第六章爆炸焊.ppt

1,第六章爆炸焊,2,爆炸焊利用炸药轰炸能量，驱动焊件做高速倾斜碰撞，使其界面实现冶金结合的特种焊接方法。界面没有或仅有少量熔化，无热影响区，属固相焊接。适用广泛，有良好的焊接性和力学性能。主要用于制造金属复合材料和异种金属的焊接。,3,爆炸焊接的特点,1学科上的特点2能源上的特点3工艺上的特点4焊接上的特点6性能上的特点5焊接过渡区上的特点,4,1学科上的特点:界于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺之间的一门边缘学科。2能源上的特点炸药的化学能;这种化学能在爆炸焊接过程中，在炸药-爆炸-金属系统内将发生多次和多种形式的能量的转换、吸收、传递和分配，最后形成金属间的焊接结合。在时间上这个过程以微秒计。3工艺上的特点焊接工艺和操作很简单。,5,4焊接上的特点板与板、板与管、管与管、管与管板、管与棒，以及异型件都可以爆炸焊接。形状复杂的蜂窝结构、数十层和数百层金属箔材爆炸焊接成功了。金属与玻璃、塑料和陶瓷也能爆炸焊接在一起。5焊接过渡区上的特点爆炸焊接双金属和多金属的结合区是基体金属之间的成分、组织和性能的过渡区。直接影响基体金属之间的结合强度和使用性能。其形成原因、经过和结果的研究，是这门学科理论研究的重要组成部分。6性能上的特点爆炸复合材料的结合强度通常与基材中较弱者的强度相当。经受得住后续的校平、转筒、切割、焊接、冲压、旋压、锻压、挤压、拉拔、轧制和热处理，以及爆炸成形等而不会分层和开裂。,6,第一节爆炸焊原理,图6-1复合板的爆炸焊工艺安装示意图a）平行法b）角度法1-雷管2-炸药3-复板4-基板5-基础（地面）-安装角h-间隙,小型试验，平行法和角度法均可，大面积多用平行法.,7,1-炸药2-保护层3-复板4-地面a-基板Vd-炸的爆轰速度Vp-复板向基板的运动速度Vs-撞击点s的移动速度(即焊接速度)-安装角-撞击角Y-弯折角雷管引爆后，爆轰波便以爆轰速度在炸药层中向前传播。爆轰波的能量和迅速膨胀的爆炸产物的能量就向四面八方传播开去。其向下分量传递给复板后，便推动复板高速向下运动。复板在间隙中被加速。最后与基板高速撞击。撞击面上发生金属的塑性变形，使它们紧密接触。接触面上金属的物理性质类似于流体，在撞击点前形成射流，称之为再入射流。“自清理”作用，形成再入射流是爆炸焊的主要机理。,8,撞击速度低于某一临界值时，结合面为直线形。在大多数情况下，结合面为波浪形。,爆炸复合板的波形结合区a)钛-钢：波前漩涡区b)铝-铝：波前和波后漩涡区,9,第二节可爆炸焊金属材料,常温下的破断冲击吸收功不太小时，爆炸后不会脆裂，都可以用爆炸焊法焊接。破断冲击吸收功小的金属材料，采用热爆炸焊方法也能制成复合材料。,10,第三节爆炸焊方法及安装工艺,一、爆炸焊方法：金属材料的形状：板一板，管一管、管一管板、管一棒、异形件以及金属粉末与板的爆炸焊；焊接接头的类型：爆炸搭接、对接、斜接和压接；爆炸焊实施的位置：地面、地下、空中、水下和真空中的爆炸焊；一次、两次和多次爆炸焊、多层爆炸焊，单面和双面爆炸焊，内、外和内外同时进行的爆炸焊，热爆炸焊和冷爆炸焊等。爆炸焊方法的延伸和发展：爆炸焊工艺还可以与常见的金属压力加工工艺联合起来，以生产更大、更长、更粗、更细、和异型的金属复合材料。这种联合是,11,二、爆炸焊安装工艺,1.爆炸大面积复合板时用平行法。此时如用角度法，前端则因间隙距离增加很多，复板过分加速，使其与基板撞击时能量过大。这样会扩大边部打伤打裂的范围，从而减少复合板的有效面积和增加金属的损耗。2.在安装大面积复板时，在平整的金属材料板材安装后中部也会下垂或翘曲，以致与基板表面接触。此时为保证复板下垂位置与基板表面保持一定间隙，可在该处放置一个或几个高度稍小于应有的间隙值的金属片。,12,3.爆炸大面积复合板时，最好用中心起爆法引爆炸药，或者从长边中部引爆炸药。这样可使间隙中气体的排出的路程最短。从而有利于复板和基板的顺利撞击，减少结合区金属熔化的面积和数量。4.为了引爆低爆速炸药和减少雷管区的面积，通常在雷管下放置一定数量的高速炸药。5.为了将边部缺陷引出复合板之外和保证边部质量，通常复板的长、宽尺寸比基板的大2050mm。管与管板爆炸焊时，管材也应有类似的额外伸出量。,13,第四节爆炸焊工艺,一、工艺包括：1.被焊金属材料的准备2.待焊金属材料的清理3.炸药的准备4.安装5.引爆炸药,14,1.被焊金属材料的准备复合的厚度可为0.130mm，基板可为0.1500mm，基板与复板的厚度比一般为1：110：1。基板越厚，基板与复板的厚度比越大，还越容易实现焊接。2.待焊金属材料的清理手工、机械、化学或电化学的方法对金属材料的待结合面进行清洁净化。3.炸药的准备根据工艺和金属材料形状的要求，选择一定品种、状态和数量的炸药。,15,4.安装接好地线、搬走所用的工具和物品，撤离工作人员和在危险区安插警戒旗等。根据药量的多少和有无屏障，设置半径为25m、50m或100m以上的危险区。5.引爆炸药,16,二、爆炸焊工艺参数,主要有：复层与基层金属材料的厚度、长度和宽度尺寸，炸药的品种、状态和数量及其爆炸性能数据，安装后复层和基层之间的间隙距离等。,17,hA（）0.6WeBC（）0.6S0.2h0.5式中h复板与基板之间的间隙距离（cm）；We复板单位面积上布放的炸药量（s/cm2）；复板的密度（g/cm3）；复板的厚度（cm）；S复板金属材料的屈服强度(MPa)；A、B、C计算系数，分别为0.11.0、0.053.0、0.52.5。,18,第五节爆炸焊缺陷,宏观缺陷如下,1.爆炸结合不良2.鼓包3.大面积融化4.表面烧伤5.爆炸变形,6.爆炸脆裂7.雷管区缺陷8.边部打裂9.爆炸打伤,微观缺陷见于复合材料内部，影响焊接复合件的力学性能的不均匀。,19,1.爆炸结合不良指爆炸焊接以后，复层与基层之间全部或大部没有结合，以及即使结合但强度很低的情况。首先应选择低爆速的炸药，其次是使用足够的炸药量和适当的间隙距离，此外，采用中心起爆法等能缩短间隙中气体排除的路程，有利于引爆后气体大部排出。2.鼓包在复合件的局部位置上复层偶尔有凸起，其间充满气体，在敲击下发出空响声。低爆速炸药，最佳药量和最佳间隙值外，重要的是创造良好的排气条件。,20,3.大面积熔化原因：在爆炸焊的过程中，间隙内未被及时排出的气体，在高压下被绝热压缩。大量的绝热压缩气体将其周围金属熔化而形成。采用低爆速炸药和中心起爆法等，主要目的是创造排气条件，不使间隙气体的绝热压缩过程产生。4.表面烧伤指复层表面被爆炸热氧化烧伤的情况，使用低爆热的炸药和采用黄油水玻璃或沥青等保护层，可以防止这一缺陷的发生。,21,6.爆炸脆裂常温下冲击值太小，强度和硬度特别高的金属材料，热爆工艺可以消除。7.雷管区缺陷在雷管引爆的部位，由于能量不足和气体排不出去，而造成复层和基层未能很好结合的缺陷，可用增加附加药包的办法尽量缩小。8.边部打裂由于边界效应而使复层被打伤或打裂的缺陷。原因主要是周边和前端能量过大造成的。减少前端（复合管、棒）或复合板边部的炸药量，增加复合板或复合管的尺寸，或者在厚复合板的待结合面之外的周边刻槽等。9.爆炸打伤撞击复层表面，造成麻坑，凹坑或小沟等缺陷。细化和净化炸药，均匀布药是防止复层表面打伤的主要措施。,22,二、爆炸焊检验,1非破坏性检验1）表面质量检验其目的是对复合件的复层表面及其外观进行质量检查，如打伤、打裂、氧化、烧伤、翘曲度、尺寸公差和其他外观情况等。2）轻敲检验用手锤对复层各个位置逐一轻敲，以其声响来初步判断复合材料的结合情况。3）超声检验其目的是对复合件的结合情况和结合面积进行定量的测定。,23,2破坏性检验,用剪切和弯曲试验来确定钛-钢、不锈钢-钢、铜-钢、镍-钢等复合板的结合强度，用拉伸试验来确定它们的抗拉强度。1)剪切试验2）拉伸试验3）弯曲试验4）显微硬度检验5）金相检验,24,图6-6爆炸态和热轧态钛-钢复合板结合区显微硬度分布曲线,25,第六节爆炸焊应用,例如，钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜、铝、贵金属和不锈钢等，它们在相应的化学介质中有良好的耐蚀性，它们与普通钢组成的复合板已广泛地应用在化工和压力容器中。,1、充分利用金属化学性能的复合材料,26,2、充分发挥金属物理性能的复合材料,例如，热双金属（热力学性能），电力、电子和电化学用双金属（电学性能），音叉双金属（声学性能），蜗轮叶片双金属（耐汽蚀性能），枪（炮）管用双金属（耐烧蚀性能），贵金属复合接点材料（耐电蚀性能），复合超导材料（超导性能），复合磁性材料（磁学性能），以及原子能复合材料（核性能）等,27,3、充分增强和提高金属力学性能的复合材料,例如复合纤维增强材料（抗拉强度显著提高），复合装甲材料（各层具有不同的硬度可显著提高材料抗拒破甲的能力），复合刀具材料（刀刃部分硬度特高），减摩复合材料（内层材料耐摩擦磨损、外层材料承压强度高），比强度和比刚度更高的轻型复合材料（如钛-铝、钛-锂、铝-锂、铝-镁和铝-铍）等。,28,4、其他特殊用途的复合材料,例如三层复合钎料核燃料材料铀和钍的数量少、体积小和强度低，为了提高其刚度和其他目的，将其与铜组成复合材料后作为重离子的靶子而使用之。在美国为了降低或取消三种硬币中银的含量而大量使用爆炸焊接的银铜镍复合材料,29,30,5、过渡接头,异种金属的过渡管接头、板接头和棒接头也是很有技术和经济价值的。,31,第七节爆炸焊安全,注意事项：1.爆炸场地应设置在远离建筑物的地方；2.炸药库管理人员须认真负责，炸药与雷管、导爆索等用品须分类分开运输和存放，出入库要严格管理。3.所有工作人员必须遵守国家有关政策法令，接受工程训练和考核，并取得操作证后方可上岗。4.工艺安装完毕，待所有人员和备