CN114589389A - 异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置 - Google Patents
异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114589389A CN114589389A CN202210228304.8A CN202210228304A CN114589389A CN 114589389 A CN114589389 A CN 114589389A CN 202210228304 A CN202210228304 A CN 202210228304A CN 114589389 A CN114589389 A CN 114589389A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tube
- explosive
- pipe
- gap
- welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 168
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 289
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 74
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 37
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 37
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 35
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 35
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 19
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 18
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 16
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 7
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 17
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 43
- 230000008569 process Effects 0.000 description 37
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 16
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 8
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 6
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 5
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 235000014121 butter Nutrition 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002932 luster Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
- B23K20/085—Explosive welding for tubes, e.g. plugging
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/26—Auxiliary equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/04—Tubular or hollow articles
- B23K2101/06—Tubes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明公开一种异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置。所述装置由外到内依次同心设置有：可选地外约束炸药，外模具，可选地外约束层，外管，管间间隙，内管，可选地保护管，传压介质，装药管，爆炸焊接炸药和雷管；在外管与内管之间的管间间隙中，通过支撑和密封结构固定在管间间隙的两端，使间隙保持均匀且密封；其中，将外部基体结构包括外模具、外约束层和外管；内部覆层结构包括内管和保护管；爆炸焊接药包包括装药管和爆炸焊接炸药。本发明的方法和装置可以抑制爆炸焊接管的畸变，有利于提高复合管的平直度，降低了外管与外模具之间的碰撞损伤，提高了焊接参数可调控的范围，大大降低了裂纹产生的风险，准确限定了各结构间的间隙距离。
Description
技术领域
本发明属于爆炸焊接技术领域，具体涉及异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置。
背景技术
近年来，复合管在石油、航空、军工、核工业等领域发展迅猛。随着石油资源的大量消耗和大型常规油气田的消耗，油气田正朝着恶劣的环境条件。常规能源正在被核能取代，这些环境通常伴随着高腐蚀性。此外，核能的利用使核废料的长期管理成为重要的研究课题。目前核废料的一种解决方案是将乏核燃料埋入地下深处储存。反应堆燃料束包装在使用过的燃料容器和铜/碳钢复合结构制成结构容器，然后放置在地下岩层中。几毫米的铜层可以使燃料容器完好无损100万年。
许多以冷喷涂和热喷涂为基础的涂层技术通常不能提供足够的腐蚀和磨损保护，并且很难在长管的内表面产生涂层。许多具有优良耐腐蚀性的金属材料被使用，但它们成本高，不适合大量使用。研究表明，使用复合管是有效的方法，相对安全、经济、可靠，解决了严重腐蚀条件下耐腐蚀性和强度的合理匹配。
复合管由外层的高强度廉价材料和内层相对较薄的耐腐蚀材料组合而成，其成本相对于使用单一的昂贵材料可显着降低。复合管分为机械压实管和冶金复合管。机械结合成本较低，应用范围更广，但相对于冶金结合强度较低，机械结合接缝是腐蚀的薄弱部位。由于基管与内管物理性能差异较大，采用多种涂层技术制备的部分涂层与钢基体的附着力较差，焊后易出现开裂、耐腐蚀性差等问题。而且，传统的爆炸焊接工艺容易造成复合管严重变形甚至断裂。
因此，本方法提出了一种水下管道爆炸焊接工艺，该工艺是根据现有水下板材爆炸焊接的经验，对该工艺进行改进。在此过程中，水作为压力传递介质，使爆炸作用于金属管的激波更加均匀，同时其优点包括不会因爆炸热而烧蚀金属，水抑制复合管的变形，高界面焊接强度高，管水下爆炸焊接成本低。此外，爆炸焊接中的焊接接头是在固态下产生的，具有高应变率碰撞和沿重叠金属材料界面的塑性变形。本方法采用异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置可成功制备具有金属光泽和无损表面的爆炸复合管。
发明内容
本发明提供一种异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置。优选的实施方案包括通过传压介质、约束管、外约束层合外模具的高阻抗自约束作用实现内管与外管的冶金结合。玻璃微球敏化的乳化炸药作为基础来配制低爆速的炸药。理想地，将玻璃微球含量配制为使得在焊接过程中低爆速炸药的爆速保持在约1600m/s至约2800m/s的范围内并且乳化炸药与玻璃微球的比率按质量计在约3：1至约10：1之间。
本发明采用如下技术方案：
异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接装置，所述装置由外到内依次同心设置有：可选地外约束炸药11，外模具10，可选地外约束层9，外管8，管间间隙7，内管6，可选地保护管5，传压介质4，装药管3，爆炸焊接炸药2和雷管1；在外管8与内管6之间的管间间隙7中，支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封。
进一步地，外部基体结构包括外模具10、外约束层9和外管8；内部覆层结构包括内管6和保护管5；爆炸焊接药包包括装药管3和爆炸焊接炸药2。
进一步地，管间间隙7促进将内管6插入外管8内的位置。
进一步地，根据公式SOD＝KSOD1εr来确定内管与外管之间的管间间隙7，其中：SOD表示内管与基管之间的直径间隙(单位为m)；ε表示内管的断裂应变(无单位数值)；r表示内管的平均半径(单位为m)，KSOD1为经验系数(无单位数值)，KSOD1在0.1至0.7之间(无单位数值)。可选地，管间间隙SOD＝KSOD2*(R5-R3)，其中KSOD2(无单位数值)在约0.5至约1.5之间。R3为保护管内半径(单位为m)。R5为内管外半径(单位为m)。
进一步地，传压介质4为水、工业油或饱或吸水树脂。
进一步地，所述保护管5，与内管6通过粘接材料整个表面粘接固定在一起。
进一步地，外约束层9为带有粘接材料的金属带或纤维带或水；通过外约束层9的强度抑制外管8的变形。
进一步地，所述外约束炸药11，这结构作为补充的外部约束，避免外管8在爆炸焊接中过渡膨胀而破裂。所述的爆炸焊接炸药为乳化炸药基质与中空玻璃微球混合物；优选地，所述中空玻璃微球的尺寸为40-100μm，乳化炸药基质与中空玻璃微球的质量比例为3∶1至10∶1。
进一步地，外管8的外径在10至200mm的范围内。内管6在2至150mm范围内的外径，以及在0.1mm至10mm范围内的壁厚。
进一步地，所需的管内覆层大于0.5mm时，通过在保护5与内管6之间填充粘接剂组成内部覆层结构，在管内覆层厚度大于1mm时，保护管5省略；在管内覆层厚度小于0.5mm时保护管5厚度在0.5mm-5mm。
进一步地，外管8的外壁需要紧密配合外模具10的内壁。
进一步地，内管6的壁厚大于复合管内层的厚度Tcoating，复合管内层的厚度Tcoating＝复合管界面处的半径RCI-复合管内层的内半径RC1，外管8的壁厚大于复合管外层的厚度Tmatrix，复合管外层的厚度Tmatrix＝复合管外层的外半径RC2-复合管界面处的半径RCI。
本发明还提供一种异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法，使用如上任一项所述的装置，外部基体结构包括外模具10、外约束层9和外管8；内部覆层结构包括内管6和保护管5；爆炸焊接药包包括装药管3和爆炸焊接炸药2，所述方法包括以下步骤：将外部基体结构，内部覆层结构，爆炸焊接药包同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中；在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端使间隙保持均匀且密封；当复合管的长度大于1m时，应先将管间间隙7通过真空泵抽出空气，然后使用支撑和密封结构12进行密封；支撑和密封结构12使用与间隙尺寸匹配的环状金属或塑料并在其上均匀布置密封胶；然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间填满传压介质4；所述传压介质4为水、工业油或饱和的吸水树脂；然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1；将外约束炸药11置于已经组装好的装置的外侧，并连入环形起爆设备，环形起爆设备与雷管1的起爆同步；引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
现在将参考附图，在附图中，将对附图中所示实施例的各个元件进行数字标记，并在其中对本发明进行讨论，以使本领域技术人员能够实施和使用本发明。应当理解，以下描述仅是本发明原理的示例，并且不应被认为是对所附权利要求书的限制。
在图1中，复合管已经准备好进行爆炸焊接。根据本发明的主要结构包括内管6和外管8。提供以管间间隙7促进将内管6插入外管8内的位置。图2示出了可以在本发明的直观的示意图。爆炸焊接炸药2提供进行焊接所需的爆炸能量。因此，碰撞速度Vp和爆炸速度Vd是可控制的变量。
图1和图2也包括实施本发明某些方面的可选布置。传压介质4可根据需要选择水、工业油或饱和吸水树脂等。在内管6和外管8之间经过爆炸焊接工艺后会形成冶金结合的焊接界面。可选地保护管5，该结构与内管6通过粘接材料整个表面粘接固定在一起。可选地外约束层9，该层设置在外管8和外模具10之间。可选地外约束炸药11，这结构可以作为补充的外部约束，避免外管8在爆炸焊接中过渡膨胀而破裂。
如图1和图2所示，外管8通常是具有高强度、高韧性、低密度或价格便宜等优势的金属，在爆炸焊接过程中也称为基管。这种管典型的外径在约10至约200mm的范围内。内管6通常是具有耐腐蚀性、耐磨性、耐高温或耐烧蚀等优势的金属，并且在爆炸焊接过程中也被称为内管。内管通常具有在约2至150mm范围内的外径，以及在约0.1mm至10mm范围内的壁厚。
形成高质量复合管的爆炸焊接的基本要求是：1)内管与外管成功实现冶金结合；2)复合管的塑性变形处于合理控制范围；3)复合管表面没有会出现破坏。
为了满足爆炸焊接形成用于核动力设备的复合管的质量要求，本发明提供了一种在复合管上进行爆炸焊接的方法，以确保复合管上基本上100％成功的爆炸焊接，并具有高质量的冶金结合界面且能够控制复合管的塑性变形。
根据本发明某些原理的包括一个或多个方面的方法提供了爆炸焊接工艺以形成可用冶金结合的异种金属复合管。该过程一次焊接的管道长度可以是0.1到3米左右。本发明的一个方面包括一种爆炸焊接复合管专用炸药的制备方法。
方法步骤：
1.原材料的尺寸加工
由于爆炸焊接工艺是通过炸药的能量加速材料，使材料在高速碰撞下产生冶金结合。而在爆炸焊接中材料的结合表面在焊接前需要具有一定的间隙距离，因此原材料的尺寸和复合后的尺寸并非完全相同。根据最终所需的复合管的各层的厚度，选择所需的原材料材料尺寸，考虑到精加工所需的加工余量。内管6的壁厚应大于复合管内层的厚度Tcoating(复合管内层的厚度Tcoating＝复合管界面处的半径RCI-复合管内层的内半径RC1)，外管8的壁厚应大于复合管外层的厚度Tmatrix(复合管外层的厚度Tmatrix＝复合管外层的外半径RC2-复合管界面处的半径RCI)。
在某些情况下，可以根据公式SOD＝KSOD1εr来确定内管与外管之间的间隙，其中：SOD表示内管与基管之间的直径间隙；ε表示内管的断裂应变；r表示内管的平均半径，KSOD1为经验系数，在约0.1至约0.7之间。择优的一般性的间隙选择SOD＝KSOD2*(R5-R3)，其中KSOD2在约0.5至约1.5之间。R3为保护管内半径。R5为内管外半径。根据以上方法，将保护管5；内管6，外管8，外约束层9，外模具10加工到所需尺寸，并对表面打磨抛光。
2.内部覆层结构装配
工艺解释
爆炸焊接中的反射波将对新鲜的焊接界面造成不同程度的伤害。因此，有时希望抑制反射波。抑制的关键是最小化焊接材料与其接触的介质间的波阻抗差异。在这方面，我们使用使用保护管5，在内管6的内壁和保护管5的外壁之间使用粘接材料，使其紧密接触在一起不会留有空气间隙。粘接材料择优的选择为胶水、普通双面胶、PET双面胶、真空密封胶、工业黄油等。此外，保护管5的使用可以避免爆炸作用对内管6的表面造成的破坏和表面烧蚀。当内管6壁厚小于2mm时，保护管5还可抑制高速膨胀过程中内管6的失稳造成的褶皱和破坏。可以将基管外壁的表面粗糙度保持在小于模具内壁的表面粗糙度的值。期望将差异控制在两个等级内。
工艺方法
所需的管内覆层大于0.5mm时，通过在保护管5与内管6之间填充粘接剂组成内部覆层结构(5+6)，内管厚度Tin＝外管外径R7-外管内径R6，择优的此种工况下保护管厚度Tprotective应小于内管厚度。在所需的管内覆层厚度大于1mm时，保护管5可省略。
许多金属制备壁厚低于0.5mm的薄壁管需要昂贵的成本。所需的管内覆层小于0.5mm时，高波阻抗约束爆炸焊接方法提供了两种方案。方案1：使用成形的薄壁金属管作内管6，通过在保护管5与内管6之间填充粘接剂组成内部覆层结构(5+6)。方案2：使用对应厚度的长条金属片，通过粘接材料将金属片螺旋缠绕粘接到保护管上。由于爆炸焊接过程中的高速冲击可实现材料间的冶金结合，所以螺旋缠绕的金属片在被保护管向外膨胀推动撞击到外管后可实现连续一体的管内覆层，与方案1达到相同的效果。择优的在管内覆层小于0.5mm时保护管厚度在0.5mm-5mm。
保护管5择优材料应选择铅、锡等低熔点金属或铝、铜等较软的金属管，以便于爆炸焊接膨胀后通过加热(低熔点)或机械破坏(低硬度)的方式取出。
3.外部基体结构装配
工艺解释
为了严格限制基管的变形，外管8的外壁需要紧密配合外模具10的内壁。通常，外模具10由与外管8相同或相似的合金材料制成。当外8管的外壁和外模具10的内壁紧密固定时，由于两个表面的硬度相同或相似，因此不可避免地会因表面粗糙度在接触面间形成各种空隙。由于孔中的空气密度远低于金属的密度，因此当内管6在爆炸焊接过程中碰到外管8时，反射波将产生应力波，该应力波会损害复合管的性能。为此，我们在外管8与外模具10之间添加了外约束层9。外约束层9主要有两种形式：第一，带有粘接材料的金属带或纤维带，通过外约束层9的高强度抑制外管8的变形，并且外约束层9可以提供高波阻抗减低外管8表面的反射波对材料造成的损害。第二，流体介质，如水。水具有流动性，在低速低压状况下起不到约束作用。但在本方法的爆炸焊接工艺中，由于爆炸焊接工艺中炸药的爆速约为1600m/s至2600m/s，远高于流体介质中的声速。因此，爆炸焊接过程中，外模具10限制了流体(外约束层9)径向的运动，而轴向方向的过程极快，使得流体(外约束层9)无法从外管8与外模具10之间排出。流体几乎不可压缩，所以在焊接过程中流体起到了刚性约束的作用，抑制了外管8的变形，避免了通常方法中外管8在爆炸焊接后被挤压到外模具10上造成的无法取出。此外，流体介质(外约束层9)也提供了一定的波阻抗约束，减弱了反射波的破坏。
工艺方法
当外管的壁厚小于2mm时，将外管8外表面螺旋包裹外约束层9，外约束层主要为带有粘接材料的金属带或纤维带。择优地金属带的厚度为0.1mm至0.8mm，纤维带的厚度为0.5mm至3mm。外模具择优为20mm壁厚以上的钢管或组装固定的半模。
当外管的壁厚大于2mm时，外模具择优为10mm壁厚以上的钢管或组装固定的模具。外约束层9使用流体介质，择优使用水或工业油，填充到外模具10和外管8之间，并在轴向的两端密封固定。当外管的壁厚大于10mm时，对外管表面质量要求不高时，可不使用外模具10，外模具10的位置由外约束炸药11填充，即此时外约束炸药外内径＝外模具内半径R9。
4.炸药制备及装药
工艺解释
爆炸焊接需使用较低爆速的炸药，低爆速炸药可通过使用乳化炸药作为基础来生产。根据已知技术，将市售的乳化炸药基质与一定量的中空玻璃微球完全均匀地混合。理想的是，择优地中空玻璃微球的尺寸为40-100μm，乳化基质与中空玻璃微球的比例为约3∶1至10∶1。
由于对管材进行爆炸焊接时，管内形成一个密闭区间。因此碰撞速度不仅与爆炸速度密切相关，而且沿着爆炸传播方向逐渐增大。有两种方法可以使内管和外管之间沿着爆轰传播方向达到均匀的碰撞速度。第一种方法是通过添加降低速度的添加剂来改变炸药的配方。第二种方法是改变炸药的装填密度和尺寸。使用低爆速炸药有利于焊接界面具有小波状集合，从而使界面上的微缺陷最小化，并提高复合管尺寸和性能的均匀性。当爆速增加时，内管与外管之间的碰撞速度增加。可以通过调控乳化炸药的爆炸速度，并沿爆炸传播方向逐渐降低爆速。可以采用两种方法来降低爆震速度。第一种方法是添加降低速度的添加剂。市售的中空玻璃微球，在本发明中用作添加剂的主要成分。爆震速度随着中空玻璃微球的添加量的增加而降低。爆速Vd的可被调控的范围在约1500m/s到4000m/s之间。一般选用中空玻璃微球的直径在40-100μm，壁厚1至3μm的型号。最佳的爆速在1800-2500m/s的范围内。乳剂基质与添加剂的质量比可以在约3∶1至约10∶1的范围内。在待焊接的复合管尺寸大于400mm时，可沿爆轰传播方向，通过改变乳化炸药与添加剂的质量比来稳定爆速。降低爆轰速度的第二种方法是降低装药管中炸药的装填密度和尺寸。例如，当乳化炸药与添加剂的质量比固定时，可以使用此方法。
为了确保可靠的焊接，内管6撞击外管8的速度必须足以发生塑性变形产生冶金结合。但是，塑性变形必须在合理的控制范围内，即，沿直径的塑性应变应尽可能小，以减少复合管的内管和外管之间的界面上的微缺陷。因此，对碰撞速度有重要影响的炸药用量必须合适地调控。随着内管6壁厚度的增加，炸药用量被期望增加。当内管6壁厚增加时，将需要额外的爆炸能量以引起内管6达到合适的径向塑性变形和轴向弯曲变形，并维持驱动内管6冲击外管8的力。因此，当炸药的成分固定后，所需的炸药量将增加。炸药数量的增加将增加爆炸速度Vd。因为内管6和外管8的轴线彼此平行，所以碰撞点速度Vc应等于炸药爆炸速度Vd。因此，当Vc增加时，SOD也需要相应地增加，
其中，M为内管的质量，C为炸药的质量，
为格尼能可近似为Vd/2.97(Vd为炸药的爆速)。速度上下限可按照常规的爆炸焊接焊接窗口进行计算，但必须要注意的是由于不同间隙SOD造成的加速历史不同，用于计算爆炸焊接窗口的碰撞速度需用KsodVp(Ksod为经验系数)。对于给定的焊接材料所使用的的炸药质量需满足KsodVp的值在爆炸焊接窗口之内，才能实现高质量的焊接。
玻璃微球为无毒无污染的添加剂，传压介质4可吸收炸药爆炸产生的烟尘。此过程中使用的炸药通常遵循民用炸药的发展趋势，并符合环保要求。炸药的制备方法简单。爆炸速度在较大范围内变化。因此可以用于不同厚度的不同爆炸焊接管。确定管间间隙大小和炸药用量的方法已经量化，这减少了反复试验。复合管可成功爆炸焊接，结合的界面为高质量的微波形状，复合管的塑性变形得到合理控制。
工艺方法
将市售的乳化炸药基质与一定量的中空玻璃微球完全均匀地混合。择优地中空玻璃微球的质量分数为20％-25％。然后将混合好的爆炸焊接炸药2放入装药管3中制成爆炸焊接药包。此外，将一部分炸药制成桶状的外约束装药11。当需焊接的复合管大于1m时，需将炸药按照中空玻璃微球的质量分数逐渐降低的方式多次混合，并分段装药。当外管和钢模的厚度均大于等于10mm时，装置本身已具有足够的约束强度，外约束装药11可以被省略。
5.结构组装及焊接布置
将外部基体结构(包括外模具10、外约束层9和外管8)，内部覆层结构(包括内管6、保护管5)，爆炸焊接药包(包括装药管3和爆炸焊接炸药2)同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中。在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封。当复合管的长度大于1m时，应先将管间间隙7通过真空泵抽出空气，然后使用支撑和密封结构12进行密封。这样可以解决复合管长度大于1m时管间间隙7内的空气在爆炸焊接过程中无法及时排出的问题。
支撑和密封结构12择优使用与间隙尺寸匹配的环状金属或塑料并在其上均匀布置密封胶。
然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间填满传压介质4。择优地传压介质4为水、工业油或饱和的吸水树脂。
然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1。将外约束炸药11置于已经组装好的装置的外侧，并连入环形起爆设备，环形起爆设备与雷管1的起爆同步。引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
本发明的有益效果：
1.传压介质--外约束层-外模具-外置炸药的的联合作用可以抑制爆炸焊接管的畸变，有利于提高复合管的平直度。支撑和密封结构使得间隙中的传压介质在极短地爆炸焊接时间内不会被挤出，从而提供了强力约束抑制了管材的不规则畸变。
2.传压介质的缓冲作用，降低了外管与外模具之间的碰撞损伤，传压介质的填充作用缓冲了炸药对材料的爆炸损伤，提高了模具的使用寿命和复合管的加工质量。
3.传压介质和保护管的共同作用避免了炸药对内管的直接破坏，吸收了多余的爆炸能量，因此提高了保证内管不被破坏的炸药使用量，进而可以在保证内管不被炸药损坏的情况下，提供更高的碰撞速度，提高了焊接参数可调控的范围。
4.保护管和外约束层是相对于空气来说波阻抗极高，分别为内管的内表面和外管的外表面提供了高阻抗约束，抑制了爆炸焊接过程中稀疏波对材料的破坏，大大降低了裂纹产生的风险。
5.装药管、保护管、外模具以及支撑和密封结构，为整个爆炸焊接装置的装配提供了定位，保证了炸药，内管和外管之间的同心布置，同时准确限定了各结构间的间隙距离，为精确控制焊接过程中的动力学参数提供了保障。
附图说明
图1焊接之前沿着焊接结构的横向的部分截面图以及轴对称的轴向截面图；
图2爆炸焊接装置的示意图；
图3装配示意图。
图中的结构分别为：雷管1，爆炸焊接炸药2，装药管3，传压介质4；保护管5；内管6，管间间隙7，外管8，外约束层9，外模具10，外约束炸药11，支撑和密封结构12；
图中的尺寸标记分别为：爆炸焊接炸药半径R1，装药管外半径R2，保护管内半径R3，内管内半径R4，内管外半径R5，外管内半径R6，外管外半径R7，包覆外约束层9后的外半径R8，外模具内半径R9，外模具外半径R10，外约束炸药外半径R11，
某些装置或装备需要将不同材料的管组合成复合管。
具体实施方式
本发明为异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接装置和方法。优选的实施方案包括通过传压介质、约束管、外约束层和外模具的高阻抗自约束作用实现内管与外管的冶金结合。玻璃微球敏化的乳化炸药作为基础来配制低爆速的炸药。理想地，将玻璃微球含量配制为使得在焊接过程中低爆速炸药的爆速保持在约1600m/s至约2800m/s的范围内并且乳化炸药与玻璃微球的比率按质量计在约3：1至约10：1之间。
现在将参考附图1-3，在附图中，将对附图中所示实施例的各个元件进行数字标记，并在其中对本发明进行讨论，以使本领域技术人员能够实施和使用本发明。应当理解，以下描述仅是本发明原理的示例，并且不应被认为是对所附权利要求书的限制。
在图1中，复合管已经准备好进行爆炸焊接。根据本发明的主要结构包括内管6和外管8。提供以管间间隙7促进将内管6插入外管8内的位置。图2示出了可以在本发明的直观的示意图。爆炸焊接炸药2提供进行焊接所需的爆炸能量。因此，碰撞速度Vp和爆炸速度Vd是可控制的变量。
图1和图2也包括实施本发明某些方面的可选布置。传压介质4可根据需要选择水、工业油或饱和吸水树脂等。在内管6和外管8之间经过爆炸焊接工艺后会形成冶金结合的焊接界面。可选的保护管5，该结构与内管6通过粘接材料整个表面粘接固定在一起。可选的外约束层9，该层设置在外管8和外模具10之间。可选的外约束炸药11可被制备成筒状同心地布置在外模具10的外侧，这结构可以作为补充的外部约束，避免外管8在爆炸焊接中过渡膨胀而破裂。
如图1和图2所示，外管8通常是具有高强度、高韧性、低密度或价格便宜等优势的金属，在爆炸焊接过程中也称为基管。这种管典型的外径在约10至约200mm的范围内。内管6通常是具有耐腐蚀性、耐磨性、耐高温或耐烧蚀等优势的金属，并且在爆炸焊接过程中也被称为内管。内管通常具有在约2至150mm范围内的外径，以及在约0.1mm至10mm范围内的壁厚。
形成高质量复合管的爆炸焊接的基本要求是：1)内管与外管成功实现冶金结合；2)复合管的塑性变形处于合理控制范围；3)复合管表面没有会出现破坏。
为了满足爆炸焊接形成用于核动力设备的复合管的质量要求，本发明提供了一种在复合管上进行爆炸焊接的方法，以确保复合管上基本上100％成功的爆炸焊接，并具有高质量的冶金结合界面且能够控制复合管的塑性变形。
根据本发明某些原理的包括一个或多个方面的方法提供了爆炸焊接工艺以形成可用冶金结合的异种金属复合管。该过程一次焊接的管道长度可以是0.1到3米左右。本发明的一个方面包括一种爆炸焊接复合管专用炸药的制备方法。
方法步骤
1.原材料的尺寸加工
由于爆炸焊接工艺是通过炸药的能量加速材料，使材料在高速碰撞下产生冶金结合。而在爆炸焊接中材料的结合表面在焊接前需要具有一定的间隙距离，因此原材料的尺寸和复合后的尺寸并非完全相同。根据最终所需的复合管的各层的厚度，选择所需的原材料材料尺寸，考虑到精加工所需的加工余量。内管6的壁厚应大于复合管内层的厚度Tcoating(复合管内层的厚度Tcoating＝复合管界面处的半径RCI-复合管内层的内半径RC1)，外管8的壁厚应大于复合管外层的厚度Tmatrix(复合管外层的厚度Tmatrix＝复合管外层的外半径RC2-复合管界面处的半径RCI)。
在某些情况下，可以根据公式SOD＝KSOD1εr来确定内管与外管之间的间隙，其中：SOD表示内管与外管之间的直径间隙(单位为m)；ε表示内管的断裂应变(无单位数值)；r表示内管的平均半径(单位为m)，KSOD1为经验系数(无单位数值)，在约0.1至约0.7之间。择优的一般性的间隙选择SOD＝KSOD2*(R5-R3)，其中KSOD2在约0.5至约1.5之间(无单位数值)。
根据以上方法，将保护管5；内管6，外管8，外约束层9，外模具10加工到所需尺寸，并对表面打磨抛光。
装配示意图如图3所示。2.内部覆层结构装配。
工艺解释
爆炸焊接中的反射波将对新鲜的焊接界面造成不同程度的伤害。因此，有时希望抑制反射波。抑制的关键是最小化焊接材料与其接触的介质间的波阻抗差异。在这方面，我们使用保护管5，在内管6的内壁和保护管5的外壁之间使用粘接材料，使其紧密接触在一起不会留有空气间隙。粘接材料择优的选择为胶水、普通双面胶、PET双面胶、真空密封胶、工业黄油等。此外，保护管5的使用可以避免爆炸作用对内管6的表面造成的破坏和表面烧蚀。当内管6壁厚小于2mm时，保护管5还可抑制高速膨胀过程中内管6的失稳造成的褶皱和破坏。可以将基管外壁的表面粗糙度保持在小于模具内壁的表面粗糙度的值。期望将差异控制在两个等级内。
工艺方法
所需的管内覆层大于0.5mm时，通过在保护管5与内管6之间填充粘接剂组成内部覆层结构(5+6)，内管厚度Tin＝外管外径R7-外管内径R6，择优的此种工况下保护管厚度Tprotective应小于内管厚度。在所需的管内覆层厚度大于1mm时，保护管5可省略。
许多金属制备壁厚低于0.5mm的薄壁管需要昂贵的成本。所需的管内覆层小于0.5mm时，高波阻抗约束爆炸焊接方法提供了两种方案。方案1：使用成形的薄壁金属管作内管6，通过在保护管5与内管6之间填充粘接剂组成内部覆层结构(5+6)。方案2：使用对应厚度的长条金属片，通过粘接材料将金属片螺旋缠绕粘接到保护管上。由于爆炸焊接过程中的高速冲击可实现材料间的冶金结合，所以螺旋缠绕的金属片在被保护管向外膨胀推动撞击到外管后可实现连续一体的管内覆层，与方案1达到相同的效果。择优的在管内覆层小于0.5mm时保护管厚度在0.5mm-5mm。
保护管5择优材料应选择铅、锡等低熔点金属或铝、铜等较软的金属管，以便于爆炸焊接膨胀后通过加热(低熔点)或机械破坏(低硬度)的方式取出。
3.外部基体结构装配
工艺解释
为了严格限制基管的变形，外管8的外壁需要紧密配合外模具10的内壁。通常，外模具10由与外管8相同或相似的合金材料制成。当外8管的外壁和外模具10的内壁紧密固定时，由于两个表面的硬度相同或相似，因此不可避免地会因表面粗糙度在接触面间形成各种空隙。由于孔中的空气密度远低于金属的密度，因此当内管6在爆炸焊接过程中碰到外管8时，反射波将产生应力波，该应力波会损害复合管的性能。为此，我们在外管8与外模具10之间添加了外约束层9。外约束层9主要有两种形式：第一，带有粘接材料的金属带或纤维带，通过外约束层9的高强度抑制外管8的变形，并且外约束层9可以提供高波阻抗减低外管8表面的反射波对材料造成的损害。第二，流体介质，如水。水具有流动性，在低速低压状况下起不到约束作用。但在本方法的爆炸焊接工艺中，由于爆炸焊接工艺中炸药的爆速约为1600m/s至2600m/s，远高于流体介质中的声速。因此，爆炸焊接过程中，外模具10限制了流体(外约束层9)径向的运动，而轴向方向的过程极快，使得流体(外约束层9)无法从外管8与外模具10之间排出。流体几乎不可压缩，所以在焊接过程中流体起到了刚性约束的作用，抑制了外管8的变形，避免了通常方法中外管8在爆炸焊接后被挤压到外模具10上造成的无法取出。此外，流体介质(外约束层9)也提供了一定的波阻抗约束，减弱了反射波的破坏。
工艺方法
当外管的壁厚小于2mm时，将外管8外表面螺旋包裹外约束层9，外约束层主要为带有粘接材料的金属带或纤维带。择优地金属带的厚度为0.1mm至0.8mm，纤维带的厚度为0.5mm至3mm。外模具择优为20mm壁厚以上的钢管或组装固定的半模。
当外管的壁厚大于2mm时，外模具择优为10mm壁厚以上的钢管或组装固定的模具。外约束层9使用流体介质，择优使用水或工业油，填充到外模具10和外管8之间，并在轴向的两端密封固定。当外管的壁厚大于10mm时，对外管表面质量要求不高时，可不使用外模具10，外模具10的位置由外约束炸药11填充，即此时外约束炸药外内径＝外模具内半径R9。
4.炸药制备及装药
工艺解释
爆炸焊接需使用较低爆速的炸药，低爆速炸药可通过使用乳化炸药作为基础来生产。根据已知技术，将市售的乳化炸药基质与一定量的中空玻璃微球完全均匀地混合。理想的是，择优地中空玻璃微球的尺寸为40-100μm，乳化基质与中空玻璃微球的比例为约3∶1至10∶1。
由于对管材进行爆炸焊接时，管内形成一个密闭区间。因此碰撞速度不仅与爆炸速度密切相关，而且沿着爆炸传播方向逐渐增大。有两种方法可以使内管和外管之间沿着爆轰传播方向达到均匀的碰撞速度。第一种方法是通过添加降低速度的添加剂来改变炸药的配方。第二种方法是改变炸药的装填密度和尺寸。使用低爆速炸药有利于焊接界面具有小波状集合，从而使界面上的微缺陷最小化，并提高复合管尺寸和性能的均匀性。当爆速增加时，内管与外管之间的碰撞速度增加。可以通过调控乳化炸药的爆炸速度，并沿爆炸传播方向逐渐降低爆速。可以采用两种方法来降低爆震速度。第一种方法是添加降低速度的添加剂。市售的中空玻璃微球，在本发明中用作添加剂的主要成分。爆震速度随着中空玻璃微球的添加量的增加而降低。爆速Vd的可被调控的范围在约1500m/s到4000m/s之间。一般选用中空玻璃微球的直径在40-100μm，壁厚1至3μm的型号。最佳的爆速在1800-2500m/s的范围内。乳剂基质与添加剂的质量比可以在约3∶1至约10∶1的范围内。在待焊接的复合管尺寸大于400mm时，可沿爆轰传播方向，通过改变乳化炸药与添加剂的质量比来稳定爆速。降低爆轰速度的第二种方法是降低装药管中炸药的装填密度和尺寸。例如，当乳化炸药与添加剂的质量比固定时，可以使用此方法。
为了确保可靠的焊接，内管6撞击外管8的速度必须足以发生塑性变形产生冶金结合。但是，塑性变形必须在合理的控制范围内，即，沿直径的塑性应变应尽可能小，以减少复合管的内管和外管之间的界面上的微缺陷。因此，对碰撞速度有重要影响的炸药用量必须合适地调控。随着内管6壁厚度的增加，炸药用量被期望增加。当内管6壁厚增加时，将需要额外的爆炸能量以引起内管6达到合适的径向塑性变形和轴向弯曲变形，并维持驱动内管6冲击外管8的力。因此，当炸药的成分固定后，所需的炸药量将增加。炸药数量的增加将增加爆炸速度Vd。因为内管6和外管8的轴线彼此平行，所以碰撞点速度Vc应等于炸药爆炸速度Vd。因此，当Vc增加时，SOD也需要相应地增加，
其中，M为内管的质量(单位为kg)，C为炸药的质量(单位为kg)，
为格尼能可近似为Vd/2.97(Vd为炸药的爆速)(单位为m/s)。速度上下限可按照常规的爆炸焊接窗口进行计算，但必须要注意的是由于不同间隙SOD造成的加速历史不同，用于计算爆炸焊接窗口的碰撞速度需用KsodVp(Ksod为经验系数，无单位数值)。对于给定的焊接材料所使用的的炸药质量需满足KsodVp的值在爆炸焊接窗口之内，才能实现高质量的焊接。
玻璃微球为无毒无污染的添加剂，传压介质4可吸收炸药爆炸产生的烟尘。此过程中使用的炸药通常遵循民用炸药的发展趋势，并符合环保要求。炸药的制备方法简单。爆炸速度在较大范围内变化。因此可以用于不同厚度的不同爆炸焊接管。确定管间间隙大小和炸药用量的方法已经量化，这减少了反复试验。复合管可成功爆炸焊接，结合的界面为高质量的微波形状，复合管的塑性变形得到合理控制。
工艺方法
将市售的乳化炸药基质与一定量的中空玻璃微球完全均匀地混合。择优地中空玻璃微球的质量分数为20％-25％。然后将混合好的爆炸焊接炸药2放入装药管3中制成爆炸焊接药包。此外，将一部分炸药制成桶状的外约束装药11。当需焊接的复合管大于1m时，需将炸药按照中空玻璃微球的质量分数逐渐降低的方式多次混合，并分段装药。当外管和钢模的厚度均大于等于10mm时，装置本身已具有足够的约束强度，外约束装药11可以被省略。
5.结构组装及焊接布置
将外部基体结构(包括外模具10、外约束层9和外管8)，内部覆层结构(包括内管6、保护管5)，爆炸焊接药包(包括装药管3和爆炸焊接炸药2)同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中。在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封。当复合管的长度大于1m时，应先将管间间隙7通过真空泵抽出空气，然后使用支撑和密封结构12进行密封。这样可以解决复合管长度大于1m时管间间隙7内的空气在爆炸焊接过程中无法及时排出的问题。
支撑和密封结构12择优使用与间隙尺寸匹配的环状金属或塑料并在其上均匀布置密封胶。
然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间填满传压介质4。择优地传压介质4为水、工业油或饱和的吸水树脂。
然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1。将外约束炸药11置于已经组装好的装置的外侧，并连入环形起爆设备，环形起爆设备与雷管1的起爆同步。引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
实施例1
外管由低碳钢制成，内径为65毫米，壁厚为10毫米，长度为200毫米。内管由工业级铜制成，内径为56毫米，壁厚为2毫米，长度为200毫米。间隙尺寸根据SOD＝KSOD2*(R5-R3)取为2.5mm，而管材的内径和外径根据此标准选取。
因所需的管内覆层厚度大于1mm时，保护管5被省略。
因外管的壁厚大于2mm，外模具选择壁厚为10mm的钢管作为模具。外约束层9使用水，填充到外模具10和外管8之间，并在轴向的两端密封固定。由于外管8和外模具10的壁厚均为10mm，因此外约束装药11被省去，避免不必要的浪费。
装在内部的爆炸焊接炸药2是乳化炸药和中空玻璃微球(质量比为3：1)的混合物。产生的爆速约为2400m/s。将爆炸焊接炸药装入内直径为27.5mm，壁厚为2mm，长为300mm的纸筒中，制成爆炸焊接药包。
将外部基体结构(包括外模具10、外约束层9和外管8)，内部覆层结构(包括内管6、保护管5)，爆炸焊接药包(包括装药管3和爆炸焊接炸药2)同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中。在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封。
支撑和密封结构12使用的是塑料条并均匀布置密封胶封住管间间隙7避免水(传压介质4)的进入。然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间装满水(传压介质4)。然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1。引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
对复合管进行的爆炸焊接检查表明，除两端的支撑和密封结构12造成的非焊接区外，所有爆炸焊接均成功复合。复合管的表面在焊接后仍具有光洁无损的表面，内管和外管之间的界面为所需的小波形状，且界面上产生了高强度的细化晶粒。
实施例2
外管8由低碳钢制成，内径为64毫米，壁厚为10毫米，长度为200毫米。内管6由铜箔螺旋缠绕制成，铜箔宽度为10毫米，厚度为2毫米。
因制备壁厚0.2mm的薄铜管成本较高。因此采用方案2：使用宽度为10毫米，厚度为2毫米的长条铜片，通过粘接材料PET双面胶将铜片螺旋缠绕粘接到保护管5上。保护管5为外径60壁厚2的铜管。即内管6由螺旋缠绕的薄铜片粘接制成。由于爆炸焊接过程中的高速冲击可实现材料间的冶金结合，所以螺旋缠绕的铜片6在被保护管5向外膨胀推动撞击到外管8后可实现连续一体的管内覆层。
因外管的壁厚大于2mm，外模具选择壁厚为10mm的钢管作为模具。外约束层9使用水，填充到外模具10和外管8之间，并在轴向的两端密封固定。由于外管8和外模具10的壁厚均为10mm，因此外约束装药11被省去，避免不必要的浪费。
装在内部的爆炸焊接炸药2是乳化炸药和中空玻璃微球(质量比为3：1)的混合物。产生的爆速约为2400m/s。将爆炸焊接炸药装入内直径约为28mm，壁厚为2mm，长为300mm的纸筒中，制成爆炸焊接药包。
将外部基体结构(包括外模具10、外约束层9和外管8)，内部覆层结构(包括内管6、保护管5)，爆炸焊接药包(包括装药管3和爆炸焊接炸药2)同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中。在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封。
支撑和密封结构12使用的是塑料条并均匀布置密封胶封住管间间隙7避免水(传压介质4)的进入。然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间装满水(传压介质4)。然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1。引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
对复合管进行的爆炸焊接检查表明，除两端的支撑和密封结构12造成的非焊接区外，所有爆炸焊接均成功复合，由铜箔螺旋缠绕制成的内管6与低碳钢的外管8实现冶金结合。
实施例3
外管由铝制成，内径为65毫米，壁厚为10毫米，长度为200毫米。内管由铜制成，内径为56毫米，壁厚为2毫米，长度为200毫米。间隙尺寸根据SOD＝KSOD2*(R5-R3)取为2.5mm，而管材的内径和外径根据此标准选取。
因所需的管内覆层厚度大于1mm时，保护管5被省略。
因外管的壁厚大于2mm，外模具选择壁厚为10mm的钢管作为模具。外约束层9使用水，填充到外模具10和外管8之间，并在轴向的两端密封固定。
装在内部的爆炸焊接炸药2是乳化炸药和中空玻璃微球(质量比为3：1)的混合物。产生的爆速约为2400m/s。将爆炸焊接炸药装入内直径约为28mm，壁厚为2mm，长为300mm的纸筒中，制成爆炸焊接药包。外约束装药11被制成内径为108mm，壁厚为10mm的桶状。
将外部基体结构(包括外模具10、外约束层9和外管8)，内部覆层结构(包括内管6、保护管5)，爆炸焊接药包(包括装药管3和爆炸焊接炸药2)同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中。在外部基体结构的外管8与内部覆层结构的内管6之间的管间间隙7中，通过支撑和密封结构12固定在管间间隙7的两端，使间隙保持均匀且密封，并使用真空泵抽出管间间隙7内的空气并保持密封。
支撑和密封结构12使用的是塑料条并均匀布置密封胶封住管间间隙7避免水(传压介质4)和空气的进入。然后，在爆炸焊接药包的装药管3与内部覆层结构的保护管5之间装满水(传压介质4)。然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药2一端插入雷管1。将外约束炸药11置于已经组装好的装置的外侧，并连入环形起爆设备，环形起爆设备与雷管1的起爆同步。引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
对复合管进行的爆炸焊接检查表明，除两端的支撑和密封结构12造成的非焊接区外，所有爆炸焊接均成功复合。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接装置，其特征在于，所述装置由外到内依次同心设置有：可选地外约束炸药(11)，外模具(10)，可选地外约束层(9)，外管(8)，管间间隙(7)，内管(6)，可选地保护管(5)，传压介质(4)，装药管(3)，爆炸焊接炸药(2)和雷管(1)；在外管(8)与内管(6)之间的管间间隙(7)中，支撑和密封结构(12)固定在管间间隙(7)的两端，使间隙保持均匀且密封。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：管间间隙(7)促进将内管(6)插入外管(8)内的位置；优选地，根据公式SOD＝KSOD1εr来确定内管与外管之间的管间间隙(7)，其中：SOD表示内管与外管之间的直径间隙，单位为m；ε表示内管的断裂应变，无单位数值；r表示内管的平均半径，单位为m；KSOD1为经验系数，无单位数值，KSOD1在0.1至0.7之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：传压介质(4)为水、工业油或饱和吸水树脂；优选地，外部基体结构包括外模具(10)、外约束层(9)和外管(8)，内部覆层结构包括内管(6)和保护管(5)，爆炸焊接药包包括装药管(3)和爆炸焊接炸药(2)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述保护管(5)，与内管(6)通过粘接材料整个表面粘接固定在一起。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：外约束层(9)为带有粘接材料的金属带或纤维带或水；通过外约束层(9)的强度抑制外管(8)的变形。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述外约束炸药(11)，这结构作为补充的外部约束，避免外管(8)在爆炸焊接中膨胀而破裂；所述的爆炸焊接炸药为乳化炸药基质与中空玻璃微球混合物；优选地，所述中空玻璃微球的尺寸为40-100μm，乳化炸药基质与中空玻璃微球的质量比例为3∶1至10∶1。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：外管(8)的外径在10至200mm的范围内；内管(6)在2至150mm范围内的外径，以及在0.1mm至10mm范围内的壁厚。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：内部覆层结构包括内管(6)和保护管(5)；所需的管内覆层大于0.5mm时，通过在保护管(5)与内管(6)之间填充粘接剂组成内部覆层结构，在管内覆层厚度大于1mm时，保护管(5)省略；在管内覆层厚度小于0.5mm时保护管(5)厚度在0.5mm-5mm。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：外管(8)的外壁需要配合外模具(10)的内壁；优选地，内管(6)的壁厚大于复合管内层的厚度Tcoating，复合管内层的厚度Tcoating＝复合管界面处的半径RCI-复合管内层的内半径RC1，外管(8)的壁厚大于复合管外层的厚度Tmatrix，复合管外层的厚度Tmatrix＝复合管外层的外半径RC2-复合管界面处的半径RCI。
10.异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的装置，所述方法包括以下步骤：将外部基体结构，内部覆层结构，爆炸焊接药包同心地由外到内装配，并放入爆炸场地中；在外部基体结构的外管(8)与内部覆层结构的内管(6)之间的管间间隙(7)中，通过支撑和密封结构(12)固定在管间间隙(7)的两端使间隙保持均匀且密封；当复合管的长度大于1m时，应先将管间间隙(7)通过真空泵抽出空气，然后使用支撑和密封结构(12)进行密封；支撑和密封结构(12)使用与间隙尺寸匹配的环状金属或塑料并在其上均匀布置密封胶；然后，在爆炸焊接药包的装药管(3)与内部覆层结构的保护管(5)之间填满传压介质(4)；所述传压介质(4)为水、工业油或饱和的吸水树脂；然后在爆炸焊接药包的爆炸焊接炸药(2)一端插入雷管(1)；将外约束炸药(11)置于已经组装好的装置的外侧，并连入环形起爆设备，环形起爆设备与雷管(1)的起爆同步；引爆炸药，完成爆炸焊接，获得金属复合管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210228304.8A CN114589389A (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210228304.8A CN114589389A (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114589389A true CN114589389A (zh) | 2022-06-07 |
Family
ID=81809014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210228304.8A Pending CN114589389A (zh) | 2022-03-08 | 2022-03-08 | 异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114589389A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115351409A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-18 | 南京理工大学 | 一种适用于硬脆性金属与金属箔的爆炸焊接方法 |
| CN115446442A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-09 | 中国矿业大学 | 稀有难熔金属爆炸焊接复合管材及其反应装置与制备方法 |
Citations (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1345232A (en) * | 1970-07-02 | 1974-01-30 | Asahi Chemical Ind | Method for producing a composite metallic pipe by explosive welding |
| GB1394819A (en) * | 1971-05-03 | 1975-05-21 | Int Research & Dev Co Ltd | Explosive welding of tubular members |
| GB1419665A (en) * | 1972-12-13 | 1975-12-31 | Ultra Centrifuge Nederland Nv | Method for welding a metal pipe to a metal gody by means of an explosive charge |
| GB1521256A (en) * | 1974-08-28 | 1978-08-16 | Int Research & Dev Co Ltd | Explosive welding |
| US5370298A (en) * | 1993-09-22 | 1994-12-06 | International Technologies A/S | Method for explosion welding of joints and an apparatus for joining two pipes by means of explosion welding |
| CN101032783A (zh) * | 2007-04-16 | 2007-09-12 | 束润涛 | 不锈钢－碳钢复合钢管爆炸焊接工艺 |
| CN101474717A (zh) * | 2009-02-16 | 2009-07-08 | 中国人民解放军理工大学工程兵工程学院 | 核电设备复合管件的爆炸焊接工艺 |
| CN101733978A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-16 | 西北有色金属研究院 | 铂铌铜三层金属复合丝及其制备方法 |
| CN102189326A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-09-21 | 南京三邦金属复合材料有限公司 | 钛－铜复合棒的爆炸焊接方法 |
| CN102225493A (zh) * | 2011-06-09 | 2011-10-26 | 安徽工业大学 | 基于激光冲击波技术的金属管连接的方法和装置 |
| CN203007424U (zh) * | 2012-12-11 | 2013-06-19 | 中国石油化工集团公司 | 一种钛阳极电缆接头 |
| CN104307958A (zh) * | 2014-09-02 | 2015-01-28 | 西安交通大学 | 一种炸药爆炸加载方式的金属棒管料下料装置 |
| CN105436689A (zh) * | 2014-08-21 | 2016-03-30 | 中国科学技术大学 | 表面粗糙化管材爆炸压合方法 |
| CN106735836A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-05-31 | 中国科学技术大学 | 一种自约束高能量利用率的爆炸焊接装置 |
| CN108356404A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-08-03 | 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 | 一种钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置及焊接方法 |
| CN111085769A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-01 | 安徽建筑大学 | 一种基于液体炸药的具有负压腔体的爆炸复合管制造工艺 |
| CN112719558A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-30 | 中国科学技术大学 | 一种可用于多层爆炸焊接的能量控制方法 |
| CN112894114A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-04 | 中国科学技术大学 | 一种需加热爆炸焊接工艺中的安全装置及焊接工艺 |
| CN113333936A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-03 | 安徽理工大学 | 一种利用水压在局部真空环境下制备爆炸复合管的方法 |
| CN114131171A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-04 | 中北大学 | 一种双层圆管的爆炸焊接方法 |
-
2022
- 2022-03-08 CN CN202210228304.8A patent/CN114589389A/zh active Pending
Patent Citations (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1345232A (en) * | 1970-07-02 | 1974-01-30 | Asahi Chemical Ind | Method for producing a composite metallic pipe by explosive welding |
| GB1394819A (en) * | 1971-05-03 | 1975-05-21 | Int Research & Dev Co Ltd | Explosive welding of tubular members |
| GB1419665A (en) * | 1972-12-13 | 1975-12-31 | Ultra Centrifuge Nederland Nv | Method for welding a metal pipe to a metal gody by means of an explosive charge |
| GB1521256A (en) * | 1974-08-28 | 1978-08-16 | Int Research & Dev Co Ltd | Explosive welding |
| US5370298A (en) * | 1993-09-22 | 1994-12-06 | International Technologies A/S | Method for explosion welding of joints and an apparatus for joining two pipes by means of explosion welding |
| CN101032783A (zh) * | 2007-04-16 | 2007-09-12 | 束润涛 | 不锈钢－碳钢复合钢管爆炸焊接工艺 |
| CN101474717A (zh) * | 2009-02-16 | 2009-07-08 | 中国人民解放军理工大学工程兵工程学院 | 核电设备复合管件的爆炸焊接工艺 |
| US20100206939A1 (en) * | 2009-02-16 | 2010-08-19 | Wang Yaohua | Explosion welding method |
| CN101733978A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-16 | 西北有色金属研究院 | 铂铌铜三层金属复合丝及其制备方法 |
| CN102189326A (zh) * | 2011-05-27 | 2011-09-21 | 南京三邦金属复合材料有限公司 | 钛－铜复合棒的爆炸焊接方法 |
| CN102225493A (zh) * | 2011-06-09 | 2011-10-26 | 安徽工业大学 | 基于激光冲击波技术的金属管连接的方法和装置 |
| CN203007424U (zh) * | 2012-12-11 | 2013-06-19 | 中国石油化工集团公司 | 一种钛阳极电缆接头 |
| CN105436689A (zh) * | 2014-08-21 | 2016-03-30 | 中国科学技术大学 | 表面粗糙化管材爆炸压合方法 |
| CN104307958A (zh) * | 2014-09-02 | 2015-01-28 | 西安交通大学 | 一种炸药爆炸加载方式的金属棒管料下料装置 |
| CN106735836A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-05-31 | 中国科学技术大学 | 一种自约束高能量利用率的爆炸焊接装置 |
| CN108356404A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-08-03 | 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 | 一种钢-不锈钢矿用瓦斯抽放管爆炸焊接装置及焊接方法 |
| CN111085769A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-01 | 安徽建筑大学 | 一种基于液体炸药的具有负压腔体的爆炸复合管制造工艺 |
| CN112719558A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-30 | 中国科学技术大学 | 一种可用于多层爆炸焊接的能量控制方法 |
| CN112894114A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-04 | 中国科学技术大学 | 一种需加热爆炸焊接工艺中的安全装置及焊接工艺 |
| CN113333936A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-03 | 安徽理工大学 | 一种利用水压在局部真空环境下制备爆炸复合管的方法 |
| CN114131171A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-04 | 中北大学 | 一种双层圆管的爆炸焊接方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| TIAN QICHAO: "Experimental study of Cu/Fe underwater selfconstrained explosive welding tube", SCIENCE AND TECHNOLOGY OF WELDING AND JOINING, vol. 26, no. 7, pages 521 - 527 * |
| 周春华;谭业发;蔡立艮;方虎生;宴俊伟;: "爆炸焊接技术在装备抢修中的应用性分析", 工程爆破, no. 03 * |
| 李雪交;汪泉;黄文尧;毕志雄;马宏昊;沈兆武;: "玻璃微球含量对乳化炸药爆速的影响及蜂窝炸药研究", 爆破, no. 03 * |
| 王宝云, 马东康, 李争显, 杜继红: "内爆炸法制备铝/不锈钢细长双金属复合管的研究", 焊接, no. 09, 25 September 2005 (2005-09-25) * |
| 郑远谋: "爆炸焊接边界效应的力学能量原理", 上海有色金属, no. 01, 15 March 2003 (2003-03-15) * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115351409A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-18 | 南京理工大学 | 一种适用于硬脆性金属与金属箔的爆炸焊接方法 |
| CN115351409B (zh) * | 2022-06-29 | 2024-05-17 | 南京理工大学 | 一种适用于硬脆性金属与金属箔的爆炸焊接方法 |
| CN115446442A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-09 | 中国矿业大学 | 稀有难熔金属爆炸焊接复合管材及其反应装置与制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114589389A (zh) | 异种金属复合管的高波阻抗自约束爆炸焊接方法和装置 | |
| US8033444B2 (en) | Explosion welding with a mold and copper layer | |
| CN111085769B (zh) | 一种基于液体炸药的具有负压腔体的爆炸复合管制造工艺 | |
| US3140537A (en) | Explosive welding process | |
| CN107654748B (zh) | 一种端口增强环内衬塑料管承插式金属管及制作方法 | |
| US4449280A (en) | Explosive tube expansion | |
| CN111692936A (zh) | 岩体控制爆破装置及爆破方法 | |
| CN110860778B (zh) | 一种基于二氧化碳膨胀致裂管制备金属复合管的方法 | |
| CN104948901B (zh) | 具有薄壁金属内衬结构的高温高压气瓶的制造方法 | |
| CN104308353A (zh) | 表面粗糙化棒材爆炸压合方法 | |
| EP0019482A1 (en) | Method of welding metal pipe sections with explosives | |
| RU2537671C1 (ru) | Способ изготовления биметаллических труб сваркой взрывом | |
| CN102179617B (zh) | 复合管接头内外施爆爆炸焊接工艺 | |
| US4518111A (en) | Method of fabricating a bi-metal tube | |
| CN103639584B (zh) | 一种爆炸复合管制造工艺 | |
| CN105436689A (zh) | 表面粗糙化管材爆炸压合方法 | |
| US3744119A (en) | Method for explosively bonding together metal layers and tubes | |
| CN115446442B (zh) | 稀有难熔金属爆炸焊接复合管材及其反应装置与制备方法 | |
| KR100561361B1 (ko) | 소구경 튜브 홀을 가진 열교환기류의 튜브와 튜브시트와의 폭발접합 방법 | |
| RU1541913C (ru) | Способ получения изделий с внутренними полостями сваркой взрывом | |
| CN116423028A (zh) | 一种制备双金属复合管的动态自约束爆炸焊接方法 | |
| NO144872B (no) | Anordning for posisjonering av kjettingleddene i en kjettingstreng. | |
| US4711387A (en) | Method of producing pipes with crack arresters | |
| RU2239528C1 (ru) | Способ получения композиционного материала сталь-медь | |
| CN112229286A (zh) | 一种无装药的传爆装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |