典型材料爆炸焊及爆炸焊安全

1、第三節(jié) 常用材料及典型工件的爆炸焊一、鈦-鋼復(fù)合板的爆炸焊接工藝 鈦-鋼復(fù)合板在石油化工和壓力容器中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。用鈦-鋼復(fù)合板制造的設(shè)備內(nèi)層鈦耐蝕性好，外層鋼具有高強(qiáng)度，復(fù)合結(jié)構(gòu)還具有良好的導(dǎo)熱性，克服熱應(yīng)力及耐熱疲勞、耐壓差等不足，可以在更苛刻的條件下工作，同時(shí)可以成倍地降低設(shè)備成本。因此，鈦-鋼復(fù)合板已經(jīng)成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)和壓力容器工業(yè)不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。鈦/鋼復(fù)合板氧化塔 （一）鈦-鋼復(fù)合板爆炸焊接的安裝 大面積鈦-鋼復(fù)合板爆炸焊接時(shí)，其安裝工藝多采用平行法，起爆方式多采用中心起爆法，少數(shù)情況下在長(zhǎng)邊中部起爆，各類(lèi)安裝工藝示意如圖7-8所示。圖中有兩個(gè)投影視圖，分別表示板的長(zhǎng)度和寬

2、度方向。圖7-8a、b分別表示雷管的安放位置不同；圖7-8ce分別表示有高速起爆混合炸藥時(shí)的雷管安放位置。（二）鈦-鋼復(fù)合板爆炸焊接參數(shù)選擇 從排氣角度考慮，覆板越厚、面積越大，炸藥的爆速應(yīng)該越低，并且應(yīng)采用中心起爆法。為了減小和消除雷管區(qū)影響，在雷管下通常添加一定量的高爆速炸藥。在爆炸焊接大面積復(fù)合板的情況下，為了間隙的支撐有保證，可在兩板之間安放一定形狀和數(shù)量的金屬間隙物。在大厚板坯的爆炸焊接情況下，間隙柱宜支撐在基板之外。為了提高效率和更好地保證焊接質(zhì)量，可采用對(duì)稱(chēng)碰撞爆炸焊接的工藝來(lái)制造這種復(fù)合板坯，如圖7-9所示。二、鋯合金-不銹鋼管接頭的爆炸焊接 為了在核工程建設(shè)中節(jié)省稀缺和貴重的

3、金屬材料以及降低工程造價(jià)，可以在反應(yīng)堆內(nèi)使用鋯合金管，而在堆外使用成本相對(duì)較低的不銹鋼管。爆炸焊接很好地解決了這兩種物理和化學(xué)性質(zhì)相差較大的管材的焊接問(wèn)題。 （一）復(fù)合管的爆炸焊工藝：焊前準(zhǔn)備 焊接前，清理不銹鋼管與鋯合金管的待焊表面。不銹鋼管內(nèi)表面粗糙度要求較高，需用丙酮或酒精去除油污和雜質(zhì)，再用水沖洗晾干。鋯合金管可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45HNO35HF50H2O的溶液進(jìn)行清洗，去除表面的氧化膜、油污和雜質(zhì)。安裝裝配時(shí)應(yīng)在固定的夾具上裝配，要控制好間距，通常間距為0.70.8mm。然后裝好炸藥，用藥量也根據(jù)鋯合金管壁厚而定，如壁厚為1mm時(shí)，用藥量65 70g；壁厚為1.5 2.0mm時(shí)，用藥量

4、75 85 g；壁厚為2.0 3.0mm時(shí)，用藥量80 100g。爆炸焊接爆炸焊時(shí)，整個(gè)接頭應(yīng)放入固定好的夾模具中進(jìn)行，此模具對(duì)成形起到良好作用，它應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。爆炸焊結(jié)束后，對(duì)焊接接頭按工藝條件要求進(jìn)行清理或加工。 規(guī)格50 mm3.4 mm的不銹鋼管（基管）與42 mm1.5 mm的鋯合金管（覆管）進(jìn)行爆炸焊接。 （二）結(jié)合區(qū)組織和力學(xué)性能 鋯合金與不銹鋼復(fù)合管爆炸焊接的結(jié)合區(qū)為有規(guī)律的波形結(jié)合，界面兩側(cè)的金屬發(fā)生了拉伸式和纖維狀的塑性變形，離界面越近這種變形越嚴(yán)重。波前的漩渦區(qū)匯集了爆炸焊接過(guò)程中形成的大部分熔化金屬，少量殘留在波脊上，厚度為微米級(jí)。 第四節(jié) 爆炸焊質(zhì)量檢驗(yàn)及安全防護(hù)

5、一、爆炸焊接頭質(zhì)量檢驗(yàn) （一）常見(jiàn)焊接缺陷 爆炸焊接頭常見(jiàn)缺陷有宏觀缺陷和微觀缺陷，其中宏觀缺陷主要有界面結(jié)合不良、鼓包、大面積熔化等。結(jié)合不良結(jié)合不良是指爆炸焊后，覆板與基板之間全部或大部分沒(méi)有結(jié)合，或者即使結(jié)合但強(qiáng)度低。要克服這種缺陷首先應(yīng)選用引爆速度較低的炸藥，其次是使用足夠的炸藥量和適當(dāng)?shù)拈g隙距離。另外，選擇好起爆位置，使之能縮短間隙排氣路程，創(chuàng)造有利于排氣的條件。鼓包鼓包是在復(fù)合板上局部位置有凸起，其間充滿(mǎn)氣體，敲擊時(shí)發(fā)出“梆梆”聲。要消除鼓包除了選擇合適炸藥量和間距外，還要注意造成良好的排氣條件。大面積熔化大面積熔化多發(fā)生在雙金屬板爆炸焊，在結(jié)合面上產(chǎn)生大面積熔化。要減輕和消除這種

6、現(xiàn)象，主要采用低爆速炸藥和中心起爆法，以創(chuàng)造良好的排氣條件。表面燒傷表面燒傷是指覆板受爆炸熱氧化燒傷，其防止措施是使用低爆速炸藥和采用瀝青等保護(hù)層置于炸藥和覆板之間。爆炸變形爆炸變形是指爆炸焊后復(fù)合板在長(zhǎng)、寬、厚三個(gè)方向的尺寸和形狀上發(fā)生宏觀的和不規(guī)則的變化。一般情況下這種變形很難避免，但可以采取一些措施減輕變形，例如，增加基板的剛度或其他工藝措施。變形后的復(fù)合板在加工或使用前必須校平或調(diào)直。爆炸脆裂爆炸脆裂多出現(xiàn)在材質(zhì)常溫沖擊性能太低，強(qiáng)度或硬度很高的情況。除非采用熱爆炸焊工藝（即爆炸前對(duì)工件預(yù)熱），一般很難消除。爆炸焊缺陷雷管區(qū)未結(jié)合雷管區(qū)未結(jié)合是在雷管引爆的部位，由于能量不足和排氣不暢而

7、引起該區(qū)未結(jié)合，通常采用在該處增加炸藥量或?qū)⑵湟鰪?fù)合面積之外的辦法來(lái)避免。邊部破裂邊部破裂是在復(fù)合板的周邊或復(fù)合管（棒）的前端，由于邊界效應(yīng)而使覆層被損傷、破裂的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是周邊或前端能量過(guò)大，因此，只要減少邊部或前端的炸藥量，增加覆板、覆管的尺寸或在厚板的待結(jié)合面之外的周邊刻槽等，就可以減少或清除這種現(xiàn)象。爆炸打傷由于炸藥結(jié)塊或分布不均勻，使局部能量過(guò)大，或者炸藥內(nèi)混有固態(tài)硬物，其撞擊覆板表面而出現(xiàn)的麻坑、凹陷或小溝等，影響表面質(zhì)量，其防止措施主要是凈化炸藥和均勻布藥。爆炸焊缺陷 除上述宏觀缺陷外，在爆炸焊的復(fù)合板內(nèi)部通過(guò)一些非破壞性和破壞性的方法還可能測(cè)出微觀缺陷，如微

8、裂紋、顯微孔洞、夾雜物或粗大的組織狀態(tài)等。這些微觀缺陷會(huì)造成爆炸復(fù)合板的顯微組織不均勻，影響復(fù)合板的力學(xué)性能。 （二）質(zhì)量檢驗(yàn)方法 爆炸焊接頭的質(zhì)量檢驗(yàn)方法有非破壞性和破壞性檢驗(yàn)兩大類(lèi)。表面質(zhì)量檢驗(yàn)主要目的是對(duì)爆炸焊復(fù)合板表面及其外觀進(jìn)行檢查，如損傷、破裂、氧化和翹曲變形等。輕敲檢驗(yàn)用錘子對(duì)覆層各個(gè)位置逐一輕敲，以其聲響來(lái)初步判斷其界面結(jié)合情況，可以大致估算結(jié)合面積率。 根據(jù)GB/T6396-1995復(fù)合鋼板性能試驗(yàn)方法，用剪切和彎曲試驗(yàn)來(lái)確定爆炸焊復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度，用拉伸試驗(yàn)來(lái)確定其抗拉強(qiáng)度。 爆炸焊復(fù)合件的檢驗(yàn)除上述幾種方法外，還可根據(jù)具體情況和需要進(jìn)行顯微硬度、金相、沖擊、扭轉(zhuǎn)、疲勞、熱

9、循環(huán)和各種抗腐蝕性能等檢驗(yàn)。1.非破壞性檢驗(yàn)超聲波檢驗(yàn)利用超聲波探測(cè)界面結(jié)合情況和定量測(cè)定結(jié)合面積。2.破壞性檢驗(yàn) 二、爆炸焊安全與防護(hù) 爆炸焊是以炸藥作為能源進(jìn)行焊接，爆炸過(guò)程中存在很多不安全因素，因此爆炸焊過(guò)程中的安全問(wèn)題顯得格外重要，必須制定嚴(yán)格的管理制度和實(shí)施規(guī)程。爆炸焊實(shí)踐中必須注意的安全事項(xiàng)如下： 1）爆炸場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離建筑物的地方。進(jìn)行爆炸焊的場(chǎng)所周?chē)坏糜锌赡苁艿綋p害的物體。 2）炸藥庫(kù)要嚴(yán)格管理，管理人員必須晝夜值班，外人不得人內(nèi)；炸藥、雷管和導(dǎo)爆索等火工用品須分類(lèi)分開(kāi)存放，入庫(kù)和出庫(kù)要加以嚴(yán)格管理，做好相關(guān)的各項(xiàng)記錄。 3）炸藥和原材料、雷管和工作人員均需分車(chē)運(yùn)輸。嚴(yán)禁炸

10、藥和雷管同車(chē)運(yùn)輸。 4）對(duì)從事爆炸焊工作的人員必須進(jìn)行職業(yè)技能培訓(xùn)和考核，只有通過(guò)考核并取得操作證者才可以進(jìn)行操作。 5）所有工作人員必須接受安全和保衛(wèi)部門(mén)的監(jiān)督，遵守國(guó)家有關(guān)政策法令。爆炸焊操作過(guò)程應(yīng)由專(zhuān)人進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和指揮，應(yīng)按事先計(jì)劃好的工藝規(guī)程進(jìn)行，雷管和起爆器應(yīng)指定專(zhuān)人管理。 6）在進(jìn)行爆炸焊操作之前應(yīng)確保所有工作人員和備用物件均處于安全地帶，并確保所有人員做好防聲、防震措施。引爆前發(fā)出預(yù)定信號(hào)，炸藥爆炸3min后工作人員才能返回爆炸地點(diǎn)。若炸藥未能爆炸，也必須在3min后再進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和處理。工作人員不得將火種、火源帶入工作現(xiàn)場(chǎng)。 爆炸焊生產(chǎn)中通常使用低爆速的混合炸藥，如銨鹽和銨油炸藥。前者由硝酸銨和一定比例的食鹽組成，后者由硝酸銨和一定比例的柴油組成，僅使用少量的TNT來(lái)引爆炸藥。硝酸銨是一種常見(jiàn)的化肥，它是非常穩(wěn)定