一种自约束高能量利用率的爆炸焊接装置的制作方法

本发明属于爆炸焊接技术领域，具体涉及一种自约束高能量利用率的爆炸焊接装置。

背景技术：

爆炸复合是利用炸药爆炸产生的强大冲击波，使复层金属与基层金属高速斜碰撞产生射流，清理待焊接面，从而使基复层实现冶金结合的一种技术。爆炸复合材料综合了二种或多种金属材料的优点，所以其性能优异。并且相比于其他复合材料而言，爆炸复合工艺简单，不需要昂贵的实验设备和精细的人工操作，所以爆炸复合材料成本低廉。经过几十年来的发展，目前几乎能实现所有金属间的爆炸复合，其产品广泛运用于工业生产中，并且在航空航天、石油、化工、军事等领域有着不可替代的作用。尽管如此，爆炸复合技术依然存在着许多不足之处，传统的爆炸复合技术中，直接将炸药铺设在复层金属上，炸药的上端裸露在空气中，即只利用的炸药一端的能量，所以炸药能量利用率很低，且大量冲击波传入空气中会造成很大的噪声污染。针对此问题中国专利CN200610096800.3公开了一种双立式爆炸焊接装置；中国专利CN201310282589.4公开了一种基于蜂窝结构炸药的平卧式双面爆炸焊接技术，尽管上述二个发明理论上均能极大的提高炸药的能量利用率，然而在实际生产中均面临着复合板飞散的问题。在爆炸复合过程中，复层金属通常以几百米至数千米的速度撞击基层金属，形成的复合板通常也可达几百米的速度。对于双面爆炸焊接，复合板在无约束或弱约束的条件下将产生数十米甚至几百米的远距离飞行，轻则损坏复合板，重则伤及周边人员，这种情况在实际生产中是不允许出现的，而如何能约束住复合板的运动则成为实现双面爆炸复合工业生产的关键问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统爆炸复合中炸药能量利用率低，而双面爆炸复合中存在着复合板飞散的安全隐患等问题，设计了一种自约束高能量利用率的爆炸焊接装置。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种自约束高能量利用率的爆炸焊接装置，该爆炸焊接装置主要由一组或多组双面爆炸焊接组合和一组单面焊接组合构成，将一组或多组双面爆炸焊接组合从下至上依次叠放，然后将单面焊接组合叠放在最上层的双面焊接组合上。

其中，所述的双面爆炸焊接组合从下到上依次包括基板A，支撑柱A，复板A，第一结构炸药，复板B，支撑柱B，基板B，其中，所述的基板A水平放置在平台上，并在其上表面均匀的布置支撑柱A。

其中，双面爆炸焊接组合中的支撑柱应具有较强的承载能力，优选的是由铝或其他金属卷制的圆柱壳，其高度为炸高，厚度由承载强度决定。

其中，所述的复板A水平的放置在支撑柱A上。

其中，所述的结构炸药为具有一定承载能力双面爆炸焊接专用结构炸药，其优选的是蜂窝铝结构炸药，即通过将传统爆炸焊接炸药布置在蜂窝铝结构中组成结构炸药，从而使结构炸药具备很强的承载能力，结构炸药的上下二端分别与复板A和复板B紧密贴合。

其中，所述的支撑柱B均匀的布置在复板B上；所述的基板B水平的放置在支撑柱B上，所述的基板B、复板B与基板A、复板A关于炸药呈完全对称结构。

其中，所述的单面焊接组合与传统爆炸焊接装置一致，从下到上依次包括基板C，支撑柱C，复板C，第二结构炸药，所述的基板C、复板C与双面焊接中的基板、复板一致；所述的第二结构炸药也与双面焊接组合中的第一结构炸药一致。

其中，将起爆雷管布置在每一层炸药的同一位置，并同时进行起爆。

本发明的工作原理是：对于含一组双面爆炸焊接组合的情况，在炸药的驱动下双面爆炸焊接组合中炸药下侧的复合板向下运动，其动能被地基吸收，炸药上侧的复合板向上运动，同时单面焊接组合中形成的复合板则向下运动，由于结构的对称性，二块复合板中冲击波强度理论上应该相等，所以当二块复合板中的冲击波传到交界面时会互相抵消，使冲击波强度降为零，从而约束了复合板的运动。对于多组双面爆炸焊接组合的情况，处于中间的双面爆炸焊接组合炸药下侧复合板中的冲击波与下层组合上侧复合板中的冲击波抵消，炸药上侧的复合板中的冲击波与上层组合的下侧复合板中的冲击波相互抵消。所以，整个系统处于自约束的状态。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、相比于传统爆炸焊接，本发明所设计的爆炸焊接装置能显著的提高炸药的能量利用率，减少炸药的使用量。本发明采用了一组或多组双面爆炸组合，利用了炸药二端的能量，能量利用率提高了二倍，而只采用了一组单面焊接组合。所以，对于有n组双面爆炸焊接组合的装置将会节约炸药n/(2n+1)。

2、相比于双面爆炸焊接，尽管本发明所设计的装置牺牲了顶层焊接组合中炸药一侧的能量，但解决了双面爆炸焊接中上层复合板飞散的问题，提高了焊接成品率和焊接作业的安全性。

3、本发明所设计的爆炸焊接装置在一块地基上一次可以焊接至少3块复合板，故可以显著的提高工作效率，节约爆炸场地。

4、本发明所设计的爆炸焊接装置整个系统处于自约束状态，炸药能量利用率合理，减少了冲击波传入空气中的能量，降低了噪音污染。

附图说明

图1是本发明含一组双面爆炸焊接组合的装置图；

图2是本发明含多组双面爆炸焊接组合的装置图；

图3是本发明蜂窝结构炸药示意图；

图中各图号构件的名称为：1-基板A；2-支撑柱A；3-复板A；4-第一结构炸药；5-复板B；6-支撑柱B；7-基板B；8-基板C；9-支撑柱C；10-复板C；11-第二结构炸药；12-雷管；13-地基；14-蜂窝铝；15-炸药。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

针对不锈钢和钢和爆炸复合，其中基板为钢，尺寸为：4000mm×2000mm×20mm；复板为不锈钢，尺寸为4000mm×2000mm×3mm。

参见图1，本实施例含有一组双面焊接组合和一组单面焊接组合。所述的双面焊接组合中基板A(1)平放在地基(13)上并在其上表面均匀布置有支撑柱A(2)，所述支撑柱由薄铝片卷制而成，其壁厚0.5mm，高度8mm。经MTS试验，单个支撑柱可承载1.2KN，经估算所需承载总重量约为32KN，所以每单位面积布置4个支撑柱，即4×8×1.2＝38.4KN>32KN；第一结构炸药(4)其上下表面分别与复板A(3)、复板B(5)紧密贴合，所述第一结构炸药由蜂窝铝(14)和炸药(15)组成(参见图3)，其中蜂窝铝(14)壁厚为0.06mm，半径为8mm，高度为20mm，炸药(15)为粉状硝铵，密度为0.8g/cm³，厚度为20mm。支撑柱B(6)均匀的布置在复板B(5)上，其中支撑柱B(6)与支撑柱A(2)完全一致，基板B(7)水平放置在支撑柱B(6)上。所述单面焊接组合中基板C(8)平放在双面焊接组合中的基板B(7)上，在基板B(7)上端布置有支撑柱C(9)，其中支撑柱C(9)也与支撑柱A(2)完全一致。复板C(10)布置在支撑柱C(9)的上端，第二结构炸药下端与复板C(10)紧密贴合。第二结构炸药(11)与第一结构炸药(4)一致，将雷管(12)布置在结构炸药左侧中点处，并对第一结构炸药(4)和第二结构炸药(11)同时进行引爆。

炸药起爆后，双面焊接组合中复板A(3)向下飞行与基板A(1)碰撞形成复合板A；复板B(5)向上飞行，撞击基板B(7)，结合为复合板B。单面焊接组合中复板C(10)向下飞行与基板C(8)碰撞结合为复合板C。其中复合板A中冲击波向下传播，最终被地基中反射波稀疏；而复合板B中的冲击波向上运动，复合板C中的冲击波向下运动，二则在交界面碰撞而相互抵消，故整个装置处于自约束的状态，完美的抑制了复合板的飞行。此外本次爆炸焊接一次性复合3块复合板，对于传统爆炸焊接需要3份炸药，而本发明则只需要2份炸药，故炸药节省了1/3。

实施例2

针对不锈钢和铝的爆炸复合，其中基板为不锈钢，尺寸为：400mm×400mm×28mm；复板为铝，尺寸为400mm×400mm×4mm。

参见图3，本实施例含有n组双面焊接组合和一组单面焊接组合。其中双面焊接组合从下到上依次叠放，单面爆炸焊接组合叠放在双面焊接组合最上层的基板上。各层支撑柱的高度为炸高10mm，数量由承载重量决定。结构炸药由蜂窝铝和粉状硝铵构成，炸药高度为22mm，引爆雷管置于每层炸药左端中点处并同时进行引爆。

炸药起爆后最底层的双面焊接组合炸药下侧的复合板向下运动，其能量被地基吸收，而中间各组合复合板中的冲击波与其相邻组合复合板中的冲击波在接触界面相互抵消，故所有的复合板将不会向外飞行。这样一次爆炸焊接一共复合了2n+1块板，对于传统爆炸焊接需2n+1份炸药，而采用本发明所设计的装置只需要n+1份炸药，所以节约炸药量为n/(2n+1)。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。