爆炸焊接中地震波的安全校核和安全防护

爆炸焊接是利用炸药的能量，将两件(或多件)复合材料，在爆轰波作用下，实现高速斜碰撞而焊接在一起。爆炸焊接作为一种特种焊接技术，在国防、航空、航天、石油、化工、机械制造等许多领域得到了广泛的用。爆炸焊接最突出的特点是:可将性能差异极大、用通常方法很难熔焊在一起的金属焊接在一起;爆炸焊接结合面的强度很高，往往比母体金属中强度较低的母体材料的强度还高。但爆炸焊接与其他爆破工程一样，因为是以炸药为能源，所以也存在有爆炸地震波、爆破毒气、爆破噪音等安全方面的问题。作者结合爆炸焊接的特点，对这些安全问题作一些分析和探讨，并分别提出相应的安全防护措施。

爆炸震动是爆炸的主要危害之一。爆炸焊接一次起爆药量大，因此，对爆炸焊接地震波的校核和防护就显得格外重要。

爆炸焊接震动的安全防护措施

为了减小爆炸焊接中爆破震动对周围环境的危害，通常情况下，主要采取两种措施:

1) 在爆炸焊接作业点挖一、二米左右深的基坑，在基坑中填以松土和细沙，将基板置于松土和细沙之上。爆炸焊接时，基复板向下运动的能量将有较大一部分被松土和细沙所吸收，使之不能向外传播;同时，细沙和松土对表面波的传播也不利，可以降低表面波的传播能量。

2) 在距爆炸焊接施工点20米的范围处挖设宽1米、深2.5米左右的防震沟。为防止爆炸焊接时将沟震塌，可在沟中填以稻草、废旧泡沫塑料等低密度、高空隙率的物质。防震沟可截断一部分地震波、特别是表面波的传播通道，明显地降低爆破地震波对周围环境的影响。

因为爆炸焊接是裸露爆破，爆炸产生的毒气不受阻碍地向四周传播，所以在进行连续爆炸焊接作业时，必须考虑毒气对周围环境的影响。

1) 炸药为非零氧平衡炸药:当炸药为负氧平衡时，由于氧量不足，CO2易被还原成CO; 当炸药为正氧平衡时，多余的氧原子在高温、高压下易同氮原子结合生成氮氧化物。

2) 爆炸反应的不完全性:由于炸药组成成分的配比是按反应完全的情况确定的，而当炸药受潮或混合不均匀时，实际炸药爆轰往往有部分反应不完全，爆轰产物偏离预期的结果，这样必将产生较多的有毒气体。

3) 炸药与其他组分的作用:爆炸焊接时，一般用硬纸板、塑料板或木板做成装药框;另外，为了保护复板表面，常常用油毡、橡胶、黄油等作缓冲层，盖涂在复板表面，以使其不直接与炸药接触。当炸药爆炸时，这些可燃物质就会与爆轰产物作用而产生有毒气体。

4) 毒气的种类:爆炸焊接产生毒气的种类与炸药的种类、炸药的受潮程度、药框及缓冲层的材料等有关。当使用硝铵类炸药时，一般会生成:NO、NO2、N2O3、H2S、CO和少量的HCl等有毒气体。

爆炸焊接毒气的防护

在不采取任何措施的情况下，爆炸焊接产生的灰尘和气体呈蘑菇状，可以冲起二、三十米高，随风飘出一、二千米之外。对爆炸焊接产生毒气的防护方法有:

1) 采用混合均匀的零氧平衡炸药，使爆炸产生的有毒气体量降低到最少。

2) 避免使用受潮的炸药，同时采用高能炸药(如TNT、RDX等)作起爆药柱，加强起爆能，确保炸药反应完全。

3) 在爆炸焊接作业点安装自动喷雾洒水装置。在爆炸焊接完成的瞬间，立即进行喷雾洒水，能大大抑制爆炸毒气及灰尘的产生和扩散。

在爆炸焊接时，炸药裸露空气在中爆炸，无覆盖，故产生的噪音远比同当量地下药包大。

爆炸焊接噪音的防护

爆炸焊接是裸露爆破，且用药量大而集中，故其防护比较困难，通常采用的防护措施有:

1) 安排合理的作业时间，避免在早晨或深夜进行爆炸焊接作业，以减少扰民和大气效应所引起的噪声增加。

2) 对因工作需要，不可能撤离爆炸点很远的现场工作人员，可戴耳塞或耳罩进行防护。

3) 必要时，可挖设一深坑，将爆炸焊接装置置于坑中，装药完成后，用废旧胶等将坑封口，胶带上覆盖以湿土或湿沙(注意土或沙中不能夹杂小石子)。

爆炸焊接作业地点通常都选在远离居民区的偏远地带，当考虑了噪音的影响，也考虑了冲击波的效应后，一般不再重复考虑冲击波的效应。唯一应注意的是:起爆时，所有施工人员都应撤离到以冲击波安全距离所确定的警戒线之外，以免发生冲击波伤人事故。

由于爆炸焊接时，炸药是裸露在空气中的，且与装药下表面接触的为金属复板，因此爆炸焊接中，一般不会产生飞石，但应注意，切忌用碎石或铁丝等堆积、缠绕在装药框周围，否则这些固体硬物可能飞出，造成伤人、毁物之恶果。

爆炸焊接作为一种特种焊接技术，其装药形式和一般土石方爆破有很大的区别，其爆破时对周围环境产生的危害也有自己的特点。若与土石方爆破相比较，则爆炸焊接的毒气、噪音、地震波危害较大而飞石危害较小。因此，在选择爆炸焊接作业点或进行爆炸焊接的安全性校核时，首先要用一次爆炸焊接的最大用药量对地震波、毒气、噪音进行计算，并与《爆破安全规程》中国家标准的允许值相比较。必要时就需采取种种防护措施。

爆炸焊接的能源是炸药的化学能。主要的工艺参数是炸药的用量和焊件之间的间隔距离，有关参数根据炸药密度、爆速、覆板的密度(强度)等因素计算，并在实爆中测试优化。

爆炸焊接投资少，成本低，而且能够进行大面积工件的焊接，用途极为广泛。但是在生产过程中会产生噪声和地震波，对爆炸场附近环境和居民造成影响。因此，爆炸加工场一般应建在偏远的山区，同时爆炸加工露天作业受气候影响较大。有些厂家如美国的 DMC 将爆炸场建在地下，较好的解决上述问题。

利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法。20世纪50年代末期,在用爆炸成形方法加工零件时,发现零件与模具之间产生局部焊合现象，由此产生了爆炸焊接的方法。爆炸焊接时,通常把炸药直接敷在覆板表面,或在炸药与覆板之间垫以塑料、橡皮作为缓冲层。覆板与基板之间一般留有平行间隙或带角度的间隙，在基板下垫以厚砧座。炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使覆板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，同时使工件连接在一起。爆炸焊分点焊、线焊和面焊。接头有板和板、管和管、管和管板等形式。所使用炸药的爆轰速度、用药量、被焊板的间隙和角度、缓冲材料的种类、厚度、被焊材料的声速、起爆位置等，均对焊接质量有重要影响。爆炸焊所需装置简单，操作方便，成本低廉，适用于野外作业。爆炸焊对工件表面清理要求不太严，而结合强度却比较高，适合于焊接异种金属，如铝、铜、钛、镍、钽、不锈钢与碳钢的焊接，铝与铜的焊接等。爆炸焊已广泛用于导电母线过渡接头、换热器管与管板的焊接和制造大面积复合板。图2是异种金属爆炸焊的焊接界面金相照片,基板为12NiCrMoV钢，覆板为B30，焊接界面为良好的波状接合。

爆炸焊接(explosive welding)是一种固相焊接方法，通常用于异种金属之间的焊接。如钛、铜、铝、钢等金属之间的焊接，可以获得强度很高的焊接接头。而这些化学成分和物理性能各异的金属材料的焊接，用其他的焊接方法很难实现。现代工业需要多种多样的金属复合材料，爆炸焊接工艺应运而生。

《爆炸焊接界面相变与断口组织》适合于从事爆炸焊与爆炸复合材料研究的科研人员与技术人员使用，也可作为高等院校相关专业师生的参考读物。

《爆炸焊接界面相变与断口组织》介绍爆炸焊接的发展状况和特点、界面组织研究方法和相关试验技术、爆炸产生的冲击波的基本概念及其对金属材料的冶金作用(含由其引起的残余组织、马氏体相变和调幅分解等);介绍了爆炸焊界面漩涡内的组织转变特征与规律，简述了爆炸焊的工艺参数对铸造组织与界面强度的影响;介绍了绝热剪切带的形成、结构组成和形成机理。利用爆炸复合界面断口金相技术，采用自行设计的z向缺口拉伸试样，观察了波纹和气孔在断口表面上的形态及其分布规律等;研究发现在某些复合材料中气孔具有高温、高压、高速旋转的特征和流线型特征，以及在气孔表面上呈"斑马纹"状的特殊形貌。研究确定:气孔在某种意义上起到"示踪原子"的作用，对界面波的形成和漩涡内的结晶规律研究等具有重要意义。结合试验研究和理论研究结果，提出在碰撞点上存在一个由气、固、液和等离子体等物质组成的"活化区"。