金属板材爆炸焊接研究与实践

出版时间：2007-03-01

版 次：初版

开 本：大32开

包 张：精装

第一章绪论

1．1爆炸焊接的发展历史

1．2爆炸焊接工艺装置及工艺参数

1．2．1爆炸焊接工艺装置

1．2．2爆炸焊接静态参数

1．2．3爆炸焊接动态参数

1．3爆炸焊接的特点

1．4爆炸焊接研究现状及存在的问题

1．4．1爆炸焊接研究现状

1．4．2存在的问题

1．5本书主要研究内容

第二章爆炸焊接复合板结合界面

2．1爆炸焊接复合板结合界面的微观特征

2．1．1缝隙和空洞物的测试分析

2．1．2界面的塑性变形

2．1．3界面熔化

2．1．4界面扩散

2．2爆炸焊接的三种结合界面

2．2．1对现有理论的述评

2．2．2结合界面电子扫描及成分测试

2．2．3结合界面三种波状形式的测试与比较

2．3爆炸焊接复合板界面波的分布

2．3．1界面波在复合板中的分布规律

2．3．2复合板结合界面波与装药量之间的关系

2．4本章小结

第三章复板的运动规律和碰撞作用机理

3．1复板的运动和加速过程

3．1．1复板运动姿态试验与分析

3．1．2复板的力学模型

3．2基复板相互作用机理

3．2．1高应变率、高温、高压下材料的动态强度

3．2．2爆炸焊接基复板相互作用规律

3．3本章小结

第四章基复板合理间距研究

4．1关于基复板间距的研究现状

4．2基复板间距对边界效应的影响

4．3基复板间距与复板运动速度关系的理论研究

4．3．1由复板一维运动公式得到的间距表达式

4．3．2由复板二维运动公式得到的间距表达式

4．4基复板间距与复板运动速度关系的试验研究

4．4．1闪光X射线照相法

4．4．2复板速度的测量原理

4．4．3试验方案及结果分析

4．4．4焊接质量分析

4．5本章小结

第五章爆炸焊接界面结合及成波机理

5．1爆炸焊接界面结合机理

5．1．1概述

5．1．2形成爆炸焊接界面的前提条件

5．1．3爆炸焊接的压力焊机理

5．2爆炸焊接界面波形成机理

5．2．1成波机理研究的历史与现状

5．2．2炸药爆轰反应区荷载的波状分布规律

5．2．3碰撞焊接瞬间复板上表面爆轰作用压力

5．3本章小结

第六章最佳装药量窗口研究

6．1装药量经验公式分析

6．1．1可焊性窗口的讨论

6．1．2装药量与碰撞速度关系的计算式

6．1．3可焊性窗口的炸药用量下限计算

6．2降低炸药用量的试验研究

6．2．1装药量下限经验公式的对比试验

6．2．2装药量下限经验公式的修正

6．2．3修正式的试验检验

6．3不等厚度布药

6．3．1等厚度布药爆炸焊接复合板界面波分布情况

6．3．2待焊区板振动及其对界面波的影响

6．3．3不等厚度布药的结构参数

6．3．4两种布药方式所得复合板界面形貌的比较

6．4最佳装药量窗口

6．4．1建立最佳装药量窗口的基本原则与方法

6．4．2最佳装药量窗口各点、线的物理意义

6．4．3最佳装药量窗口与可焊性窗口的比较

6．4．4应用实例

6．5本章小结

第七章硬脆金属爆炸焊接研究

7．1硬脆金属的特点

7．2T10/Q235复合板爆炸焊接试验

7．2．1问题的提出

7．2．2工具钢金相组织的软硬质相

7．2．3工具钢金相组织微观变形分析

7．2．4工具钢复合板爆炸焊接的初步试验

7．2．5工具钢复板微观组织的电镜扫描试验与分析

7．3工具钢爆炸焊接机理分析

7．3．1爆炸焊接过程的力学特点分析

7．3．2损伤场的演变及断裂机理分析

7．3．3工具钢宏观开裂的主要影响因素

7．4解决工具钢爆炸焊接易开裂的技术途径

7．4．1工艺改进措施

7．4．2工艺改进后的试验情况

7．4．3硬脆金属复合板爆炸焊接生产实例

7．5本章小结

第八章Ti/Q235复合板爆炸焊接研究

8．1钛一碳钢的焊接

8．2钛一碳钢复合板爆炸焊接试验

8．3Ti/Q235复合板的质量检测及分析

8．3．1Ti/Q235复合板超声波探伤的特殊问题

8．3．2Ti/Q235复合板超声波探伤基本原理

8．3．3Ti/Q235复合板超声波探伤检测试验

8．3．4Ti/，Q235复合板结合界面微观测试分析

8．4炸药爆速的影响因素与低爆速炸药配制

8．4．1影响炸药爆速的因素

8．4．2低爆速炸药的配制

8．5本章小结

第九章爆炸焊接的地基特性与优化

9．1地基的类型与结构

9．1．1地基的类型

9．1．2地基中的土壤结构

9．1．3地基中土壤的主要参数

9．1．4爆炸焊接中的地基缺陷

9．1．5爆炸焊接地基研究的主要问题

9．2地基对焊接质量的影响

9．2．1地基强度对焊接质量的影响

9．2．2地基波阻抗对焊接质量的影响

9．3地基的应力测试

9．3．1测试系统的组成

9．3．2测试系统的标定

9．3．3传感器的埋设

9．3．4测试系统误差分析

9．3．5试验材料

9．3．6试验条件及测试结果

9．4地基应力特性分析

9．4．1地基应力峰值随深度的衰减规律

9．4．2地基同一深度上的应力分布

9．4．3地基中应力波波速与土壤质点运动速度的关系

9．4．4地基动态本构关系

9．5地基参数变化规律

9．5．1地基破坏分区及其特征

9．5．2地基物理和力学性质的变化规律

9．5．3地基参数优化

9．6本章小结

第十章爆炸焊接次效应及其控制技术

10．1炸药在空气中爆炸对环境的危害性分析

10．1．1炸药爆炸噪声及其危害

10．1．2爆炸地震效应

10．1．3爆炸空气冲击波的危害

10．2爆炸焊接的地震动研究

10．2．1爆炸地震动的衡量

10．2．2影响爆破振动强度的因素

10．2．3爆破振动的安全距离

10．2．4爆炸焊接地震动测试

10．2．5爆炸焊接的地震动危害控制

10．3爆炸冲击波研究及其控制

10．3．1爆炸冲击波特征分析

10．3．2影响爆炸冲击波效应的因素

10．3．3爆炸冲击波与挡波墙的相互作用

10．3．4挡波墙对爆炸冲击波削波作用试验研究

10．3．5爆炸冲击波与挡波墙相互作用的数值模拟研究

10．3．6最大耗能原理及爆炸冲击波控制技术

10．4本章小结

参考文献2100433B

本书这些内容对提高焊合质量、降低炸药用量和减轻对环境的危害等提供了新的理论依据和技术途径，具有很高的学术水平。相信本书对爆炸焊接理论和技术的发展将会起到重要的促进作用。

本书是关于金属板材爆炸焊接新技术及其原理性分析的专著；中心思想是“爆轰荷载低限平稳控制理论”，即以尽可能少的炸药用量获得尽可能好的复合板质量和尽可能高的环保效益。主要学术内容包括：爆炸焊接复合板结合界面形成机理，界面微观特征及其与焊接质量的关系，复板运动与变形的力学模型，爆轰荷载与振动荷载的叠加规律及其效果，“最佳装药量窗口”对“可焊性窗口”的发展，硬脆金属爆炸焊接的“损伤场演变”，土质地基的动态本构关系，以及爆炸焊接冲击波特性及削波机理等。涉及的新技术主要有：复合板质量评价方法，不等厚度布药工艺，最佳装药量窗口建立方法，工具钢一普碳钢、铜一铝和工业纯钛一普碳钢等多种复合板的高质量爆炸焊接技术，钛复合板质量检测技术，地基优化技术及挡波墙技术等。

本书可供爆炸焊接、材料合成与加工等领域的工程技术人员参考，也可作为有关专业本科生和研究生的教科书或参考书。

早期的观点及近期发展出的结论逐步将爆炸焊接界面波存在的不规则性呈现出来，并进行了定性分析，但尚未实现量化分析。据此，本项目以爆炸焊接界面为研究对象，基于分形理论建立了焊接界面形貌定量分析方法。主要研究内容及对应结果： (1) 基于爆炸焊接波状界面形成的失稳机理与流体—弹塑性模型，在飞板反向射流与空气之间存在着R-T、K-H，甚至R-M不稳定性条件，因而提出失稳是发生在金属流体薄膜与空气之间。由界面波幅与波长之比判定线性理论成立，从而建立双层流体失稳线性控制方程，获得失稳发展特征指数表达式。结果表明在金属流体弹—粘性与失稳机制竞争作用下，特定波长范围的扰动能够被优先发展，其他波长的扰动被抑制或未能发展，从而使得波状界面在沿爆轰方向较为一致，实验结果也验证了这一结论的正确性。 (2) 进一步利用分形理论研究爆炸焊接界面形貌特征。运用三维超景深显微镜获得界面形貌图像，通过Matlab图像分析技术对界面形貌进行二值化处理，基于分形理论获得图像分维值以及多重分维谱，从而建立界面形貌定量表征方法。 (3) 基于(2)所建立的方法对(1)所阐述的爆炸焊接界面波的形成、发展与最终形貌开展分维表征，从而实现对界面形貌的定量分析。 (4)利用(3)所形成的结论，对爆炸焊接界面形貌差异开展定量化评价。运用三维超景深显微镜获得爆炸焊接界面形貌图像，结合冲量理论，定义中心区域与边侧区域分界线；最后基于分形理论实现焊接界面形貌差异定量描述。 (5)利用(4)所形成的结论，结合分维是熵的度量之物理意义建立界面结构熵，导出波状焊接界面微观结合面积计算式；结合内聚力模型，阐述界面结构对复合性能影响的能量关系式，实现界面结构与断裂性能的定量分析。 (6)基于(5)的结论，尝试建立界面剪切强度与断口轮廓分维值及其多重分形谱关系。结果表明焊接界面剪切强度在数值上与分维值及多重分形谱呈正相关。 本项目成功建立了爆炸焊接波状界面形貌定量表征方法，导出了界面分维值与对应结合能关系式，从而实现焊接界面形貌结构及对应失效行为量化分析，为焊接界面性能定量评价指供理论指导。按照预期计划完成了项目研究。

爆炸焊接金属复合板已在工业上得到广泛应用，其复合质量由焊接界面波状形貌决定，然而学术上对界面波形貌分析仍处于定性水平，尚未建立定量分析方法，对该问题的研究具有重要的科学意义和工程应用价值。本课题打破欧几里德几何思想束缚，从分形几何角度研究波状界面形貌。研究过程中首先获得研究对象的图像数据，并利用分维分析方法对波状界面形貌、炸药铺设厚度及爆轰产物压力脉动等具有的分形特征进行研究，实现图像数据的定量表征；其次，从流体界面稳定性理论出发，建立射流运动动力学方程并求解，通过对方程解的分析揭示界面形貌对初始条件的依赖关系。最后，基于已表征的波状界面形貌对初始条件依赖关系，利用二维多重分形界面重构，通过迭代生成表面凹凸不平的几何对象，使其与界面形貌图像吻合，实现对应初始条件下焊接界面形貌的计算机界面重构，该方法反过来可指导爆炸焊接参数工程定量设计。