用粉状乳化炸药的爆速一般为3000～3400m/s，自然堆积密度0.56～0.63g/cm³，猛度13.5～14.5mm。如果直接使用二级煤矿许用粉状乳化炸药进行异相金属材料的爆炸焊接，其的高猛度、高爆速会导致金属材料被炸碎损坏，达不到要求的效果。

硫酸钠性质稳定，常温下不易分解，888℃开始熔化，1430℃分解，并放出氧。炸药爆炸时的爆温可以达到2000～2700℃，爆压达十万个大气压，硫酸钠接受炸药爆炸能量，分子活化，结构被破坏，有关元素参加爆炸反应，放出氧助燃。因此，在一定条件下，硫酸钠可以作为弱氧化剂使用。

硫酸钠从常温到1430℃分解时要吸热，炸药爆炸时，硫酸钠由吸收大量热分解到放出氧参与爆炸反应这个极其快速的过程，是一个吸热——放出氧反应——放出大量热的过程，这个过程会导致爆炸反应的速度略有降低，这是本发明使用硫酸钠降低炸药爆速的一个原因。

进而，硫酸钠含有一定的结晶水，是坚固的、带有棱角的结晶体。这些有棱角的细小颗粒在炸药的爆炸绝热压缩过程中，能够提高参与爆炸反应颗粒的碰撞和摩擦力，形成新的热点，有利于炸药反应的持续进行。因而，使用硫酸钠可以提高炸药的爆轰感度，继而提高炸药的殉爆距离。

同时，在二级煤矿许用粉状乳化炸药中加入一定量的可燃剂木粉，既可以调节炸药的自然堆积密度，又可以增加参与炸药反应可燃剂的量（二级煤矿许用粉状乳化炸药已经处于一种合理的氧平衡状态，再加入一定比例的弱氧化剂，就需要适当增加可燃剂的量），使炸药的化学反应趋于平衡状态，这样爆轰波可以在炸药中稳定传播，其做功能力可以发挥到最大。

十八烷基三甲基溴化铵作为一种常用的晶形改良剂，一般是用于阻止炸药晶体长大，使形成更为细小的炸药晶体颗粒。但是，本发明中加入的十八烷基三甲基溴化铵却能与木粉和工业用硫酸钠配合作用，有效控制炸药爆炸的反应速度和爆轰波的传播速度，使二级煤矿许用粉状乳化炸药的爆速、殉爆距离、猛度值达到设计范围，从而达到高端异相金属板材爆炸焊接的要求。

本发明低爆速粉状乳化炸药原料组成简单，制备过程简单、安全，所制备的低爆速粉状乳化炸药颗粒度均匀（100%过20目筛），流散性好，爆速传播稳定，殉爆距离高，猛度值适中，可以有效提高高端复合板主板与覆板的结合率。

本发明低爆速粉状乳化炸药的整个爆炸反应过程比较完全，爆炸氧平衡值略显负值，做功能力最大，爆炸后释放的有害气体量小，有利于环保。

对本发明低爆速粉状乳化炸药与现有低爆速炸药进行测试比较，各自的爆速、猛度、殉爆距离及自然药卷密度等性能指标如表1。

结果表明，现有低爆速炸药的猛度、自然药卷密度(即自然堆积密度)以及爆速控制界限值很宽，对殉爆距离和粒度没有明确要求，猛度值波动大。而本发明的低爆速粉状乳化炸药可以将炸药爆速、猛度、殉爆距离、密度稳定在一个很小的范围之内，这样更有利于提高爆炸焊接的结合率，高殉爆值可以保证炸药的传爆可靠，解决了大型板材在爆炸焊接中由于炸药熄爆而造成的损失。

具体实施方式

实施例1

取66kg二级煤矿许用粉状乳化炸药加入混合器中，开启搅拌，依次加入2.8kg木粉、5.5kg十八烷基三甲基溴化铵、25.7kg工业用硫酸钠，搅拌3分钟，出料，包装成低爆速粉状乳化炸药。本实施例炸药的氧平衡值-0.0265724g/g。

实施例2

取70kg二级煤矿许用粉状乳化炸药加入混合器中，开启搅拌，依次加入5kg木粉、8kg十八烷基三甲基溴化铵、17kg工业用硫酸钠，搅拌5分钟，出料，包装成低爆速粉状乳化炸药。本实施例炸药的氧平衡值-0.064898g/g。

实施例3

取68kg二级煤矿许用粉状乳化炸药加入混合器中，开启搅拌，依次加入4kg木粉、6kg十八烷基三甲基溴化铵、22kg工业用硫酸钠，搅拌4分钟，出料，包装成低爆速粉状乳化炸药。本实施例炸药氧平衡值-0.0472152g/g。

应用例

基板为20号低碳钢，尺寸100cm×100cm×1.0cm，覆板材料为Ni-Gr合金板，尺寸110cm×110cm×0.5cm。

使用实施例1低爆速粉状乳化炸药炸药，爆速2139m/s，殉爆距离2cm，猛度8.2mm，密度0.66g/cm³。

起爆方法：采用电雷管直接起爆，起爆点为板材边缘中点。

爆炸焊接效果：结合面结合紧密，用探伤仪检测，结合率达100%，符合技术要求。

Claims (6)

1.一种低爆速粉状乳化炸药，由以下重量百分含量的组份混合制成：二级煤矿许用粉状乳化炸药65～74%、木粉2～6%、十八烷基三甲基溴化铵5～8%、工业用硫酸钠20～33%。

2.根据权利要求1所述的低爆速粉状乳化炸药，其特征是所使用的木粉是粉碎后细度80%过40目筛、100%过20目筛，水份≤0.5%的木粉。

3.根据权利要求1所述的低爆速粉状乳化炸药，其特征是所使用的工业用硫酸钠是堆积密度1.20～1.40g/cm³，水份≤0.3%，细度100%过40目筛的工业用硫酸钠。

4.权利要求1所述低爆速粉状乳化炸药的制备方法，是在常温下，向搅拌状态中的二级煤矿许用粉状乳化炸药中依次加入木粉、十八烷基三甲基溴化铵和工业用硫酸钠，搅拌混合均匀后制成所述低爆速粉状乳化炸药。

5.根据权利要求4所述的低爆速粉状乳化炸药的制备方法，其特征是所述搅拌的转速控制在20～25转/min。

6.根据权利要求4所述的低爆速粉状乳化炸药的制备方法，其特征是在加入木粉、十八烷基三甲基溴化铵和工业用硫酸钠后，再维持搅拌状态3～5min。