DE4340577C1

DE4340577C1 - Plattiersprengstoffe

Info

Publication number: DE4340577C1
Application number: DE19934340577
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Trautmann
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: DMC DYNAPLAT GMBH & CO KG, 57299 BURBACH, DE
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2013-11-30

Description

Die Erfindung betrifft explosivstofffreie Rezepturen zur Herstellung und Verwendung von Plattiersprengstoffen.

Sprengplattieren ist ein dem Kaltpreßschweißen verwandtes Verfahren. Es macht eine flächige metallische Verbindung gleicher oder unterschiedlicher metallischer Werkstoffe möglich. Diese Verbindung kommt durch einen kurzzeitig einwirkenden sehr hohen Druck zustande, wobei die Metall oberflächen durch plastische Verformung in atomare Ab stände zueinander gebracht werden. In der Bindezone wird im allgemeinen die Schmelztemperatur nicht erreicht. Auf diese Weise lassen sich auch Metalle verbinden, die beim Schmelzschweißen spröde intermetallische Phasen bilden.

Sollen zwei metallische Werkstoffe durch Schweißen mit einander verbunden werden, muß zwischen ihren Oberflächen ein so enger Kontakt erzeugt werden, daß die atomaren Anziehungskräfte wirken können. Voraussetzung ist hierfür die Entfernung der stets vorhandenen Oxidschichten. Beim Sprengschweißen erfolgt der Kontakt der beiden Metalle unter wesentlich höherem Druck und mit sehr viel größerer Geschwindigkeit als bei den herkömmlichen Schweißver fahren. Zur Erzeugung des Druckes dient die Detonation eines Sprengstoffes. Voraussetzung für das Zustandekommen einer Sprengverschweißung ist, daß die beiden zu verbin denden Oberflächen mit mehr als 100 m/s Geschwindigkeit zusammenschlagen, und zwar nicht senkrecht, sondern unter einem kleinen Winkel von etwa 2 bis 25°. Es ist deshalb ein Merkmal des Verfahrens, daß die Werkstücke vor der Verschweißung in einem kleinen Abstand voneinander ange ordnet werden, der als Beschleunigungsweg dienen kann. Auf dem oberen metallischen Werkstück befindet sich in direktem Kontakt eine Sprengstoffschicht. Sie wird von einer Seitenlinie oder von einem Punkt am Rande aus mit einem Detonator gezündet. Von der Zündstelle ausgehend setzen sich nun die ursprünglich festen oder flüssigen Bestandteile des Sprengstoffes in gasförmige Reaktions produkte um. Dies geschieht innerhalb von 10^-6 s in der sogenannten Detonationszone, die sich mit hoher Geschwin digkeit durch den Sprengstoff bewegt. Je nach Sprengstoff kann diese Detonationsgeschwindigkeit zwischen 1200 und 8000 m/s liegen. Gleichzeitig werden in der Detonations zone sehr hohe Temperaturen (3200 bis 6300 K) und Drücke von 30 000 bis 300 000 bar erzeugt. Das obere Werkstück wird innerhalb weniger Millimeter auf Geschwindigkeiten zwischen 100 und 1000 m/s beschleunigt; beim Aufschlag auf das untere Werkstück findet dann die Verschweißung statt.

Der Plattiersprengstoff besteht im allgemeinen aus einer Mischung von hochbrisantem Sprengstoff, wie beispiels weise TNT, RDX oder PETN, Ammoniumnitrat, Holzmehl und einem Moderator, der als Bremsmittel dient, wofür bei spielsweise Kochsalz oder Quarzsand eingesetzt wird. Bei der Herstellung dieser Plattiersprengstoffe müssen wegen des Einsatzes der hochbrisanten Komponenten umfangreiche Arbeitsschutzmaßnahmen beachtet werden. Dies gilt insbe sondere beim Einsatz von TNT, da dieser Stoff mit begrün detem Verdacht auf krebserzeugendes Potential in die Gruppe III B gemäß der Gefahrstoffverordnung eingestuft worden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, Plattiersprengstoffe ohne explosionsgefährliche Bestand teile bereitzustellen.

Gelöst wurde die Aufgabe erfindungsgemäß durch den Ein satz von Mikrohohlkügelchen anstelle des explosionsge fährlichen Bestandteils unter gleichzeitiger Anhebung des Anteils an Ammoniumnitrat und des Brennstoffgehalts. Als Mikrohohlkugeln lassen sich beispielsweise Kunststoff- oder Glashohlkugeln einsetzen. Der Anteil der Mikrohohl kugeln kann von 1 bis 10 Gew.-% variieren. Vorzugsweise werden 1 bis 3 Gew.-% eingesetzt. Der Anteil des Ammo niumnitrats kann von 50 bis 90 Gew.-% variieren. Vorzugs weise werden 60 bis 70 Gew.-% eingesetzt. Als Brennstoff im weitesten Sinne sind feinverteilte kohlenstoffhaltige Substanzen zu verstehen. Beispielsweise wird dem Spreng stoff Öl, vorzugsweise Spindel- oder Mineralöl, verbrenn bare pflanzliche Komponenten wie Pflanzenmehl, vorzugs weise Holzmehl, sowie Kunststoffe oder Mischungen dieser Stoffe in Mengen von bis zu 10 Gew.-% beigefügt. Die Reduzierung der Detonationsgeschwindigkeit kann mit tels eines Moderators, beispielsweise durch Kochsalz, Quarzsand oder anderen an sich bekannten Inertstoffen er reicht werden. Die einzusetzenden Mengen richten sich nach der Menge an Ammoniumnitrat und nach dem Anteil an Mikrohohlkugeln. Im allgemeinen bewegen sie sich im Be reich von 6 bis 30 Gew.-%. Als Fließhilfsmittel kann Kieselsäure, Zinkoxidstearat und/oder Tonerde in Mengen von 0,1 bis 1 Gew.-% zugesetzt werden. Durch die erfin dungsgemäßen Rezepturen können Detonationsgeschwindigkei ten zwischen 1000 und 3000 m/s erzielt werden. Herge stellt wird der erfindungsgemäße Sprengstoff durch bloßes Vermischen der einzelnen Bestandteile. Besondere Arbeits schutzmaßnahmen sind nicht erforderlich.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind im einzelnen:

Plattiersprengstoffe, die aus Ammoniumnitrat, verbrenn baren Bestandteilen (Brennstoffen), Mikrohohlkugeln, Mo deratoren zur Einstellung der Detonationsgeschwindigkeit und gegebenenfalls Fließhilfsmittel bestehen, wobei als Brennstoffe kohlenstoffhaltige Substanzen, als Moderato ren vorzugsweise Quarzsand oder Kochsalz und als Fließ hilfsmittel Kieselsäure, Zinkoxidstearat und/oder Tonerde eingesetzt werden können. Bevorzugt sind Plattierspreng stoffe, die folgendermaßen zusammengesetzt sind

Ammoniumnitrat
50 bis 90 Gew.-%
Mikrohohlkugeln	1 bis 10 Gew.-%
Moderator	6 bis 30 Gew.-%
Brennstoff	3 bis 10 Gew.-%

Besonders bevorzugt sind Plattiersprengstoffe aus einer Mischung aus

Ammoniumnitrat
68,5 Gew.-%
Glasmikrohohlkugeln	2,2 Gew.-%
Kochsalz	24,0 Gew.-%
Mineralöl	1,5 Gew.-%
Pflanzenmehl	3,3 Gew.-%
Tonerde	0,5 Gew.-%

oder

Ammoniumnitrat
69,2 Gew.-%
Kunststoffmikrohohlkugeln	1,5 Gew. -%
Kochsalz	24,0 Gew.-%
Pflanzenmehl	3,3 Gew.-%
Tonerde	0,5 Gew.-%

Verwendung finden diese Plattiersprengstoffe zum Spreng plattieren oder zum Sprengschweißen.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie einzuschränken. Bei diesen Versuchen wurde ein Plattiersprengstoff eingesetzt, der folgen dermaßen zusammengesetzt war:

Mit diesem Sprengstoff wurden Sprengplattierungen aus 6 mm Kupfer auf 15 mm Aluminium in den Formaten 1000×2000 mm durchgeführt. Der Sprengstoff wurde mit einer Schichtdicke von 30 mm aufgetragen und mit einem elektrischen Zünder gezündet. Der gesamte Sprengstoff detonierte einwandfrei durch. Die Bindungsqualität der Platten war gut und entsprach der mit dem Plattier sprengstoff auf Basis Ammoniumnitrat/TNT/-Kochsalz.

Selbst die Plattierung von Titan auf Stahl, eine Kom bination, die des öfteren Schwierigkeiten bezüglich der Haftfestigkeit bereitet, verlief mit dem erfindungs gemäßen Plattiersprengstoff ohne Probleme. Ein 6 mm dic kes Titanblech wurde auf 40 mm Stahl im Format 1000×2000 mm in 60 mm Schichtdicke mit dem erfindungs gemäßen Plattiersprengstoff aufplattiert. Die Haftung war auf der gesamten Fläche gut.

Durch die vorliegende Erfindung ist es erstmals möglich, metallische Werkstoffe ohne Einsatz hochbrisanter Spreng stoffe durch Sprengplattieren miteinander zu verbinden. Ebenfalls möglich ist erstmals die Verbindung metalli scher Werkstoffe durch Sprengschweißen ohne Einsatz hoch brisanter Sprengstoffe. Durch den Verzicht auf hochbri sante Sprengstoffe wird es damit möglich, bei der Her stellung und Verwendung des Plattiersprengstoffes auf um fangreiche Arbeitsschutzmaßnahmen zu verzichten.

Claims

1. Plattiersprengstoff, dadurch gekenn zeichnet, daß er aus Ammoniumnitrat, Brenn stoff, Mikrohohlkugeln und Moderatoren zur Einstel lung der Detonationsgeschwindigkeit besteht.

2. Plattiersprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Moderator Quarzsand oder Kochsalz ist.

3. Plattiersprengstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff aus Öl, verbrenn baren pflanzlichen Bestandteilen oder Kunst stoffen besteht.

4. Plattiersprengstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Glas- oder Kunststoffhohlkugeln als Mikrohohlkugeln enthält.

5. Plattiersprengstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich mindestens ein Fließhilfsmittel aus der Gruppe Kie selsäure, Zinkoxidstearat oder Tonerde enthält.

6. Plattiersprengstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusammengesetzt ist aus Ammoniumnitrat 50 bis 90 Gew.-% Mikrohohlkugeln 1 bis 10 Gew.-% Moderator 6 bis 30 Gew.-% Brennstoff 3 bis 10 Gew.-%

7. Plattiersprengstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusammengesetzt ist aus Ammoniumnitrat 68,5 Gew.-% Glasmikrohohlkugeln 2,2 Gew.-% Kochsalz 24,0 Gew.-% Mineralöl 1,5 Gew.-% Pflanzenmehl 3,3 Gew.-% Tonerde 0,5 Gew.-%

8. Plattiersprengstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusammengesetzt ist aus Ammoniumnitrat 69,2 Gew.-% Kunststoffmikrohohlkugeln 1,5 Gew. -% Kochsalz 24,0 Gew.-% Pflanzenmehl 3,3 Gew.-% Tonerde 0,5 Gew.-%