一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种测量装置及测量方法，尤其是一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置及测量方法，属于爆炸复合技术领域。

背景技术：

随着现代工业的发展，单一金属管的性能已经很难满足工业生产要求，而复合型金属管结合了各个金属管的优点，可以获得单一金属管不具备的复合性能。爆炸复合是利用炸药爆炸产生的可控巨大能量和冲击波，使不同金属管在一定碰撞角度下高速碰撞，在碰撞点产生高温高压并使碰撞点附近的金属材料产生强烈塑性变形，而实现不同金属材料组合的高质量冶金结合的技术。爆炸复合法可实现多种金属管的复合，其爆炸复合效率高，覆层金属管厚度可控，界面结合强度高，是一种较为理想的复合管制造方法，然而爆炸复合所需条件苛刻，必须在狭窄的“爆炸窗口”内才能达到较好的复合效果，因此需要一种测试方法获得内层金属管的膨胀撞击速度，其可为金属管爆炸复合参数设计提供依据，而常用的高速摄影法只能适用于测量金属板爆炸复合时的覆板撞击速度，不能用于复合管内管膨胀速度测量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置，该装置在实际应用中操作简便，其获得的内层金属管膨胀速度可为金属管爆炸复合参数设计提供依据，从而达到较好的复合效果。

本发明的另一目的在于提供一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量方法，该方法也适用于测量金属板爆炸复合时的覆板撞击速度。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置，包括炸药和起爆器，所述炸药通过起爆器起爆雷管后引爆，还包括金属管、数据采集仪和两对压力传感器，所述金属管包括内层金属管和外层金属管，两对压力传感器位于金属管径向对称的位置上，且每对压力传感器中的两个压力传感器分别粘贴在内层金属管内壁和外层金属管内壁径向的同一方向位置上，并分别与数据采集仪相连，所述炸药设置在内层金属管内，所述内层金属管固定在外层金属管中心位置。

优选的，所述压力传感器为薄膜状结构。

优选的，所述压力传感器为PVDF压力传感器或合金薄膜压力传感器。

优选的，粘贴在内层金属管内壁的压力传感器的引线从内层金属管与炸药起爆端相反的一端引出。

优选的，粘贴在内层金属管内壁的压力传感器表面贴有一层保护层。

优选的，粘贴在外层金属管内壁的压力传感器的引线从外层金属管的切口引出。

优选的，所述内层金属管外壁和外层金属管内壁之间具有间隙。

优选的，所述内层金属管为铝管或铜管，所述外层金属管为钢管或铸铁管。

优选的，所述数据采集仪为示波器或采集卡，其采样频率不低于10M/s；所述炸药为低密度、低爆速炸药，所述起爆器为高能脉冲起爆器或激光起爆器。

本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：

一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量方法，所述方法包括以下步骤：

1)选用材质符合要求以及尺寸相匹配的内层金属管和外层金属管；

2)将两对压力传感器布置在金属管径向对称的位置上，且每对压力传感器中的两个压力传感器分别粘贴在内层金属管内壁和外层金属管内壁径向的同一方向位置上；

3)将两对压力传感器分别与数据采集仪相连；

4)将装有炸药的内层金属管固定在外层金属管中心位置；

5)利用起爆器起爆雷管后引爆炸药；

6)起爆后，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过两对压力传感器采集到金属管爆炸复合时所对应的压力时程曲线；

7)根据每对压力传感器中两个压力传感器所对应的压力时程曲线的起始点时间间隔，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过起爆器起爆雷管的方式将炸药引爆，使内层金属管膨胀并撞击外层金属管，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过两对压力传感器采集到金属管爆炸复合时所对应的压力时程曲线，根据每对压力传感器中两个压力传感器所对应的压力时程曲线的起始点时间间隔，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度，其可为金属管爆炸复合药量以及内、外层金属管间距的确定提供依据，从而达到较好的复合效果，另外也适用于测量金属板爆炸复合时的覆板撞击速度。

2、本发明通过数据采集仪可以记录内层金属管撞击外层金属管产生撞击的压力时程曲线，为金属管的爆炸复合参数调整提供参考。

3、本发明的两对压力传感器位于金属管径向对称的位置上，可有效减少因内层金属管与外层金属管的位置偏差而引起的误差，从而提高测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例1的金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置结构示意图。

图2为本发明实施例1的金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置中数据采集仪采集到的压力时程曲线图。

其中，1-炸药，2-起爆器，3-数据采集仪，4-压力传感器，5-雷管，6-内层金属管，7-外层金属管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置，该装置包括炸药1、起爆器2、金属管、数据采集仪3和两对压力传感器4，所述炸药1通过起爆器2起爆雷管5后引爆，所述金属管包括内层金属管6和外层金属管7，两对压力传感器4位于金属管径向对称的位置上，且每对压力传感器4中的两个压力传感器4分别粘贴在内层金属管6内壁和外层金属管7内壁径向的同一方向位置上，并分别与数据采集仪相连，所述炸药1设置在内层金属管6内，所述内层金属管6固定在外层金属管7中心位置。

所述两对压力传感器4位于金属管径向对称的位置上，可以减少因内层金属管7与外层金属管8的位置偏差而引起的误差，四个压力传感器均为薄膜状结构，优选采用PVDF(Polyvinylidene Fluoride，聚偏氟乙稀，经过极化)压力传感器，每个PVDF压力传感器的大小为3mm×6mm，每个PVDF压力传感器响应时间快，可分别测得内层金属管6内壁入射压力以及内层金属管6撞击外层金属管7的撞击压力时程曲线；粘贴在内层金属管内壁的压力传感器的引线穿过内层金属管从炸药起爆端相反的一端引出，避免其在采集到入射压力起始点前被炸药炸断，粘贴在内层金属管内壁的压力传感器表面贴有一层保护层，保证其能采集到信号，粘贴在在外层金属管内壁的压力传感器的引线从外层金属管的切口引出，避免引线干扰爆炸压合过程。

所述内层金属管6可以为铝管，其外径为30mm，内径为28mm，长度为40cm，外层金属管7可以为钢管，其外径为38mm，内径32mm，长度为35cm；所述内层金属管6外壁和外层金属管7内壁之间具有间隙，该间隙不能过大，确保内层金属管6在炸药1爆炸后膨胀并能撞击外层金属管7，使外层金属管7内壁上的压力传感器4能测得内层金属管6撞击外层金属管7的压力。

所述炸药1为低密度、低爆速炸药，如矿用炸药，其密度为0.7g/cm3，厚度为7mm，爆速为1600m/s～2000m/s；

所述起爆器2可以采用高能脉冲起爆器，通过起爆雷管6的方式，将炸药1引爆；其中，本实施例采用的雷管6为导爆管雷管。

所述数据采集仪3具有存储功能并有足够存储长度与较高的采样频率，可以采用泰克示波器，其采样频率为50M/s。

本实施例的金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量装置工作原理为：

起爆器2通过起爆雷管5的方式，将炸药1引爆，使内层金属管6膨胀并撞击外层金属管7，将内层金属管6复合在外层金属管7上，数据采集仪3通过两对压力传感器4采集到金属管爆炸复合时所对应的压力时程曲线，如图2所示，位于金属管径向对称的两对压力传感器4，其中一对压力传感器4中两个压力传感器4所对应的压力时程曲线的起始点时间间隔为2.87μs，另一对压力传感器4中两个压力传感器4所对应的压力时程曲线的起始点时间间隔为2.72μs，平均间隔时间(Δt)为2.795μs，结合内层金属管6和外层金属管7之间的间距(指内层金属管外径与外层金属管内径之间的差值的一半，即(32mm-30mm)2＝1mm，用ΔL表示)，根据速度计算公式(v＝ΔL/Δt)计算的内层金属管6在爆炸复合时的膨胀速度平均值为357.78m/s。

实施例2：

本实施例提供了一种金属管爆炸复合时内管膨胀速度测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、选用材质符合要求以及尺寸相匹配的内层金属管和外层金属管；

步骤二、将两对压力传感器布置在径向对称的位置上，且每对压力传感器中的两个压力传感器分别粘贴在内层金属管内壁和外层金属管内壁径向的同一方向位置上；

步骤三、将两对压力传感器分别与数据采集仪相连；

步骤四、将装有炸药的内层金属管固定在外层金属管中心位置；

步骤五、利用起爆器起爆雷管后引爆炸药；

步骤六、起爆后，将内层金属管复合在外层金属管上，数据采集仪通过两对压力传感器采集到金属管爆炸复合时所对应的压力时程曲线；

步骤七、根据每对压力传感器所对应的压力时程曲线的起始点时间间隔，以及内层金属管和外层金属管之间的间距，计算内层金属管膨胀的平均速度

由于炸药直接作用在内层金属管，使得粘贴在内层金属管内壁的压力传感器过早遭受破坏，其只能采集到入射压力的上升段而不能采集到内层金属管撞击外层金属管产生的反射压力，因此只能利用粘贴在外层金属管内壁的压力传感器获取内层金属管撞击外层金属管产生撞击压力时程曲线，最终根据内层金属管入射压力曲线的起始点与内层金属管撞击外层金属管产生撞击压力曲线的起始点时间间隔以及内、外层金属管间距计算内层金属管膨胀的平均速度；测量时粘贴在内层金属管内壁的传感器的引线穿过内层金属管，且需要从炸药起爆端的相反一端引出，避免其在采集到入射压力起始点前被炸药炸断，粘贴在内层金属管内壁的压力传感器表面贴有一层保护层，保证其能采集到信号，粘贴在外层金属管内壁的传感器的引线从外层金属管的切口引出，避免引线干扰爆炸压合过程。

综上所述，本发明通过压力传感器测量的金属管爆炸复合时的内层金属管膨胀速度，可为金属管爆炸复合药量以及内、外层金属管间距的确定提供依据，从而达到较好的复合效果，另外也适用于测量金属板爆炸复合时的覆板撞击速度。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，例如压力传感器还可以采用合金薄膜压力传感器，内层金属管还可以采用铜管，外层金属管还可以采用铸铁管，数据采集仪还可以采用采集卡，起爆器还可以采用激光起爆器等，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。