南京铁道职业技术学院继续教育院
毕业论文（设计）
专 业： 机车车辆（理工）
班 级： 14大专六
学 号： *******29
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指导教师:
二○ 年 月
提 纲
题 目 | 爆炸焊 |
摘要 关键词 1前言 2爆炸焊接原理 3关于爆炸焊前的准备 4爆炸焊接的方法 5缺陷及质量检验 6爆炸焊接头强度试样及试验方法 7爆炸焊接的应用情况 8爆炸焊接应用实例举例 | |
[摘要]现代工业需要多种多样的金属复合材料，爆炸焊接工艺应运而生。爆炸焊接可将用传统方法不能焊接在一起的不同类金属焊接在一起。根据爆炸焊接的原理，设计出爆炸焊接的大致步骤和注意事项。并且知道如何给爆炸焊接后的工件做成品质量检验及分析出缺陷产生的原因和解决措施。爆炸焊接时充满潜力的焊接方式，在文中有一些应用和具体的生产实例。[关键字]爆炸焊接、缺陷、锆合金与不锈钢过渡管接头、实例
1前言
提起爆炸，人们自然会想到破坏。爆炸可以使本来坚固的堡垒、岩石破裂成碎块。但你是不是想到爆炸能使本来不易结合的物体紧密地结合在一起呢？例如，炮弹的爆炸，弹片牢牢嵌入到钢筋水泥之中。科学家们正是这样看问题的，他们既看到爆炸有分裂开物体的作用，也看到了爆炸的结合作用。这后一种作用就是爆炸焊接法的工作原理。在炼铝厂需要一种叫做钢铝销的配件。这种钢铝销用于电解槽阳极的引入线。但用一般的方法很难使钢与铝这两种金属均匀地、紧密地结合在一起。爆炸焊接法在解决这一难题上显示了威力。科学家为此设计了专门的爆炸室。他们把钢、铝两种金属材料置于爆炸室中，利用爆炸产生的强大的冲击波，使两种金属高速碰撞，从而相互“嵌入”。用这种方法生产出大批量符合技术要求的钢铝
销。前苏联乌克兰科学院O·E巴拉夫电焊研究所的工作人员利用爆炸焊接法创造了接通管道的新工艺。使用传统方法将支管接通到天然气主管道上，往往需要主管道停止供气一段时间，这会造成较大的经济损失。采用新工艺，将主管道的切割、支管与主管的焊接均用爆炸法一次完成。据统计，前苏联在第十一个五年计划期间用爆炸焊接法把20多条支管接通到天然气管道上，创造经济效益达200多万卢布，同时节省了原来要白白向空气中排放掉的几百万立方米天然气，而向原用户输送天然气却连一分钟也没有中断。
化学成分和物理性能各异的金属材料的焊接，用其他的焊接方法很难实现。现代工业需要多种多样的金属复合材料，爆炸焊接工艺应运而生。
爆炸焊接是利用爆炸产生的冲击力造成焊件迅速碰撞，使两个金属件的待焊表面实现连接的方法。
爆炸焊接可将用传统方法不能焊接在一起的不同类金属焊接在一起。例如，钢和铝、钛和钢、铜和钢、钢和铅、铅和铝，用爆炸焊接就可焊在一起。因为在有些情况下，如果用传统的焊接方法，施加的热会引起两种金属熔化并形成一种脆性合金，使焊接无效。金属焊接中的困难，如铅的低熔点，用爆炸焊接就能消除。许多不同金属的无数次爆炸焊接试验都得到
了良好的结果。
爆炸焊接的焊缝比熔接焊接的接缝强度高，且热处理材料可以用爆炸焊接而不引起性能的降低。
爆炸焊接基本上是一个“冷”焊过程，因为爆炸焊接中产生的热量可忽略不计且快速散失。这种特点使爆炸方法适用于焊接硬化加工过的和热处理过的材料而不影响它们的性质。
有些高强度和高硬度材料，如硬化工具钢、钨铬钴硬质合金和铍，因其撞击低强度而不适于爆炸焊接。
2爆炸焊接的原理
爆炸焊接的原理不同于冶金焊接。冶金焊接是通过将两片金属的原子作用到紧密接触使原子相互间的法向吸引力变得相互作用而产生连接而实现的。此时如果金属表面覆盖的氧化、硝化和吸收气体的自然膜不从表面去除，那么即使在非常高的压力下金属也不能焊接上。爆炸焊接将两个金属面以高速和一定的角度相互碰撞，并在接触面处产生高压，通过这种行为，表面部分变成流体并流走，表面膜去除了，金属表面可以紧密接触。
3关于爆炸焊接前的准备
爆炸焊过程中冲击波及金属射流虽有清除氧化膜作用，但只限于厚1～10μm氧化膜，因此焊前表面清理仍是十分重要的。表10.1列出常用清理方法。
基板和覆板的固定和支托应保证基板刚度、平行焊件表面之间的间距均匀性或预置角。基板较薄时，应采用质量较大的砧座作支托，以减小挠曲，焊前还应校直基板，保证其与砧座均匀接触。覆板较厚时，采用边缘支托即可；若覆板较薄，应采用金属波纹条做支托物，以防挠曲度太大。管子或圆筒连接时，应用芯轴或外套筒支托基层件。芯轴应设计成焊后易于拆除。
表10.1 爆炸焊前焊件表面清理方法
方法 | 配方和操作要领 | 用途 |
砂轮打磨 | 钢表面清理 | |
喷砂、喷丸 | 钢表面清理 | |
酸 洗 | 5%～15体积%H2SO4溶液 5体积% H2SO4溶液 | 铜表面清理 铜合金表面清理 |
碱 洗 | (1)5% NaOH溶液，60℃，脱脂60s； (2)冷水冲洗；(3)5体积%HNO3溶液，中和10s； (4)10%HNO3+0.25%HF混合液，除氧化膜5s； (5)水冲洗；(6)水冲洗；(7)干燥。 | 铝及铝合金表面清理 |
砂布或钢丝刷打磨 | 不锈钢或钛合金表面清理 | |
车、铣、刨、磨 | 高要求厚钢板、锻件、异型零件表面清理 | |
的引爆速度取决于成分、密度、堆敷厚度、中惰性填料数量。密度与加工形态有关。一般随密度和厚度的增大，引爆速度增加。为了获得优良结合性能，引爆速度应接近覆层材料中的声速。引爆速度过高使碰撞角变小，冲击力过大，造成结合部位撕裂；过低则不能维持足够的冲击力，结合强度不高。因此装药时应注意保证厚度和密度均匀性。
合适的引爆方式也很重要。端部引爆、边缘线引爆、中心引爆、四周引爆是常用方式。为避免周围出现不结合的圆形区域，可把延伸到要求复合的金属区以外或附加一个包。
为防止烧伤、压痕、起皮、撕裂等缺陷，与覆层之间要用橡胶、沥青、油灰、软塑料、有机玻璃、马粪纸、油毡等材料作缓冲层。
平行安装时，间距是决定碰撞点弯折角的唯一因素，其大小对界面的波浪形尺寸有一定影响。
通常根据覆板的厚度和密度确定初始安装间距，如表10.2所示，一般取0.5～1t为宜，引爆速度高时取下限（t为覆板厚度）。
夹角安装时，通常采用高引爆速度，一般预置角α取5～10°，引爆速度高时取上限。
汽车爆炸表10.2 平行安装间距的选取原则
覆板密度（g/cm3） | 安装间距 |
＜5 | 1/3～2/3t |
5～10 | 1/2～1t |
＞10 | 2/3～2t |
4爆炸焊接的方法
将、、覆板和基板在基础（地面）上安装起来。当置于覆板之上的被引爆后，的爆炸化学反应经过一段时间的加速便以爆轰速度在覆板上传播。随着爆轰波的高速推进和爆炸产物的急骤膨胀，化学能的大部分便转换成高速运动的爆轰波和爆炸产物
的动能。随后该动能的一部分传递给覆板，从而推动覆板向基板高速运动。在两板之间的空气迅速和全部排出的同时，覆板和基板随即在接触点上依次发生撞击。在这个过程中，在两板间的接触面上，借助波的形成，一薄层金属由于倾斜撞击和切向应力的作用而发生强烈的塑性变形。在此过程中又借助于金属塑性变形的热效应将覆板高速运动的动能的90％～95％转换成热能。如此大量的热能在近似绝热的情况下促使塑性变形后的金属的温度升高。当此温度达到其熔点以后，就会使紧靠界面的一薄层塑性变形的金属发生熔化。剩余的热能还会使部分塑性变形的金属发生回复和再结晶，并使双金属整体的温度升高。
由金属物理学的原理可知，在爆炸焊接过程中，由于不同金属间的高的浓度梯度，界面上的高压、高温和高温下金属的塑性变形及熔化等条件的存在及其综合作用，必然导致基体金属原子间的相互扩散。这样，当界面上那一薄层塑性变形的和熔化了的金属迅速冷凝后，便在界面上形成了包括金属塑性变形特征、熔化特征和原子间相互扩散特征的结合区。此结合区就是2种金属之间的焊接过渡区，亦称焊接接头。
众所周知，爆炸焊接双金属的结合区在一般和正常的情况下还具有波形特征（图2）。此波形的形成与爆炸载荷在金属中和界面上的波动传播有关，并且不同强度和特性的金属材料，
在不同强度和特性的爆炸载荷作用下，发生不同强度和特性的相互作用──冲击碰撞，便在结合界面上形成不同形状和参数（波长、波辐和频率）的波形。
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