爆炸焊接两板安全间距分析和试验研究.pdf

2 0 1 0 年4 月爆炸焊接两板安全间距分析和试验研究史长根等 3 3 爆炸焊接两板安全间距分析和试验研究。 史长根①康丽霞⑦蒋国良① ①解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京，2 1 0 0 0 7 ②总参陆航部装备发展办公室 北京，1 0 0 0 1 2 [ 摘要]实验测试了毫秒延期雷管起爆时差和不同配方下的炸药爆速，根据炸药爆轰波的传播规律和冲击波的 作用规律，分析和设计了多块复合板的位置和间距，按串联起爆网络及其电压分配规律可实现多块金属板材同时 爆炸焊接，提高了生产效率，节约了爆炸焊接的生产成本。 [ 关键词] 爆炸焊接起爆时差安全间距 【分类号] T G 4 5 6 ．6 0 3 8 9 引言 爆炸焊接技术及爆炸复合材料已广泛应用于航 空、航天、石油、化工、造船、电力、食品、五金等机械 制造各个领域之中刮。爆炸焊接属裸露平面布药， 一般一次只生产一块金属复合板，又由于爆炸作业 冲击波巨大，布药和起爆不能同时进行，起爆时，作 业人员都必须撤离作业现场，因此一次作业大概需 要3 0 4 0 1 1 1 i n 【5 】。按此爆炸焊接作业方法，每天大 约只能进行l O 次作业，也就是说只能生产l O 块复 合板，因此，作业效率低且增加了生产成本。如果一 次爆炸焊接多块复合板，往往会造成各个冲击波的 相互干扰，会对复合板的质量造成影响，甚至产生不 复合现象。因此，爆炸焊接厂家在生产作业时，严禁 多块复合板同时进行爆炸焊接作业。通过理论和实 验，提出了一个多点多块金属板材同时爆炸焊接方 法。即在保证金属板材爆炸焊接质量的前提下，一 次可生产多块金属复合板，既节省了时间，又提高了 生产效率。 多块金属板材爆炸焊接时，可能会形成爆轰波 和冲击波的互相干扰。这种干扰有两种情况由于 雷管的起爆存在时差，一块板爆轰产生的冲击波会 对另一块板的炸药或爆轰波产生影响，从而影响另 一块板的复合质量；此外，由于起爆网络线路的原 因，如果其中一发雷管未能起爆，造成其它块复合板 的爆炸冲击波对该块爆炸装置的间隙、炸药、药盒等 产生冲击破坏。 解决爆轰波和冲击波的相互干扰问题，主要是 保证两板之间有合适的距离，如距离过大，一是浪费 导线等器材，二是在有限的爆炸场地，一次爆炸的块 数将减少，影响爆炸焊接的作业效率。雷管未能起 爆而造成破坏，解决方法就是要设计合理的起爆网 络，保证所有布设的雷管同时起爆。 1 毫秒延期雷管的起爆时差 雷管的起爆时差指的是通电后各雷管起爆的延 期时间与最先起爆雷管延期时间之差。首先要确定 毫秒雷管的起爆延期时间误差，根据延期时差、炸药 爆轰速度与冲击波速度的关系等确定每块板的位置 和相互距离。爆炸焊接多块复合板时，显然要使起 爆时差越小越好，因此实验的毫秒延期雷管的段别 为1 段。 采用图1 所示的电路可测试出爆炸焊接雷管的 起爆时差。采用H G 2 0 2 C 一Ⅲ型电子测时仪，起爆 电压为1 2 V 。实验中采用了频率为纳秒级的数据存 储示波器，具有外触发接口，可以双通道采集信号。 在实际测试过程中发现采用内触发时误触发的比例 很高。这是因为触发电平设置不当。触发电平设置 偏低时，信号电缆引入的外界干扰噪声电平可能会 使采集器提前触发而记录不到真正的信号。触发电 平设置偏高时，实际被测信号的电平可能达不到所 图1雷管起爆时差测试线路图 收稿日期2 0 0 9 - 1 2 - 1 4 作者简介史长根 1 9 r 7 1 年一 ，男，工学博士。副教授。主要从事爆炸焊接及金属复合材料方面的研究工作。E 一“I i l x i n l l 6 8 1 6 3 ．Ⅲ 万方数据 3 4 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 9 卷第2 期 设的触发电平而导致不触发。本实验由于仪器及电 缆内阻对分压电路有影响，所以量程预报偏差必然 很大。为了减少自动触发的误触发，采用外触发电 路。 表l 为测试雷管的起爆延期。根据每发雷管的 起爆延期可知，毫秒延期雷管的起爆时差最大为 7 斗s o 表1毫秒延期雷管的起爆时差 重笪璧型兰 延期／妒 81 51 01 2l O 时差／炉 O7 2 42 测量时外接电阻的电阻丝采用的康铜丝漆包线 是精密绝缘电阻丝，电阻丝的电阻值误差量不超过 5 ％。误差主要来自仪器的系统误差、传输电路的 干扰噪音带来的随机误差等。为了弥补误差带来的 不确定性，取目前爆炸焊接毫秒延期雷管的起爆时 差缸为1 0 炉。 2 炸药爆速确定 对于大面积爆炸焊接复合板，其爆炸焊接用炸 药的爆速应该在1 5 0 0 一2 5 0 0n ∥s ，而目前使用的乳 化炸药爆速在3 5 0 0 n ／s 以上，因此应对乳化炸药的 配方进行优化试验【6 】。具体实验数据见表2 。 表2 不同配比时乳化炸药在不同药厚下的爆速 m s _ 1 根据表2 爆炸焊接炸药不同的配方，选用乳化 炸药为主原料，加3 0 ％一4 0 ％无机盐，可使配方炸 药的爆速控制在1 5 0 0 一2 5 0 0I n ／s ，具体的炸药爆速 根据不同的炸药配方确定。 3 复合板间距确定 为了保证多块复合板同时起爆，节约场地空间， 多块复合板一般分两排或多排平行对称设置。而炸 药爆轰在近场冲击波速度为 l 舻再r 。 式中口D 炸药的爆速； r 柞药爆轰产物的多方指数。 根据起爆点的位置计算出两板间距，相邻两块 板并排平行布置，而相对两块板相对平行布置。 3 ．1 中心起爆复合板间距确定 设两板长分别为口。和口，宽分别为6 。和6 。 如果起爆点在板中心位置，则宽度一半即为两相邻 板爆轰干扰最易发生的位置，而长度一半即为两相 对板爆轰干扰最易发生的位置。因此两相邻板间距 菇为 菇Ⅱ． 叭尝型 二口D 两相对板间距y 为 y H ． 出 掣 二F D 3 ．2 端部中心起爆复合板间距确定 同理，按端部中心起爆，两相邻板间距茁为 聋u ． 旦掣 二”D 若只有两排复合板同时起爆，两相对板间距，， 为 y u ‘缸 若有三排或更多排，则 ，l u ‘△t 扎Ⅱ． △H 挚 F D 3 ．3 实例应用 3 0 4 ／2 0 G 钢板 2 2 0 m m 2 0 0 0 m m 6 0 0 0 m m 金属板共8 块，一次起爆实现爆炸焊接。 分两排，一排4 块，采用毫秒延期电雷管，炸药的爆 速为1 0 0 0 ∥s 左右。采用中心起爆，两相邻板和两 相对板间距均可设计为3m 。 3 1 6 L ／1 6 M n R 钢板 4 3 0 舢2 0 0 0 H u n 5 0 0 0 n u n 金属板共8 块，一次起爆实现爆炸焊接。 分两排，一排4 块，采用毫秒延期电雷管，炸药的爆 速为2 0 0 0 ∥s 左右。采用端部中心起爆，两相邻板 和相对板均可设计为5m 。 4 起爆网络线路联结 多点多块金属板材同时爆炸焊接时，如采用并 联起爆网络，出现单个或多个雷管失效、支线路断路 或炸药不能起爆等原因，均可造成该块板不能实现 爆炸焊接。如出现此种情况，其余金属板材仍正常 实现爆炸焊接，由于受炸药爆轰冲击波的影响，则未 起爆的金属板材上方的炸药就会被冲坏，从而造成 很大的浪费和损失。因此多点多块金属板材同时爆 炸焊接时，须采用串联起爆网络。在串联起爆网络 中，如出现上述几种原因，则所有雷管一般均不起 爆，可通过线路检查排除故障，从而实现多点多块金 属板材同时爆炸焊接。在串联起爆中，由于雷管电 阻值的差异，常会发生个别瞎火现象。一般选定同 万方数据 2 0 1 0 年4 月爆炸焊接两板安全间距分析和试验研究史长根等 3 5 厂、同批的雷管组成网路，其阻值、起爆时差等性能 比较相近。这样可以避免瞎炮的产生。 实践证明，采用串联起爆网络必须注意的是起 爆前须使起爆器完全充电，而且起爆线路不宜超过 2 0 0m 。如充电不完全或起爆线路过长，由于串联线 路的雷管和电线的电阻存在一定的差异，均有可能 造成某发雷管的电压达不到起爆电压，从而不能起 爆，此时会出现如并联起爆网络同样的问题。 5 结论 1 多点多块金属板材同时爆炸焊接方法，根 据毫秒延期雷管起爆时差、炸药爆速、炸药爆轰波和 冲击波的波速关系，确定多块复合板的位置和间距， 按串联起爆网络的起爆规律可实现多块金属板材同 时爆炸焊接。 2 多块复合板同时爆炸焊接，若采用中心起 ILLI 爆，则两相邻板间距髫 u 缸 竺掣 ；两相 二F D 对板间距 ，M ． 出 坚车型 ；若采用端部中心 起爆，两相对板间距 ，。 u 出或扎 H 血 ％等，。 3 多点多块金属板材同时爆炸焊接时须采用 串联起爆网络，起爆时必须使起爆器完全充电，而且 起爆导线总长不宜超过2 0 0m 。 参考文献 [ 1 ] 闫鸿浩．爆炸焊接技术应用与扩展[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 3 1 3 ．1 5 ． [ 2 ]郑远谋．爆炸焊接和爆炸复合材料的原理及应用 [ M ] ．长沙中南大学出版社，2 0 c r 7 2 ．7 ． [ 3 ] 邵炳璜，张凯．爆炸焊接原理及其工程应用[ M ] ．大 连大连理工大学出版社，1 9 8 7 1 - 5 ． [ 4 ] E x p l ∞i v ew e l d i n g0 fM e t 8 1 8 蛳dI t sA p p 吐c a t i o n 8 [ M ] ． 0 曲莉C l a r e n d 叩，1 9 8 2 ． [ 5 ]史长根，洪津，蒋国良，等．爆炸焊接危害机理分析 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 3 2 8 - 3 0 ． [ 6 ] 史长根，冯建，史和庆，等．高碳高铬莱氏体钢爆炸焊 接高耐磨复合材料中国，z 1 2 0 0 6 1 0 0 3 9 5 2 5 ．1 [ P ] ． A 肋l y s i sa n dE x p e 血n e n t a lS t l l d yo fs a f eS p a c eb e t w ∞nT w oP l a t 姻i I lE x p l 戚v eW e l d i n g s mc } 姗船明∞，K A N G 【菌a o ，J I A N GG u 幽朋g ① ①E 蟛n e e r i I l gl I l 8 t i t u t eo fE 画n ∞rc o I p 8 ，P L Au I I i v ∞i t yo fS c i e ∞e ＆‰l I r I o l o g y J i a n g s uN 舳j i n g ，2 1 0 0 C r 7 ②E q l l i p m e n tD e v e l o p m e n t0 蚯c e0 fA 珊yD e p a n m 朗t0 fG e ∞r a ls t 擅 酬i I I g ，1 0 0 0 1 2 [ A B S T R A c T ] 1 1 l et i m ed i 雎呦c ei nd e t 帆a t i o n0 ft l l em i 山8 e c o n dd e l a yd e t ∞a t o ra I l dd e t 咖t i ∞v e l o c i 哆诮t l ld i r ∞t f 豳l l l a 8a r et e s t e d ，舳db 聃e d ∞t l l et 砌8 I I I i tn d eo f d e t ∞撕∞w a v e 舳d ∞t i 彻n l l eo f8 h o c kw 眦，t l l e8 p a c eb e t w e e nt W o p h t 镐i s 肌a l y z e d ．a 哪p yp l 捆c 册b e 瓢p 1 0 s i v e l yw d d e da tt h es 龇d n 圮∞c o r d i T I gt o 蒯鹤i 洲t i 伽眦t w o r k 舭di t s d i s t r i b u t i ∞r I l l e0 fv o l t a g e ，w i t ht I 屺e 伍c i e n c yo fp r o d u c t i 叩i 田p m v e d 蛐d 龇c ∞t 弛d I t o e d ． [ K E Yw 0 R D s ]住洳i v ew e l d i n g ，t i md 蕊姗∞o f d e t o I l 撕帆，豳8 p 黜 1 爆破药卷 日本专利J P2 0 0 l1 6 3 6 9 2 。2 0 0 l ，6 ，1 9 ，共4 页 日文 爆破药卷的制造是将2 5 ℃时其粘度为4 3 0 0 P a s 的油包水乳化炸药用合成塑料薄膜包装起 来，并在两端用粘结剂或树脂密封而成。合成塑料 薄膜为聚乙烯一尼龙一聚乙烯三层塑料薄膜，使用 尼龙是因为它具有不可伸展性。这样，使爆破药卷 的装填效率和作用得到了改进。 2 粒状炸药的组成 日本专利．『P2 0 0 l1 7 2 0 9 5 ，2 0 0 1 ，6 ，2 6 ，共7 页 日文 粒状炸药的制造是将多孔粒状硝酸铵和流态乳 化混合物进行混合，其中还包括水溶性敏化剂和稠 化剂。 3 固体乳化炸药组成及其制造 日本专利J P2 0 0 l1 7 2 0 9 6 ，2 0 0 l ，6 ，2 6 ，共1 2 页 日文 固体乳化炸药含有氧化剂、水、乳化剂、蜡、聚合 物、交联剂和空心微球。空心微球是一种平均直径 为1 0 一1 0 0 岬的颗粒物质。当这种颗粒物质被上 述乳化炸药组成包覆后，得到直径为2 0 一2 0 0 岬 的颗粒物质。空心微球可选自无机或有机颗粒物， 交联剂可选自有机钛酸酯类及其衍生物，聚合物可 选自聚丙烯酰胺类。这种固体乳化炸药具有良好的 处理性能。 钟一鹏译自美国化学文摘 V 0 1 ．1 3 5 ，N o ．4 和N o ．5 2 0 0 1 万方数据