专利名称：一种大板幅爆炸复合板的制造方法
技术领域：
本发明属于金属复合板的制造领域，特别涉及到爆炸焊接技术生产大板幅复合板的方法。
目前，爆炸焊接(或爆炸复合)方法是生产各种金属复合板的主要方法。采用爆炸焊接方法可生产不锈钢-钢、铝-钢、钛-钢、铜-钢等各种复合板材。这些复合板材主要用于化工、石油、水利工程等行业的容器与设备的制造。在这些设备的制造中，尤其对于大型容器，要求采用尽量大板幅的复合板，这样可大量地减少焊缝长度、降低焊接费用、减少焊接中产生的缺陷和缩短设备制造周期。例如，采用一道焊缝卷制直径3米的容器筒节就要求复合板长达到9.42米，压力容器标准又要求在板长两端下料检验材料性能，因此复合板坯长就要达到10米以上，若采用10米以下的复合板就必须要多焊一道焊缝，增加一倍的焊接与检验费用。而现行的爆炸焊接法，在制造复合板时一般采用中点起爆方法，以常用不锈钢复合板为例，7～8米长为上限。这主要由于采用的低爆速民用硝铵炸药的性能所决定，一般硝铵炸药的稳定爆轰长度只有4米左右，采用中点起爆方式只能生产7～8米长的复合板，接近与超过该长度的板常常在两端出现熄爆问题，形成大面积不复合区。而对钛板、铝板等低密度材料进行爆炸焊接，由于复板材料质量较轻，上述的爆轰不稳定问题就更为突出，通常爆炸焊接的板长上限仅为5～6米左右。同时，采用单点起爆时，起爆点下会留下起爆不复合区，不能达到100％的复合率，对于要求质量高的复合板还常常需要进行起爆点补焊，这不但增加了加工工序，而且对于很多材料补焊过程也较为困难。如对15CrMoV为基层的不锈钢复合板补焊时，很容易出现焊接裂纹，需要严格的预热、缓冷工艺；对于钛、铝为复层的复合钢板，由于难以控制的金属间反应，几乎无法用常规方法补焊。由于上述原因，限制了大板幅高质量的爆炸复合板生产。
本发明的目的是，提供一种大板幅复合板的爆炸焊接方法，解决爆炸焊接时炸药的爆轰不稳定与熄爆问题，消除复合板中的起爆不复合区，减小焊接射流排出基复板间的距离。
实现本发明的技术方案是，按照常规的平行法进行爆炸焊接布置，但不采用单点起爆方式，改为沿复合板的长边布置稳定爆轰的高爆速起爆药条，以该药条对爆炸焊接的主装炸药施行长边起爆。这样主炸药的爆轰稳定性就不会影响板长度方向的爆炸焊接，而只是影响焊接宽度方向。为减小焊接射流排出基复板间的距离，保证起爆药条的稳定爆轰，起爆药条的爆速在4800米/秒至9000米之间。起爆药条设置在复合板边部，起爆不结合区与一般爆炸复合板的边缘效应不结合区重合，可在爆炸焊接后切除，不影响爆炸焊接复合板的质量。
本发明的技术原理如下对于大板幅的爆炸复合板生产只能采用基复板基本平行的爆炸焊接布置。同时，由爆炸焊接的机理决定，对平行的基复板布置，要保证爆炸焊接的成功，所采用的爆炸焊接主装炸药必须是低于被焊材料体积波声速的低爆速炸药，炸药主要采用硝铵类炸药，其爆速在2000～4000米/秒范围内。然而，这类炸药的稳定爆轰长度较短，一般20～50毫米厚度的这种炸药稳定爆轰长度仅为3～4米，接近或超过该长度炸药的爆轰会失稳或熄爆。另一方面，黑索今(RDX)、泰安(PETN)一类高爆速炸药均可维持稳定的爆轰，在爆轰长度上没有限制。例如，常用的12克/米泰安装药导爆索，其爆速为6900米/秒左右，可维持100米以上的稳定爆轰。但是，这类高爆速炸药的爆速又高于被焊材料声速，因此不能用于爆炸焊接。若以高爆速药条布置于复板的长边，在起爆药条长度上的任意一点起爆后，起爆药条的爆轰将稳定的传播；在起爆药条的带动下，整个复合板的主装低爆速炸药沿长度方向均可稳定爆轰，焊接主装炸药的爆轰波就以山形扩展、传播(如图2中6)。爆轰驱动的复板与基板发生碰撞，碰撞面以与爆轰波相似的形状运动，即碰撞面也是以山形扩展，碰撞面与爆轰波山形扩展的法线速度相同，即为主装药的爆速。这样焊接的界面射流就以山形法线方向喷出，射流的大部分会沿板宽方向喷出。用这种方法制造的成品复合板也是极具特征的，复合板中的界面波纹方向与爆轰波相似，也是山形扩展的。
如设起爆药条爆速为DH，主装炸药爆速D，主装炸药中的爆轰波面会以山型扩展，焊接射流以爆轰波面的法线方向喷出。如板长宽为W，θ角是爆轰波前与板长度方向的夹角，则有sinθ＝D/DH设爆轰波的爆轰长度，也即射流排出的运动长度LJ，有
W≤LJ≤W/cosθ如果主装炸药的稳定爆轰长度为4米，按上面所阐述的概念，即是W/cosθ＝4米，如D/DH＝3，就可求出本发明方法可焊接的板宽W＝3.77米；如D/DH＝1.2，可焊接板宽W＝2.21米。由此可见，在所发明的焊接方法中使用的高爆速药条爆速应尽量高，这样不仅可焊接较宽的复合板，而且可使焊接射流沿较短的路径排出。所以，所采用的高爆速药条爆速不小于4800米/秒，在4800米/秒到9000米/秒之间，应尽量采用稳定爆轰性能好的黑索今、泰安、梯恩梯炸药或它们的混合物。
本发明的优点是，避免了炸药超长爆轰的不稳定问题与熄爆问题，顺利实现超长、超大板幅复合板的爆炸焊接。与通常的单点起爆爆炸焊接技术相比，由于爆轰方向的改变，缩短了焊接射流排出基复板间的距离，有利于射流的排除，可提高复合板的焊接质量。由于该发明采用的技术是将起爆点布置在基板以外，焊接后的复合板上起爆未结合区可方便地切除，因此无需进行起爆点补焊，更适于高复合率复合板的制造。
如下图1是本发明的爆炸焊接布置截面图。
图中，1.起爆雷管；2.高爆速药条；3.爆炸焊接的主装炸药；4.复层板；5.基层板。
图2是本发明爆炸焊接布置的俯视图。
图中，6所示的斜线是主装炸药中爆轰波波阵面，同时也代表了基复板间的碰撞面和爆炸焊接界面波纹方向；θ角是爆轰波前或界面波与板长度方向的夹角；起爆药条爆速为DH；主装炸药爆速D。
以下详细叙述本发明方法制造大板幅爆炸复合板的最佳实施例。
例1焊接主装炸药使用30毫米的粉状铵油炸药，爆速D＝2960米/秒，长度11.04米起爆药条沿板长布置(如图2)，炸药为5×20毫米的RDX为主的塑性炸药，爆速DH＝6500米/秒，起爆点放置在起爆药条的中点。复板为3毫米厚的0Cr19Ni9Ti(304L)不锈钢板，板宽2.46米，板长11.04米；基板为15CrMoR钢板，厚度为40毫米，宽2.44米，板长11.04米，基复板间隙6毫米，复板较基板宽出的20毫米布置于起爆药条边(如图1)。爆炸焊接后，切除20毫米的板坯边缘，复合板为2.4米宽，11米长，按GB/T8165-1997进行超声探伤检查为1级复合板(复合率为100％)。复合板的尾部经解剖检查，其爆炸焊接波纹与板长度方向呈20°～30° 左右的夹角。
例2复板为3毫米厚的0Cr19Ni9Ti(304L)不锈钢板，板宽2.46米，长9.64米；基板为15CrMoR钢板，厚度为42毫米，宽2.44米，长9.64米。基复板的布置同例1，焊接主炸药采用30毫米的粉状铵油炸药，爆速DH＝3000米/秒，长度9.64米的起爆药条沿板长布置，起爆药条为10×30毫米的粉状RDX与铵油混合物，中部穿有9.64米的导爆索，导爆索爆速DH＝6900米/秒，起爆点放置在起爆药条的头部。爆炸焊接后，经切边20毫米，复合板为9.6×2.4米，复合板按GB/T8165-1997进行超声探伤检查为1级复合板。复合板的尾部经解剖检查，其爆炸焊接波纹与板长度方向呈20°～30° 左右的夹角。
权利要求
1.一种大板幅爆炸复合板的制造方法，其特征是，沿复板的长边设置稳定爆轰的高爆速起爆药条，由起爆药条沿板长度方向起爆焊接主装炸药，起爆药条的爆速为4800米/秒至9000米/秒。
全文摘要
本发明提供了一种大板幅爆炸复合板的制造方法,其主要特征是沿复板的一个长边布置可稳定爆轰的高爆速起爆药条,由起爆药条沿板长度方向起爆焊接主装炸药,可避免炸药超长爆轰的不稳定问题与熄爆问题,顺利焊接各种复层的超长复合板。同时,由于起爆方式与爆轰方向的改变,缩短了基复板之间焊接射流的排出距离,且复合板上无一般的起爆未结合区,无需后序的起爆点补焊,因此,适于大板幅高质量复合板的制造。
文档编号B23K20/08GK1345644SQ0012305
公开日2002年4月24日 申请日期2000年9月29日 优先权日2000年9月29日
发明者李晓杰, 奚进一, 董守华, 杨文彬, 孙明, 王宇新, 朱相刚 申请人:大连理工大学