爆炸焊接两板安全间距分析和试验研究*

2010-09-27史长根康丽霞蒋国良

爆破器材 2010年3期

史长根康丽霞蒋国良

①解放军理工大学工程兵工程学院(江苏南京，210007) ②总参陆航部装备发展办公室(北京，100012)

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[1-4]。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30～40min[5]。按此爆炸焊接作业方法，每天大约只能进行10次作业，也就是说只能生产10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HG202C—Ⅲ型电子测时仪，起爆电压为12V。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。

图1 雷管起爆时差测试线路图

表1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7μs。

表1 毫秒延期雷管的起爆时差

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Δt为10 μs。

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1500～2500 m/s,而目前使用的乳化炸药爆速在3500 m/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30%～40%无机盐，可使配方炸药的爆速控制在1500～2500 m/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:

式中 vD——炸药的爆速；

γ——炸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a1和a2，宽分别为b1和b2。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x为：

两相对板间距y为：

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x为：

若只有两排复合板同时起爆，两相对板间距y为：

y=u·Δt

若有三排或更多排，则

y1=u·Δt

3.3 实例应用

304/20G钢板： (2+20)mm×2000mm×6000mm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1000 m/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3 m。

316L/16MnR钢板： (4+30)mm×2000mm×5000mm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2000 m/s左右。采用端部中心起爆，两相邻板和相对板均可设计为5 m。

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200 m。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。