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爆炸焊基本原理和应用

发布日期:2020-08-20 11:32 作者:南通棋牌 点击:

  爆炸焊基本原理和应用_物理_自然科学_专业资料。1、原理 爆炸焊 爆炸焊是以炸药作为能源进行金属焊接的 方法,利用炸药爆轰的能量,使被焊金属表面 发生高速倾斜撞击,在撞击面上造成一薄层金 属的塑性变形、适量熔化和原子间的相互扩散 等,同种或异种

  1、原理 爆炸焊 爆炸焊是以炸药作为能源进行金属焊接的 方法,利用炸药爆轰的能量,使被焊金属表面 发生高速倾斜撞击,在撞击面上造成一薄层金 属的塑性变形、适量熔化和原子间的相互扩散 等,同种或异种金属就在这短暂的爆炸过程中 形成结合。 1 爆炸焊的发展 爆炸焊接是Carl在1944年首先提出来的,他第一个 观察到了由炸药爆轰引起的材料在高速碰撞下的固相焊 接,于是提出了利用爆炸和超声波技术把各种金属焊接 在一起的设想。 随后美国的Philipchuk V第1次把爆炸焊接技术引入 到实际工业中,成功地实现了铝与钢之间的爆炸焊接。 到20世纪60年代初期,英国、前苏联、联邦德国、 捷克、日本等国也相继开展了对爆炸焊接技术和理论的 研究,使该项技术日趋成熟。 2 爆炸焊的发展 同时,我国也有少数人开始从事爆炸焊接方面的 实验及其理论研究,1968年大连造船厂陈火金等试制 成功了国内第1块爆炸复合板。随着工业的发展,越来 越多的工程需用优质的不锈钢材或各种稀有金属加工 成的耐腐蚀、耐高温、耐磨的部件,这极大地推动了 爆炸焊接技术的发展。特别是20世纪80年代以来,爆 炸焊接理论和实验技术得到了长足的发展,应用技术 也有了许多创新,使得该技术在化工、石油、制药、 造船、军事,甚至核工业、航空航天等领域都有广泛 的应用。 3 2、爆炸焊的分类 按照被焊接件初始安装方式不同,爆炸 焊可以分为平行法和角度法: ? 平行法 4 ? 角度法 2、爆炸焊的分类 5 2、爆炸焊的分类 ?按照接头形式和结合区形状不同,爆炸焊分为 点爆炸焊、线爆炸焊和面爆炸焊; ?按爆炸焊实施位置可分为地面、地下、空中、 水下和真空中的爆炸焊; ?按产品形状可分为板一板、管一管、管一板、 管一棒、金属粉末一板爆炸焊等; 6 2、爆炸焊的分类 ?按爆炸的次数可分为一次、二次或多次爆炸 焊,因此有双层和多层爆炸焊之分; ?按布药特点可分为单面和双面爆炸焊,或从 内、外或内外同时进行的爆炸焊; ?按焊件是否预冷或预热分为冷爆炸焊和热爆 炸焊。 7 3、爆炸焊的特点 (1) 可实现同种及异种金属材料的连接; (2) 可焊接的尺寸范围宽(可焊面积13~28m2); (3) 可进行双层、多层板的焊接; (4) 工艺简单,不需复杂设备,投资少,应用方便;优点 (5) 不需填充金属,可节省贵重金属; (6) 表面清理要求不高,需简单清除氧化皮和油污, (7) 被焊的金属材料必须具有足够的韧性和抗冲击能 力以承受爆炸力的剧烈碰撞; (8) 爆炸焊时金属产生喷射,仅用于平面和柱面的焊不足 接,不适合复杂结构焊接; (9) 野外露天作业,机械化程度低,劳动条件差; (10) 产生噪声和气浪,对周围环境有影响。 8 4、爆炸焊的焊接过程 9 5、爆炸焊结合面的形态 (1)直线结合 形成直线结合与波状结合之间有一个临界碰撞速 度,当碰撞速度低于这个临界速度时,结合面就呈直线 结合状态,直线结合面上不发生熔化。这种结合形式 没有得到实际应用,因为当碰撞条件发生微小变化就 会引起未熔合缺陷。 10 (2)波状结合 当碰撞速度高于临界值时,就会形成波状结合。这 种结合的力学性能比直线结合好,而且焊接参数选择范 围宽。整个界面是由直线结合区和漩涡区组成,良好的 焊接结合面应由均匀细小的波纹组成,熔化槽呈孤立隔 离状态。 基板为12NiCrMoV钢﹐覆板为B30(白1铜1 ) (3)直线熔化层结合 当撞击速度和角度过大就会产生大漩涡,甚至形成 一个连续的熔化层。这种大漩涡或熔化层如果是固溶体, 一般不会对接头强度带来损害.但如果形成脆性金属间 化合物,则接头就会变脆,而且在其内部常常含有大量 缩孔和其他缺陷,所以必须避免能形成连续熔化层的焊 接操作。 12 6、爆炸焊工艺 (1)接头形式 主要有搭接和对接两种 13 14 15 16 6、爆炸焊工艺 (2)表面清理 ①砂轮打磨 主要用于钢材表面清理。 ②喷砂或喷丸 用于要求不高的钢材表面清理。 ③化学清洗 铜及铜合金、钛合金等主要用酸洗作表面清理; 铝及铝合金主要用碱洗清理。 17 ④砂布或钢丝刷打磨 用于不锈钢等表面清理。 ⑤机械加工法如车,铣、刨、磨等. 用于要求较高的厚钢板、钢锻件或特殊表面的清 理。 最好是当天清理工件,当天就进行爆炸焊。若当 天不能进行焊接,则应对工件进行油封,爆炸焊前再 用丙酮等将工件擦拭干净。 18 (3)注意事项(以平板为例) ①爆炸大面积复合板时最好采用平行法,若用角度法则 在间隙增大的复板过分加速,使其与基板碰撞时能量过 大、会扩大边部打伤或打裂的范围,从而减少复合板有 效面积和增加金属损耗。 ②在安装大面积复板时,为了保证复板下垂部位与基板 表面保持一定间隙,可在该处放置一个或几个稍小于应 有间隙值的金属片。当基板较薄时,需用一个质量大的 砧座均匀地支托,以减小挠曲。 19 ③采用合适的起爆方法 如端部引爆、边缘线引爆、中心引爆和四周引爆等, 以保证整个界面获得良好的结合。对于大面积复合板 最好用中心引爆或者从长边中部引爆,这样以使间隙 中气体的排出路程最短,有利于板和板的撞击,减少 结合区金属熔化的面积和数量。 ④为了引爆低速炸药和减少雷管区的面积,常在雷管下 放置一定数量的高爆速炸药。 ⑤为了将边部缺陷引出复合板之外,并保证边部质量, 常使复板的长、宽尺寸比基板大20~50mm。管与管板 爆炸焊时,管材也应有类似的额外伸出量。 20 ⑥为了防止烧伤、压痕、起皮、撕裂等缺陷,常用橡 皮、软塑料、有机玻璃、油毡等作炸药与基板之间的 缓冲层。 下面是典型构件爆炸焊的安装示意图 21 22 23 24 7、爆炸焊的应用及缺陷检验 (1)爆炸焊的适用范围 目前已用于石油、化工、造船、原子能、 宇航、冶金、运输和机械制造等工业部门,在 具体应用上可以用于金属包复或制造双金属板、 使其表面或复层具有某种特殊的性能;也可以用 于制造各种过渡接头,使其具有良好的力学性 能、导电性能和抗腐蚀性能等。 25 7、爆炸焊的应用及缺陷检验 (2)爆炸焊的产品结构 ①复合平板 ②圆柱(锥)体的内或外包覆 对于圆棒或实心圆锥体可以进行外包覆,对圆管 或筒体之类产品可以根据需要进行内或外包覆,以获 得具有特殊性能(如耐蚀、耐高温、耐磨等的包覆表面。 这种爆炸焊工艺可以生产双金属构件,也可用作修复 易损构件。 26 ③生产过渡接头 两种冶金上不相容的金属进行熔焊十分困难,而 爆炸焊却为异种金属或在冶金上不相容的金属之间实 现高强度的冶金结合提供了一种良好的方法。因此, 首先利用爆炸焊接方法把两不相容金属焊在一起,使 之形成过渡接头,以此过渡接头再用普通熔焊方法, 分别去与产品上同种金属或焊接性相近的金属(母材) 进行焊接。 27 ④管子与管板焊接 热交换器中管子与管 板之间的焊接,可以采用 内圆柱面包复爆炸焊工艺 进行生产。 28 ⑤利用爆炸焊焊接复杂的曲面结构 爆炸焊与爆炸成形往往同时完成 29 ⑥各行业的应用 a 汽车行业 在汽车、拖拉机、飞机和重型机械内,大量使 用摩擦材料制成的轴承、轴瓦和轴套等零件。近几 年,用爆炸焊接加轧制工艺开发和生产了汽车空调 器用的三层铝合金复合钎料。这种铝合金复合钎料 (箔卷材)国内外都用轧制复合工艺生产,将其改用 爆炸焊接加轧制法后,不仅产品的质量和成材率高, 而且成本低。用爆炸焊接法可制造连接汽车拉杆用 的铜一铝过渡接头。在西班牙,用爆炸焊接法已研 制成功Land Rover汽车的某些零件。 30 b 宇航、军工、化工 宇宙火箭上各种形状的大型铝制舱壁、压力容 器上的圆盖、锅炉的顶板、热交换器中的凸状通风 板以及铝制大型反射器等,都用得着爆炸成型技术。 利用爆炸办法可以把石墨炭粉在高压下变成金刚石 粉。爆炸焊接的用途同样是多种多样的,例如利用 铜一钢复合板焊接轮船或军舰上的部件可以收到高 强度、耐海水腐蚀的效果;用紫铜棒外面焊一层很 薄的钛管作电极棒材料,可使化工厂电极槽中的电 极棒具有良好的导电性和抗腐蚀性;利用钢板和钛 板焊接在一起的管板再与钛管焊接起来做的热交换 器,比用常规焊接方法制成的热交换器具有无可比 拟的优点。 31 c 金属腐蚀与防护 钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜、铝、镍、贵金 属和不锈钢等,它们在相应的化学介质和条件下有 良好的耐蚀性,它们与普通钢组成的复合构件既有 上述金属薄复层的优良的耐蚀性,又有厚基层钢高 强度的特点,而其成本仅为复层金属的1/2~1/5。 此类复合材料已广泛应用在化工和压力容器中,显 示了良好的经济和社会效益 32 ⑦其它应用 铝+钢 铜+钢 33 (3)爆炸焊的常见缺陷及防止措施 ① 结合不良 指爆炸焊后,复板与基板之间全部或大部分没有 结合,或者即使结合强度甚低。要克服这种缺陷首先 应选用低爆速炸药,其次是使用足够的炸药量和适当 的间隙距离,另外选择好起爆位置,使之能缩短间隙 排气路程,创造有利于排气的条件。 ②鼓包 在复合板上局部位置有凸起,其间充满气体,敲 击时发出“梆梆”声。要消除鼓包除了选择合适炸药 量和间距外,主要注意要造成良好的排气条件。 34 ③大面积熔化 多发生在双金属爆炸焊,在结合上产生大面积熔 化。产生这种现象的主要原因是焊接过程中间隙内没 及时排出的气休,在高压下被绝热压缩,大量的绝热 压缩热使气泡周围的一薄层金属熔化。要减轻和消除 这现象,主要是采用低爆速炸药和中心起爆法,以创 造良好的排气条件。 ④表面烧伤 是指复板受爆炸热氧化烧伤。防止这现象是使用 低爆速炸药和采用黄油、水玻璃或沥青等保护层置于 炸药复板之间。 35 ⑤爆炸变形 是指爆炸焊后复合板在长、宽、厚三个方向的尺 寸和形状上发生宏观的不规则的变化。一般情况下这 种变形很难避免,但可以采取一些措施减轻变形,例 如增加基板的刚度或其他特殊工艺措施。变形后的复 合板在加工或使用前必须校平或调直。 ⑥爆炸脆裂 多出现在材质常温冲击性能太低,强度或硬度很 高的情况。除非采用热爆炸焊工艺(即爆前对工件预 热),一般很难消除。 36 ⑦雷管区未结合 在雷管引爆的部位,由于能量不足和排气不畅而 引起该区未结合,通常采用在该处增加炸药量或将其 引出复合面积之外的办法来避免。 ⑧边部打裂 在复合板的周边或复合管(棒)的前端,由于边界效 应而使复层被打伤、打裂的现象。产生的主要原因是 周边或前端能量过大,因此只要减少边部或前端的炸 药量,增加复板或复管的尺寸或在厚板的待结合面之 外的周边刻槽等措施就可以减少或清除这种现象。 37 (4)爆炸焊的检验 ① 非破坏性检验 a、表而质量检验 主要是对爆炸复合板表面及其外 观进行检查。如打伤、打裂、氧化、烧伤和翘曲变形 等。 b、轻敲检验 用手锤对复层各个位置逐一轻敲,以 其声响来初步判断其界面结合情况.可以大致计算结合 面积率 c 、超声波检验 利用超声波探测界面结合情况和定 量测定结合面积。 38 ② 破坏性检验 a、剪切试验 测试焊件的抗剪性能。 b、弯曲试验 以预定达到的弯曲角或试件破断时的 弯曲角来确定爆炸复合件的结合性能和加工性能。弯 曲试验分内弯(复层在内)、外弯(复层在外)和侧弯三种. c 、拉伸试验 测试焊件的抗弯性能。 d、显微硬度试验 e、金相试验 39 8、爆炸焊安全事项 (1)爆炸场地应设置在远离建筑物的地方。炸药 和原材料、雷管和工作人员均须分车运输, 严禁炸药和雷管同车运输。 (2)炸药库管理人员须昼夜值班,外人不得入内; 炸药、雷管和导爆索等火工用品须分类分开 存放,它们的入库和出库要严加管理,做到 账物相符。 40 (3)所有工作人员必须遵守国家有关政策法令, 接受安全和保卫部门的监督,接受工种训练 和考核,并取得操作证. (4)所有上作人员应在当班班长和安全员的指挥 下进行工作; 现场操作应按预定的工艺规程 进行,特别是雷管和起爆器应自始至终由一 人保管及使用,绝不可两人或多人保管和使 用。 41 (5)工艺安装完毕并且所有人员和备用物品撤至安 全区后方能引爆炸药。引爆前发出预定信号, 使所有人员做好防声、防震和安全准备。 (6) 炸药爆炸3分钟后,工作人员方能进入现场。 如遇瞎炮,必须排除后方能进入现场检查和处 理。 (7)进严禁将火种火源带入现场。 (8)爆炸工作每告一段落要进行一次安全总结,查 找事故苗头和杜绝隐患。 42

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