低速膨化铵油炸药在异种金属爆破焊接中的应用实验研究

【摘要】爆炸焊接工艺在异种金属焊接中运用十分广泛，其专用炸药占据十分重要的地位，对爆炸焊接专用炸药的研究一直是焊接行业研究的重点。本文通过实验的方式，对金属爆炸焊接用低速膨化铵油炸药进行实验研究，通过研究得出相应结论，为以后的相关研究提供技术支持。

【关键词】爆炸焊接；膨化铵油炸药；低爆速；爆炸性能

随着科技的发展和进步，人们在从事生产活动时对生产工具和材料的运用要求越来越高，为适应现代化的生产要求，多种材料构成的生产工具正被广泛的运用在生产中，其中异种金属材料在石油化工、煤矿企业中的使用越来越重要。为实现异种金属的焊接，提高爆炸焊接工艺及焊接质量，爆炸焊接用炸药的研制成为相关研究人员的重要研究项目。实践证明，为降低炸药爆速，进而获得更好的焊接效果，对炸药的爆炸性能提出了更高的要求。本文基于此背景，在传统爆炸焊接用硝铵炸药的基础上，按照一定的配比在膨化铵油中加入爆速调节剂，使按照适当配比获得的炸药爆速保持在爆炸焊接期望的范围内，获得最佳焊接效果。

1.低速膨化铵油炸药的配置

首先对膨化硝铵进行加工，运用工具轮碾机，然后按照5.5%的比例在膨化硝铵中加入柴油并轮碾混合均匀，轮碾时间为25分钟。此时混合形成的膨化铵油炸药爆速为3300（30mm药厚），此时的炸药爆速不在爆炸焊接炸药爆速的合理范围之内（2000～3000），需要进行调整。此时混合形成的膨化铵油密度为0.44，远低于正常爆炸焊接所需的密度0.7～0.8，不利于常见复合金属的焊接，需要进行调整。

2.混合炸药调节剂的选择

对此前混合形成的膨化铵油炸药进行调整主要在三个方面，一是炸药的爆速，二是密度，三是感度，这就需要稀释剂来完成对炸药的调整。运用稀释剂对膨化铵油炸药的調整要求为：爆速对药厚不敏感，稀释剂不影响膨化铵油炸药的吸湿结块性能，稀释剂要具备较高的性价比和广泛的来源。目前工业常用的稀释剂有工业食盐、珍珠岩和玻璃微珠，综合分析三种稀释剂的特性与配合性能可知，食盐与珍珠岩能够提高混合炸药的密度，玻璃微珠能够降低混合炸药的密度。除此之外，食盐与珍珠岩还能够在爆轰感度方面是混合炸药获得提升。工业食盐以较小的粒度优势避免膨化铵油炸药在混合后的使用等过程中发生偏聚现象。本文选取工业食盐和玻璃微珠按照一定比例的混合形成稀释剂，对混合后的膨化铵油炸药进行调整。

3.稀释剂含量对膨化铵油炸药爆速的影响

本文进行的稀释剂对膨化铵油炸药爆速影响的实验主要从两个方面实施：一是单纯稀释剂质量比或药厚的膨化铵油炸药爆速影响；二是排除稀释剂质量比因素下，药厚对膨化铵油炸药爆速的影响。经过实验所统计的数据分析结果可知，混合炸药的爆速与稀释剂质量比成反比例函数关系，与药厚成正比例函数关系。当稀释剂的含量在30%～40%之间时，混合炸药的爆速基本处于一个平稳的状态，变化差异性不大。此外，将稀释剂含量调整为50%固定时，对药厚的影响度进行测量，结果显示，药厚在5～25mm时，爆速变化较为明显，从1900快速上升至2360，当药厚在25～50mm时，爆速较为平稳，变化不大，大约在2300～2360之间变动，当药厚大于55mm时，爆速再次开始显著上升。这说明，50/50炸药的药厚在25～50mm范围内时，药厚对爆速的影响不大，属于合理范围。

4.爆炸焊接实验

本文所进行的低速膨化铵油炸药爆炸焊接实验所选择的金属材料为不锈钢与钢板，实验材料的参数为：复板尺寸为3×530×2030（mm），基板尺寸为18×500×2000（mm）。不锈钢与钢板的表面处理为表面打磨抛光，然后用丙酮清洗。为满足爆速保持在2000～2800之间，以及获得类似正弦波形态的焊接界面，实验选择的混合铵油炸药的稀释剂含量为35%，药厚为30mm。

（1）药量计算机药高、间隙物准备

在本实验中，按照单位面积来计算药量，公式为：，其中，、分别表示复板的厚度和密度，Kg在实验中的取值为1.4，表示异种金属爆炸焊接用药量的相似系数。单位面积爆炸焊接药量与单位面积复板质量（m）的质量比为：；药高的计算公式为：，其中，表示低速膨化铵油炸药的密度。本实验中的间隙物选择等厚的铜条，间隙计算依据经验公式为：。

（2）复合板质量检测

对爆炸符合材料的质量检测从三个方面进行，采用超声波探伤检测。超声波探伤是利用超声波的穿透性特点，观察超声波穿透复合界面边缘发生反射的特点来检测零件缺陷。超声波探伤检测的结果显示，复合板的结合率为100%。

复合板焊接强度的检测通过抗拉实验、弯曲实验、剪切实验来进行。对复合板进行拉伸实验，获得的实验数据分析结果显示（Rp02为条件屈服强度下限值；RM为抗拉强度下限值）：Rp02均值为437.5MPa， RM均值为552.5MPa，均满足标准规定。复合板的弯曲实验显示弯曲方向为内弯和外弯时均完好无损，表明该配比的铵油炸药符合不锈钢-钢的焊接要求生产要求；进行剪切实验之后，实验结果的数据统计显示，不锈钢-钢复合板界面剪切强度均值为386MPa，明显高于规定的210MPa数值，说明复合板界面结合形态是理想的。

5.结论

（1）本实验中，当膨化铵油炸药稀释剂含量在30～40之间时，爆速的变化较为平缓，变化幅度不大，属于合理的平缓区域；当混合炸药的稀释剂含量为50%时，药厚25～50mm范围之间时，药厚对爆速的影响不明显，爆速的变化较为平稳，变化不大，属于合理的平稳区域。

（2）经过最终的实验，统计分析各项实验数据可知，本文所设计配置的低速膨化铵油炸药对不锈钢-钢复合材料焊接质量较好，表明该炸药能够较好的用于相关金属材料的爆炸焊接。

参考文献

[1]余燕，张凯.新型稀释剂在爆炸焊接粉状改性铵油炸药中的应用[J].爆破，2013.3

[2]余燕.低爆速乳化炸药及其在爆炸焊接中的应用[D].安徽理工大学，2013.6

[3]刘连生，胡勇辉.水分含量对改性铵油炸药性能的影响[J].工程爆破，2014.3

作者简介

王海峰（1984-），男，2007年毕业于哈尔滨工业大学焊接专业，主要从事金属复合材料的爆炸焊接工作。