低速膨化銨油炸藥在異種金屬爆破焊接中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】爆炸焊接工藝在異種金屬焊接中運(yùn)用十分廣泛，其專用炸藥占據(jù)十分重要的地位，對爆炸焊接專用炸藥的研究一直是焊接行業(yè)研究的重點(diǎn)。本文通過實(shí)驗(yàn)的方式，對金屬爆炸焊接用低速膨化銨油炸藥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過研究得出相應(yīng)結(jié)論，為以后的相關(guān)研究提供技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】爆炸焊接；膨化銨油炸藥；低爆速；爆炸性能

隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，人們在從事生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)對生產(chǎn)工具和材料的運(yùn)用要求越來越高，為適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求，多種材料構(gòu)成的生產(chǎn)工具正被廣泛的運(yùn)用在生產(chǎn)中，其中異種金屬材料在石油化工、煤礦企業(yè)中的使用越來越重要。為實(shí)現(xiàn)異種金屬的焊接，提高爆炸焊接工藝及焊接質(zhì)量，爆炸焊接用炸藥的研制成為相關(guān)研究人員的重要研究項(xiàng)目。實(shí)踐證明，為降低炸藥爆速，進(jìn)而獲得更好的焊接效果，對炸藥的爆炸性能提出了更高的要求。本文基于此背景，在傳統(tǒng)爆炸焊接用硝銨炸藥的基礎(chǔ)上，按照一定的配比在膨化銨油中加入爆速調(diào)節(jié)劑，使按照適當(dāng)配比獲得的炸藥爆速保持在爆炸焊接期望的范圍內(nèi)，獲得最佳焊接效果。

1.低速膨化銨油炸藥的配置

首先對膨化硝銨進(jìn)行加工，運(yùn)用工具輪碾機(jī)，然后按照5.5%的比例在膨化硝銨中加入柴油并輪碾混合均勻，輪碾時(shí)間為25分鐘。此時(shí)混合形成的膨化銨油炸藥爆速為3300（30mm藥厚），此時(shí)的炸藥爆速不在爆炸焊接炸藥爆速的合理范圍之內(nèi)（2000～3000），需要進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)混合形成的膨化銨油密度為0.44，遠(yuǎn)低于正常爆炸焊接所需的密度0.7～0.8，不利于常見復(fù)合金屬的焊接，需要進(jìn)行調(diào)整。

2.混合炸藥調(diào)節(jié)劑的選擇

對此前混合形成的膨化銨油炸藥進(jìn)行調(diào)整主要在三個(gè)方面，一是炸藥的爆速，二是密度，三是感度，這就需要稀釋劑來完成對炸藥的調(diào)整。運(yùn)用稀釋劑對膨化銨油炸藥的調(diào)整要求為：爆速對藥厚不敏感，稀釋劑不影響膨化銨油炸藥的吸濕結(jié)塊性能，稀釋劑要具備較高的性價(jià)比和廣泛的來源。目前工業(yè)常用的稀釋劑有工業(yè)食鹽、珍珠巖和玻璃微珠，綜合分析三種稀釋劑的特性與配合性能可知，食鹽與珍珠巖能夠提高混合炸藥的密度，玻璃微珠能夠降低混合炸藥的密度。除此之外，食鹽與珍珠巖還能夠在爆轟感度方面是混合炸藥獲得提升。工業(yè)食鹽以較小的粒度優(yōu)勢避免膨化銨油炸藥在混合后的使用等過程中發(fā)生偏聚現(xiàn)象。本文選取工業(yè)食鹽和玻璃微珠按照一定比例的混合形成稀釋劑，對混合后的膨化銨油炸藥進(jìn)行調(diào)整。

3.稀釋劑含量對膨化銨油炸藥爆速的影響

本文進(jìn)行的稀釋劑對膨化銨油炸藥爆速影響的實(shí)驗(yàn)主要從兩個(gè)方面實(shí)施：一是單純稀釋劑質(zhì)量比或藥厚的膨化銨油炸藥爆速影響；二是排除稀釋劑質(zhì)量比因素下，藥厚對膨化銨油炸藥爆速的影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，混合炸藥的爆速與稀釋劑質(zhì)量比成反比例函數(shù)關(guān)系，與藥厚成正比例函數(shù)關(guān)系。當(dāng)稀釋劑的含量在30%～40%之間時(shí)，混合炸藥的爆速基本處于一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)，變化差異性不大。此外，將稀釋劑含量調(diào)整為50%固定時(shí)，對藥厚的影響度進(jìn)行測量，結(jié)果顯示，藥厚在5～25mm時(shí)，爆速變化較為明顯，從1900快速上升至2360，當(dāng)藥厚在25～50mm時(shí)，爆速較為平穩(wěn)，變化不大，大約在2300～2360之間變動(dòng)，當(dāng)藥厚大于55mm時(shí)，爆速再次開始顯著上升。這說明，50/50炸藥的藥厚在25～50mm范圍內(nèi)時(shí)，藥厚對爆速的影響不大，屬于合理范圍。

4.爆炸焊接實(shí)驗(yàn)

本文所進(jìn)行的低速膨化銨油炸藥爆炸焊接實(shí)驗(yàn)所選擇的金屬材料為不銹鋼與鋼板，實(shí)驗(yàn)材料的參數(shù)為：復(fù)板尺寸為3×530×2030（mm），基板尺寸為18×500×2000（mm）。不銹鋼與鋼板的表面處理為表面打磨拋光，然后用丙酮清洗。為滿足爆速保持在2000～2800之間，以及獲得類似正弦波形態(tài)的焊接界面，實(shí)驗(yàn)選擇的混合銨油炸藥的稀釋劑含量為35%，藥厚為30mm。

（1）藥量計(jì)算機(jī)藥高、間隙物準(zhǔn)備

在本實(shí)驗(yàn)中，按照單位面積來計(jì)算藥量，公式為：，其中，、分別表示復(fù)板的厚度和密度，Kg在實(shí)驗(yàn)中的取值為1.4，表示異種金屬爆炸焊接用藥量的相似系數(shù)。單位面積爆炸焊接藥量與單位面積復(fù)板質(zhì)量（m）的質(zhì)量比為：；藥高的計(jì)算公式為：，其中，表示低速膨化銨油炸藥的密度。本實(shí)驗(yàn)中的間隙物選擇等厚的銅條，間隙計(jì)算依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式為：。

（2）復(fù)合板質(zhì)量檢測

對爆炸符合材料的質(zhì)量檢測從三個(gè)方面進(jìn)行，采用超聲波探傷檢測。超聲波探傷是利用超聲波的穿透性特點(diǎn)，觀察超聲波穿透復(fù)合界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢測零件缺陷。超聲波探傷檢測的結(jié)果顯示，復(fù)合板的結(jié)合率為100%。

復(fù)合板焊接強(qiáng)度的檢測通過抗拉實(shí)驗(yàn)、彎曲實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行。對復(fù)合板進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示（Rp02為條件屈服強(qiáng)度下限值；RM為抗拉強(qiáng)度下限值）：Rp02均值為437.5MPa， RM均值為552.5MPa，均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。復(fù)合板的彎曲實(shí)驗(yàn)顯示彎曲方向?yàn)閮?nèi)彎和外彎時(shí)均完好無損，表明該配比的銨油炸藥符合不銹鋼-鋼的焊接要求生產(chǎn)要求；進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)之后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，不銹鋼-鋼復(fù)合板界面剪切強(qiáng)度均值為386MPa，明顯高于規(guī)定的210MPa數(shù)值，說明復(fù)合板界面結(jié)合形態(tài)是理想的。

5.結(jié)論

（1）本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)膨化銨油炸藥稀釋劑含量在30～40之間時(shí)，爆速的變化較為平緩，變化幅度不大，屬于合理的平緩區(qū)域；當(dāng)混合炸藥的稀釋劑含量為50%時(shí)，藥厚25～50mm范圍之間時(shí)，藥厚對爆速的影響不明顯，爆速的變化較為平穩(wěn)，變化不大，屬于合理的平穩(wěn)區(qū)域。

（2）經(jīng)過最終的實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，本文所設(shè)計(jì)配置的低速膨化銨油炸藥對不銹鋼-鋼復(fù)合材料焊接質(zhì)量較好，表明該炸藥能夠較好的用于相關(guān)金屬材料的爆炸焊接。

參考文獻(xiàn)

[1]余燕，張凱.新型稀釋劑在爆炸焊接粉狀改性銨油炸藥中的應(yīng)用[J].爆破，2013.3

[2]余燕.低爆速乳化炸藥及其在爆炸焊接中的應(yīng)用[D].安徽理工大學(xué)，2013.6

[3]劉連生，胡勇輝.水分含量對改性銨油炸藥性能的影響[J].工程爆破，2014.3

作者簡介

王海峰（1984-），男，2007年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接專業(yè)，主要從事金屬復(fù)合材料的爆炸焊接工作。