爆炸焊接安全防護(hù)

爆炸焊接中地震波的安全校核和安全防護(hù)

爆炸焊接是利用炸藥的能量，將兩件(或多件)復(fù)合材料，在爆轟波作用下，實(shí)現(xiàn)高速斜碰撞而焊接在一起。爆炸焊接作為一種特種焊接技術(shù)，在國(guó)防、航空、航天、石油、化工、機(jī)械制造等許多領(lǐng)域得到了廣泛的用。爆炸焊接最突出的特點(diǎn)是:可將性能差異極大、用通常方法很難熔焊在一起的金屬焊接在一起;爆炸焊接結(jié)合面的強(qiáng)度很高，往往比母體金屬中強(qiáng)度較低的母體材料的強(qiáng)度還高。但爆炸焊接與其他爆破工程一樣，因?yàn)槭且哉ㄋ帪槟茉?，所以也存在有爆炸地震波、爆破毒氣、爆破噪音等安全方面的?wèn)題。作者結(jié)合爆炸焊接的特點(diǎn)，對(duì)這些安全問(wèn)題作一些分析和探討，并分別提出相應(yīng)的安全防護(hù)措施。

爆炸震動(dòng)是爆炸的主要危害之一。爆炸焊接一次起爆藥量大，因此，對(duì)爆炸焊接地震波的校核和防護(hù)就顯得格外重要。

爆炸焊接震動(dòng)的安全防護(hù)措施

為了減小爆炸焊接中爆破震動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境的危害，通常情況下，主要采取兩種措施:

1) 在爆炸焊接作業(yè)點(diǎn)挖一、二米左右深的基坑，在基坑中填以松土和細(xì)沙，將基板置于松土和細(xì)沙之上。爆炸焊接時(shí)，基復(fù)板向下運(yùn)動(dòng)的能量將有較大一部分被松土和細(xì)沙所吸收，使之不能向外傳播;同時(shí)，細(xì)沙和松土對(duì)表面波的傳播也不利，可以降低表面波的傳播能量。

2) 在距爆炸焊接施工點(diǎn)20米的范圍處挖設(shè)寬1米、深2.5米左右的防震溝。為防止爆炸焊接時(shí)將溝震塌，可在溝中填以稻草、廢舊泡沫塑料等低密度、高空隙率的物質(zhì)。防震溝可截?cái)嘁徊糠值卣鸩?、特別是表面波的傳播通道，明顯地降低爆破地震波對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

因?yàn)楸ê附邮锹懵侗?，爆炸產(chǎn)生的毒氣不受阻礙地向四周傳播，所以在進(jìn)行連續(xù)爆炸焊接作業(yè)時(shí)，必須考慮毒氣對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

1) 炸藥為非零氧平衡炸藥:當(dāng)炸藥為負(fù)氧平衡時(shí)，由于氧量不足，CO2易被還原成CO; 當(dāng)炸藥為正氧平衡時(shí)，多余的氧原子在高溫、高壓下易同氮原子結(jié)合生成氮氧化物。

2) 爆炸反應(yīng)的不完全性:由于炸藥組成成分的配比是按反應(yīng)完全的情況確定的，而當(dāng)炸藥受潮或混合不均勻時(shí)，實(shí)際炸藥爆轟往往有部分反應(yīng)不完全，爆轟產(chǎn)物偏離預(yù)期的結(jié)果，這樣必將產(chǎn)生較多的有毒氣體。

3) 炸藥與其他組分的作用:爆炸焊接時(shí)，一般用硬紙板、塑料板或木板做成裝藥框;另外，為了保護(hù)復(fù)板表面，常常用油氈、橡膠、黃油等作緩沖層，蓋涂在復(fù)板表面，以使其不直接與炸藥接觸。當(dāng)炸藥爆炸時(shí)，這些可燃物質(zhì)就會(huì)與爆轟產(chǎn)物作用而產(chǎn)生有毒氣體。

4) 毒氣的種類(lèi):爆炸焊接產(chǎn)生毒氣的種類(lèi)與炸藥的種類(lèi)、炸藥的受潮程度、藥框及緩沖層的材料等有關(guān)。當(dāng)使用硝銨類(lèi)炸藥時(shí)，一般會(huì)生成:NO、NO2、N2O3、H2S、CO和少量的HCl等有毒氣體。

爆炸焊接毒氣的防護(hù)

在不采取任何措施的情況下，爆炸焊接產(chǎn)生的灰塵和氣體呈蘑菇狀，可以沖起二、三十米高，隨風(fēng)飄出一、二千米之外。對(duì)爆炸焊接產(chǎn)生毒氣的防護(hù)方法有:

1) 采用混合均勻的零氧平衡炸藥，使爆炸產(chǎn)生的有毒氣體量降低到最少。

2) 避免使用受潮的炸藥，同時(shí)采用高能炸藥(如TNT、RDX等)作起爆藥柱，加強(qiáng)起爆能，確保炸藥反應(yīng)完全。

3) 在爆炸焊接作業(yè)點(diǎn)安裝自動(dòng)噴霧灑水裝置。在爆炸焊接完成的瞬間，立即進(jìn)行噴霧灑水，能大大抑制爆炸毒氣及灰塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散。

在爆炸焊接時(shí)，炸藥裸露空氣在中爆炸，無(wú)覆蓋，故產(chǎn)生的噪音遠(yuǎn)比同當(dāng)量地下藥包大。

爆炸焊接噪音的防護(hù)

爆炸焊接是裸露爆破，且用藥量大而集中，故其防護(hù)比較困難，通常采用的防護(hù)措施有:

1) 安排合理的作業(yè)時(shí)間，避免在早晨或深夜進(jìn)行爆炸焊接作業(yè)，以減少擾民和大氣效應(yīng)所引起的噪聲增加。

2) 對(duì)因工作需要，不可能撤離爆炸點(diǎn)很遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)工作人員，可戴耳塞或耳罩進(jìn)行防護(hù)。

3) 必要時(shí)，可挖設(shè)一深坑，將爆炸焊接裝置置于坑中，裝藥完成后，用廢舊膠等將坑封口，膠帶上覆蓋以濕土或濕沙(注意土或沙中不能夾雜小石子)。

爆炸焊接作業(yè)地點(diǎn)通常都選在遠(yuǎn)離居民區(qū)的偏遠(yuǎn)地帶，當(dāng)考慮了噪音的影響，也考慮了沖擊波的效應(yīng)后，一般不再重復(fù)考慮沖擊波的效應(yīng)。唯一應(yīng)注意的是:起爆時(shí)，所有施工人員都應(yīng)撤離到以沖擊波安全距離所確定的警戒線之外，以免發(fā)生沖擊波傷人事故。

由于爆炸焊接時(shí)，炸藥是裸露在空氣中的，且與裝藥下表面接觸的為金屬?gòu)?fù)板，因此爆炸焊接中，一般不會(huì)產(chǎn)生飛石，但應(yīng)注意，切忌用碎石或鐵絲等堆積、纏繞在裝藥框周?chē)?，否則這些固體硬物可能飛出，造成傷人、毀物之惡果。

爆炸焊接作為一種特種焊接技術(shù)，其裝藥形式和一般土石方爆破有很大的區(qū)別，其爆破時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的危害也有自己的特點(diǎn)。若與土石方爆破相比較，則爆炸焊接的毒氣、噪音、地震波危害較大而飛石危害較小。因此，在選擇爆炸焊接作業(yè)點(diǎn)或進(jìn)行爆炸焊接的安全性校核時(shí)，首先要用一次爆炸焊接的最大用藥量對(duì)地震波、毒氣、噪音進(jìn)行計(jì)算，并與《爆破安全規(guī)程》中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的允許值相比較。必要時(shí)就需采取種種防護(hù)措施。

爆炸焊接的能源是炸藥的化學(xué)能。主要的工藝參數(shù)是炸藥的用量和焊件之間的間隔距離，有關(guān)參數(shù)根據(jù)炸藥密度、爆速、覆板的密度(強(qiáng)度)等因素計(jì)算，并在實(shí)爆中測(cè)試優(yōu)化。

爆炸焊接投資少，成本低，而且能夠進(jìn)行大面積工件的焊接，用途極為廣泛。但是在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪聲和地震波，對(duì)爆炸場(chǎng)附近環(huán)境和居民造成影響。因此，爆炸加工場(chǎng)一般應(yīng)建在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，同時(shí)爆炸加工露天作業(yè)受氣候影響較大。有些廠家如美國(guó)的 DMC 將爆炸場(chǎng)建在地下，較好的解決上述問(wèn)題。

利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力造成工件迅速碰撞而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。20世紀(jì)50年代末期,在用爆炸成形方法加工零件時(shí),發(fā)現(xiàn)零件與模具之間產(chǎn)生局部焊合現(xiàn)象，由此產(chǎn)生了爆炸焊接的方法。爆炸焊接時(shí),通常把炸藥直接敷在覆板表面,或在炸藥與覆板之間墊以塑料、橡皮作為緩沖層。覆板與基板之間一般留有平行間隙或帶角度的間隙，在基板下墊以厚砧座。炸藥引爆后的沖擊波壓力高達(dá)幾百萬(wàn)兆帕，使覆板撞向基板，兩板接觸面產(chǎn)生塑性流動(dòng)和高速射流，結(jié)合面的氧化膜在高速射流作用下噴射出來(lái)，同時(shí)使工件連接在一起。爆炸焊分點(diǎn)焊、線焊和面焊。接頭有板和板、管和管、管和管板等形式。所使用炸藥的爆轟速度、用藥量、被焊板的間隙和角度、緩沖材料的種類(lèi)、厚度、被焊材料的聲速、起爆位置等，均對(duì)焊接質(zhì)量有重要影響。爆炸焊所需裝置簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，適用于野外作業(yè)。爆炸焊對(duì)工件表面清理要求不太嚴(yán)，而結(jié)合強(qiáng)度卻比較高，適合于焊接異種金屬，如鋁、銅、鈦、鎳、鉭、不銹鋼與碳鋼的焊接，鋁與銅的焊接等。爆炸焊已廣泛用于導(dǎo)電母線過(guò)渡接頭、換熱器管與管板的焊接和制造大面積復(fù)合板。圖2是異種金屬爆炸焊的焊接界面金相照片,基板為12NiCrMoV鋼，覆板為B30，焊接界面為良好的波狀接合。

爆炸焊接(explosive welding)是一種固相焊接方法，通常用于異種金屬之間的焊接。如鈦、銅、鋁、鋼等金屬之間的焊接，可以獲得強(qiáng)度很高的焊接接頭。而這些化學(xué)成分和物理性能各異的金屬材料的焊接，用其他的焊接方法很難實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代工業(yè)需要多種多樣的金屬?gòu)?fù)合材料，爆炸焊接工藝應(yīng)運(yùn)而生。

《爆炸焊接界面相變與斷口組織》適合于從事爆炸焊與爆炸復(fù)合材料研究的科研人員與技術(shù)人員使用，也可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生的參考讀物。

《爆炸焊接界面相變與斷口組織》介紹爆炸焊接的發(fā)展?fàn)顩r和特點(diǎn)、界面組織研究方法和相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)、爆炸產(chǎn)生的沖擊波的基本概念及其對(duì)金屬材料的冶金作用(含由其引起的殘余組織、馬氏體相變和調(diào)幅分解等);介紹了爆炸焊界面漩渦內(nèi)的組織轉(zhuǎn)變特征與規(guī)律，簡(jiǎn)述了爆炸焊的工藝參數(shù)對(duì)鑄造組織與界面強(qiáng)度的影響;介紹了絕熱剪切帶的形成、結(jié)構(gòu)組成和形成機(jī)理。利用爆炸復(fù)合界面斷口金相技術(shù)，采用自行設(shè)計(jì)的z向缺口拉伸試樣，觀察了波紋和氣孔在斷口表面上的形態(tài)及其分布規(guī)律等;研究發(fā)現(xiàn)在某些復(fù)合材料中氣孔具有高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的特征和流線型特征，以及在氣孔表面上呈"斑馬紋"狀的特殊形貌。研究確定:氣孔在某種意義上起到"示蹤原子"的作用，對(duì)界面波的形成和漩渦內(nèi)的結(jié)晶規(guī)律研究等具有重要意義。結(jié)合試驗(yàn)研究和理論研究結(jié)果，提出在碰撞點(diǎn)上存在一個(gè)由氣、固、液和等離子體等物質(zhì)組成的"活化區(qū)"。