CN1611424A - 无模爆炸成形多层金属球型防爆容器技术 - Google Patents

Abstract

社会治安形式严峻，各种形式的爆炸犯罪在不同场合进行破坏的案件屡有发生；为此，各国政府负责公共安全的部门想尽各种办法加强安全防护；其中将防爆毯、防爆围栏、防爆桶、防爆球放在公共场所，预防犯罪份子的爆炸破坏，保护人民的生命安全和周围的设施免遭损害，是安全部门普遍采用的有效防范措施。本发明涉及的是金属球型防爆容器制造领域里，薄板多层金属材料无模爆炸成形的球型防爆容器制造技术；采用本发明所生产的多层金属球型防爆容器，其生产成本仅为传统技术制造的单层金属球型防爆容器的1/50，生产周期的1/100，其防护性能也大大优于目前其他防爆器材。

Description

无模爆炸成形多层金属球型防爆容器技术

(一).技术领域

本发明涉及的是金属球型防爆容器制造领域里，薄板多层金属材料无模爆炸成形的球型防爆容器技术。采用该技术生产的多层金属球型防爆容器，可广泛用于防止炸药一类危险品发生爆炸时造成对周围人员与建筑损害的防护上。

(二).背景技术

社会综合治安形势越来越严峻，各种形式的爆炸犯罪在不同场合进行破坏屡有发生。针对这一现象，各国政府负责公共安全的部门想尽各种办法加强安全防护已提到了整个议事日程。

采用防爆毯、防爆围栏、防爆桶、防爆球放在公共场所预防犯罪份子的爆炸破坏，保护人民的生命安全和周围的设施免遭损害，是当前各国政府负责安全部门普遍采用的一种有效的防范措施。但上述产品在应用过程中所反应出的问题是：

1.防爆毯和防爆围栏

防爆毯和防爆围栏在通常情况下都是将二者结合起来使用。其防爆级别较低，一般在70-140克TNT左右。在实际使用过程中要分几个步骤才能完成，将危险物封防护住过程复杂。见《中国安全防范行业网》WWW.21 CSP.COM.CN

2.防爆桶

防爆桶与防爆毯和防爆围栏相比的优点是，防爆级别有所提高、操作方便，其防爆级别一般在500-1000克TNT左右。但是防爆桶在使用过程中爆炸物会从桶口飞溅出来伤人，其自身重量与防爆能力之比过大，一般防爆级别在1000克的防爆桶自重大约在2吨左右。见《中国安全防范行业网》WWW.21CSP.COM.CN

3.单层厚壁防爆球

与上述产品相比较，近年来美国生产的单层厚壁防爆球，可以说是代表了此前防止炸药一类危险品发生爆炸时造成对周围人员与建筑损害的防护器材上的较高级别产品。单层厚壁防爆球具有的防爆能力大大高于防爆桶、防爆毯和防爆围栏，操作方便，其防爆级别一般在1000-4000克TNT之间。在使用过程中爆炸物不会从桶口飞溅出来伤人，其自身重量与防爆能力之比，较防爆桶有所降低，其自身重量与防爆能力之比减少，一般4000克TNT防爆级别的防爆球自重大约在1.5吨左右。

目前生产单层厚壁防爆球的方法是热压法：这种方法是首先是将材料下料成圆形板，再用重型油压机通过模具将圆板压制下成一定尺寸规格的半球，最后将两个半球组焊成球体。这种方法的缺点是必须使用重型油压机和模具、工装等设备；由于单层厚壁防爆球的厚度通常在30毫米以上，所使用的材料又必须是高强钢，所以即使是采用重型油压机压制，也必须是先将金属板加热之后才能压制，否则很难成型；但是热压的结果又会造成，金属板经过加热材料表面会产生严重的氧化层、合金烧损、材料强度下降、金属材料塑性损耗超过20％以上等一系列的问题。另外，对30毫米厚的金属板进行焊接，其焊逢会产生很大的焊接应力，焊接缺陷也很难避免，球体焊接后的无损检测和对球体整体进行热处理是十分必要的。由于球体是采用单层板制造，一但产生焊接等缺陷都将是致命的。而且这种技术计算复杂、加工难度大，重型油压机、模具和工装价格昂贵。此外，用这种方法不易扩大或缩小球壳直径。见GB150-89和GB12337-90；1991年第三期《压力容器》中介绍到的由于工艺难度大到目前为止只有美国能够生产这种单层厚壁防爆球。由于上述原因，中国北京市公安局和沈阳市公安局从美国进口的两台防爆当量为4000克的单层厚壁防爆球，每台的售价格70万美金。

(三).发明内容

本发明的目的：克服上述现有技术的缺点，提出一种新的无模高能整体成形多层厚壁金属防爆球技术。其特征在于：该技术首先是将具有良好冲击轫性和强度、材料厚度在3毫米以下的不锈钢类材质，下料成一定尺寸和形状的板料，并将其卷制成圆柱体和锥台体(或者全部为锥台体)再将其分层组焊成多层球内接多面壳体，保证每层之间具有一定的间隙量；壳体的大小与层数与所设计的防爆当量和容积要求有关；将水灌入焊好的壳体内，而后将一定参数的炸药放在壳体内计算好的位置上，通过水将炸药爆炸时产生的能量传递给金属板，使具有多层金属壳体在炸药的作用下无摸成形为球体。由此首先得到多层材料贴合的多层厚壁容器；在金属球体下1/5--2/5处钻开一定数量和直径的卸压孔；在金属球体上半部适当位置，开具与球体有适当比例的爆炸物放入孔，放入孔上加设防爆盖；并在金属防爆球体内部几何中心处固定一个危险品放置网架；球体外底部安装具有减震作用材料制造的减震支座。

该技术具有以下特点：①克服了采用单层金属材料生产的防爆球，壳体壁厚通常在30毫米以上，所使用的材料又必须是高强钢，采用重型油压机压制之前必须是先将金属板加热之后才能压制，而造成的金属板经过加热其表面会产生氧化层、合金烧损、材料强度下降等一系列的问题。因为，采用无模高能整体成形多层厚壁金属防爆球技术生产的防爆球，其每层材料厚度小于3毫米，球体成型过程不需要压制，更不需要加热，所以采用无模高能整体成形多层厚壁金属防爆球技术生产的防爆球表面完全保持金属材料的原始状态；②不需要油压机、模具和加热炉，即可生产壁厚任意、球壳直径任意、防爆当量任意的厚壁防爆球，使采用无模高能整体成形多层厚壁金属防爆球技术生产的防爆球生产成本只有老技术的1/50，生产周期的1/100；③球体成形时金属性能不受影响，材料的塑性指标没有下降；④成形过程还可以消除焊接应力，改善球壳的焊缝受力情况；采用该技术生产的防爆球，不但可以将其应力消除，而且还可使焊缝表面均存在着一定数值的压应力，我们把这种防爆球称之为“自增强防爆球”，在保证材料的塑性不变的前提下，有效地提高了球罐的抗拉强度和抗冲击的能力；⑤球壳壁厚减薄量小，用水作传压介质可使成形后的球壳表面质量保持材料再被加工之前的良好状态；⑥采用无模高能整体成形多层厚壁金属防爆球技术生产的防爆球，由于采用的是薄板和经过严格计算的多层结构形所以，在制造中不但克服了原由技术的许多不能避免的致命缺陷，而且大大地简化了防爆球的加工难度。关键的是多层防爆球在使用过程中，是通过金属材料的逐层变形和运动，以化正为零、以柔克刚的方式来消耗爆炸物爆炸时产生的巨大破坏力，这样做的结果不但克服了单层金属材料防爆球，在抵抗爆炸物爆炸时硬碰硬的阻止破坏力的破坏方式。经过计算和实验比较在相同材质相同壁厚、相同直径的前提下，多层防爆球的防爆能力高于单层防爆球的防爆能力40％以上，所以在相同防爆能力下，多层防爆球的自身重量比单层防爆球的重量减少36％。例如：防爆当量4000克黑索金的单层防爆球，其壁厚是36毫米；而相同防爆当量的多层防爆球的壁厚仅为20毫米。多层防爆球不但降低了重量而且大大地降低了成本；在多层防爆球的每层金属板之间都保持了一定的间隙，其抗爆减压原理是可以解释为：当外力作用在物体上时，可以使物体发生运动和变形，与此同时外力会被减弱吸收。当第一层金属材料在外力作用下发生变形时，会吸收消耗掉相当一部分外部冲击力，同时第一层的金属板在外力的作用下又会与第二层的金属板发生接触和撞击；第二层的金属板在外力的作用下，又会重复发生第一层金属板受力后所发生的现象，此时，强大的外部冲击力会陡降下来。依次类推最终，直至将全部冲击力消耗完当。⑦薄板焊接不但降低了焊接难度，而且不会产生应力，当把每层的材料焊逢完全错开时，还会十分有效地将焊逢热影响区的强度薄弱区域分散开，所以多层防爆球的强度可直接取材料的强度值。而单层的防爆球的强度却只能以球体强度最低的焊接热影响区的强度值为防爆球的最高强度值；利用廉价的炸药作为能源，节省了其他能源，使生产成本进一步降低；⑧.生产所需设备简单，中小型容器制造厂均具备式，生产条件，并适合现场施工和安装。采用本发明所生产的无模爆炸成形多层金属球型防爆容器，其生产成本仅为传统技术制造的金属球型防爆容器的1/50，生产周期的1/100。外观新颖，通常防爆级可在0.1-100公斤TNT炸药的爆炸；能够将爆炸物完全扼制在球体内，无飞溅物。在防爆领域中有着十分广阔的应用前景。由于成本低，使其广泛应用成为可能。

(四)附图说明

附图1是利用无模爆炸成形多层金属球型防爆容器技术生产的防爆容器。附图2为本发明技术实施过程中的说明图。

(五)具体实施方式

本发明可以按以下过程实现：①.将厚度小于3毫米的金属板料，经计算分别下料为卷制一节圆柱体所需的矩形料和若干块卷制成锥台体的扇形料(也可以将金属板全部下料成若干块卷制成锥台体所需的扇形料)，而后根据设计结构的要求先将卷制好的金属板组焊成一个球内接多面体，再将第二层、第三层.....的金属依次组焊在前一层的球内接多面体金属壳体的外端。由此首先得到一个由多层金属材料分层组成的多层球内接多面体，例如附图2中(6)、(8)、(12)、(13)；②.用多组，(每组是两个金属圆板)分别封住每个同层壳体两端，例如附图2中的(3)、(4)、(10)、(11)并在上层金属圆板上开一一定尺寸规格的圆孔，金属圆板的层数与壳体的层数和顺序相同；③.在壳体最里一层金属圆板的内表面加焊一块加强工艺板，例如附图2中(5)；④.在壳体上端钻制一个工艺孔，并将水通过该工艺孔把壳体灌满，水的作用是作为传压介质，例如附图2中(9)；⑤.把经过严格计算后的一定参数的炸药，例如附图2中(7)通过炸药架，例如附图2中(2)，定位于壳体内；⑥.经过电线例如附图2中(1)，给雷管通电使其爆炸，雷管爆炸引爆炸药，由此产生多层球内接多面体成形为球体所需要的能量。经过消除成形前壳体焊接应力、球体成形和校形等过程，最终得到多层金属球型防爆容器，例如附图2中(14)；⑧在金属球体下1/5--2/5处钻开一定数量和直径的卸压孔，例如附图2中(15)；⑨转动成型后球体，将无摸爆炸时用于灌水和放置炸药的工艺孔加工为爆炸物放置孔，其位置在金属球体上半部适当位置，爆炸物放入孔上加设防爆盖，例如附图2中(16)；⑩并在金属防爆球体内部几何中心处固定一个危险品放置网架，例如附图2中(17)；球体外底部安装具有减震作用材料制造的减震支座，例如附图2中(18)。

采用无模爆炸成形多层金属球型防爆容器技术成形球体时，n层金属板所需要的金属变形能U，应与炸药爆炸时产生的能量E相等：

                    U＝nE

由能量的观点，就是把炸药包提供的爆炸能转变成每一层金属钢板的变形应变能或塑性功。对于n层金属板，质量为W的炸药包其总能量为E：

               E＝nWe

e：炸药的比能，即炸药单位质量所释放出的总能量。而实际上炸药包传递到n层金属板的壳体的总能量应该是Et，即：

                     U＝nEt

                     Et＝ηWe

η：炸药能量的传递效率。用水做传压介质时，η＝55％，此时：

                     Et＝55％We

                     U＝55％nWe

U是与成形的球体时所使用的金属材料种类、材料的机械性能以及的球壳的几何直径、壁厚以及每一次炸药爆炸时的目的(如：消除壳体焊接应力、球体成形和校形)等诸多因素有关。经过大量的理论计算和试验，这里所需要的炸药质量下限W，可按下面公式计算出：

$W=\frac{\mathrm{Kn\Φ}2\mathrm{\δ}}{\mathrm{\ηe}}$

W：无模爆炸整体成形单层球壳容器时所需要的炸药质量的下限；

Kn：是一个与成形球类容器时所使用的金属材料种类、材料的机械性能以及的球类容器的几何直径、壁厚以及每一次炸药爆炸时的目的，诸多因素有关的修正系数。可通过理论计算和模型实验总结出；

Φ：球类容器的直径；

δ：球类容器的壁厚；

η：炸药能量的传递效率，η＝55％；

e：炸药的比能量。当使用的炸药为TNT或C-4时，其e为：

                  TNT：e＝393Kg.m/g

                  C-4：e＝527Kg.m/g

经过消除成形前壳体焊接应力、球体成形和校形等过程后得到多层金属球型防爆容器的内层球体。

经过国家权威部门的试验检测，证明了该技术的可行性和先进性。所生产出的产品均达到了相应的行业标准，创造了可喜的经济效益与社会效益。

Claims (5)

1.一种用于防止炸药一类危险品发生爆炸时，造成对周围人员与建筑损害的无模爆炸成形多层金属球型防爆容器制造技术；由多层金属薄板材料，经无模整体爆炸成形的球体、在金属球体下1/5--2/5处钻开一定数量和直径的卸压孔、在金属球体上半部适当位置，开具与球体有适当比例的爆炸物放入孔，放入孔上加设防爆盖、金属防爆球体内部几何中心处固定一个危险品放置网架、金属球体外底部安装减震支座等主要部件所组成。

2.根据权利要求书1所述的多层金属薄板材料无模爆炸成形的球体，是将具有高塑性、高抗冲击性、厚度通常小于3毫米的金属材料，下料成一定规格的板料，将其分层组焊成多层球内接多面壳体，再将一定参数的炸药放在壳体内规定的位置上，被控制引报的炸药，炸药爆炸时产生的能量通过水逐层传递给金属板，由此得到无模爆炸成形多层金属球体，球体的大小与金属板的种类、层数和所需的防爆能力和外观尺寸要求相关。

3.根据权利要求书1所述的多层金属薄板材料无模爆炸成形的防爆球体下1/5--2/5处，钻有一定数量和直径的卸压孔。

4.根据权利要求书1所述的多层金属薄板材料无模爆炸成形的防爆球体内部安装危险品放置支撑网架。

5.根据权利要求书1所述的多层金属薄板材料无模爆炸成形的球体外底部，安装具有减震作用材料制造的减震支座。