张文毓

(中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳471039)

摘  要：介绍了爆炸焊接技术的一些基本概念，综述了国内外该技术的应用现状、爆炸复合板以及爆炸焊接技术在汽车、宇航、军工、化工、能源技术、金属腐蚀与防护中的应用情况，并对其发展前景进行了展望。以便人们对爆炸焊接技术的应用现状与发展，有一个比较全面的了解。

关键词：爆炸焊接；复合材料；综合述评

中图分类号：TG456.6  文献标识码：A

PRESENT STATUS AND PROSPECT OF EXPLOSIVE

WELDING TEC H NOLOGY APPLICATION

ZHANG Wen-yu

(The 725th Research Institute of China Shipbuilding Industry

Corporation，Luoyang 471039，Henan，China)

ABSTRACT：Introduced the explosive welding definition，the present paper summarized the domestic and foreign present situations in terms of their applications of explosive compound board and explosive welding to the fields of automobile，astronavigation，war industry，chemical industry，energy technology，metal corrosion and protection and SO on．The paper also had an outlook for its development prospect SO that one could get a quite comprehensive understanding of the explosive welding technology present status and development．

KEY WORDS：Explosive welding；Composite material；Synthesize review

1  引  言

爆炸焊接亦称为爆炸复合，是利用炸药爆轰作为能源进行金属间焊接的一门新兴边缘学科并具有实用价值的高新技术。它的最大特点是能够在瞬间将任意的金属组合强固地焊接在一起，它的最大用途是制造大面积的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料。爆炸复合材料作为一种新材料，已广泛应用于化工、压力容器和造船等行业^[1]。

爆炸焊接作为一种金属新工艺和新技术，是已知的焊接工艺所无法比拟的。爆炸焊接是复合材料生产的新工艺和新技术，这是它最大的用途，特别是爆炸焊接和各种压力加工、机械加工工艺联合起来之后，将使其它复合材料的生产方法和工艺黯然失色，无论在品种、规格、产量、质量、市场、成本和效益上，爆炸焊接都具有明显的优势。实践证明，爆炸复合材料领域是材料科学体系的丰富和扩展、爆炸复合材料是一个新的发展方向^[2]。

2  爆炸焊接国内外现状

爆炸焊接是Carl在1944年首先提出来的，他第一个观察到了由炸药爆轰引起的材料在高速碰撞下的固相焊接，于是提出了利用爆炸和超声波技术把各种金属焊接在一起的设想。随后，美国的Philipchuk V第1次把爆炸焊接技术引入到实际工业中，成功地实现了铝与钢之间的爆炸焊接。到20世纪60年代初期，英国、前苏联、联邦德国、捷克、日本等国也相继开展了对爆炸焊接技术和理论的研究，使该项技术日趋成熟^[3]。同时，我国也有少数人开始从事爆炸焊接方面的实验及其理论研究，1968年大连造船厂陈火金等试制成功了国内第1块爆炸复合板。随着工业的发展，越来越多的工程需用优质的不锈钢材或各种稀有金属加工成的耐腐蚀、耐高温、耐磨的部件，这极大地推动了爆炸焊接技术的发展。特别是20世纪80年代以来，爆炸焊接理论和实验技术得到了长足的发展，应用技术也有了许多创新，使得该技术在化工、石油、制药、造船、军事，甚至核工业、航空航天等领域都有广泛的应用。

国内外在爆炸焊接领域进行了大量的理论和实践工作，这些工作在一定程度上揭示了爆炸焊接过程的内在本质，但是目前的研究水平和实验方法非常有限，理论基础明显不足，对爆炸焊接的机理还未彻底了解^[4]。

3  爆炸复合板

爆炸焊接是一种较为先进的工艺技术，它的最大特点是能够把普通焊接方法较难焊接的异种金属焊接在一起。特别是有色金属与黑色金属的焊接，用常规的焊接方法较难实现，即使用特殊的焊接方法把它们焊接在一起，其接头质量也难保证。而爆炸焊接接头界面处的结合强度往往大于母材本身的强度。另外，爆炸焊接可以完成大面积的焊接，这一点是其他焊接方法所无法代替的^[5]。

复合钢板爆炸焊接技术应用于20世纪80年代，它利用在爆炸过程一瞬间产生的一方向向另一方向延伸的爆炸力对复材和基材进行高速而强力的平面推力摩擦产生的热能和化学能，将复材与基材两种金属牢牢地焊接在一起。这种技术为社会节约了大量的有色金属或不锈钢等较贵的金属，也为生产者带来了丰厚的利润^[6]。

复合钢板爆炸焊接技术是以炸药为能源，通过炸药爆轰产生的脉冲载荷，推动一种材料(复层)高速倾斜碰撞另一种材料(基层)，由瞬间产生的高温高压实现两种金属的冶金结合，通常只要是可塑性金属，均可实现两种材料的焊接。与常规焊接相比，具有以下特点：材料组合种类多，如铝／钢、钛／钢等常规无法焊接的材料，可通过爆炸焊接实现；两种材料的组合均为冶金组织，而不是铸态组织，材料内部不存在化学成分偏析和各种缺陷，保证了材料的使用性能；效率高，成本低，不需要投入较多的加工设备。其技术性能指标如下：剪切强度≥300N／mm²；根据产品的特殊需要，如在石化加氢装置上使用复合板时，界面贴合率可以达到100％；界面剪切强度>196MPa；复层材料厚度1～2mm、也可加厚，基层材料厚度≥1mm；复合钢板的板幅不受爆炸焊接的技术限制。爆炸焊接复合材料可以用来制造一台完整的压力容器设备，从简体、封头到管板以及设备上的接管，都可采用复合材料。该技术适用于石化、造船、冶金、电子、航天、汽车、机械制造等领域。近几年来，已开发研制出40多种金属复合材料产品，并已在全国二十几个省、自治区、直辖市的100多个单位推广应用，部分产品已销往国外^[7]。

复合板的爆炸焊接：(1)双层复合板的爆炸焊接在工艺上已比较成熟，根据爆炸焊接理论，只要控制焊接参数在焊接窗口范围内，即可获得满意的焊接质量。工程中多采用平行布置法。(2)三层复合板的爆炸焊接从目前开发成功的刀类三层复合板的实际生产出发，采用三层一次装药爆炸焊接技术较为理想，若采用二次双层复合工艺，虽然降低了爆炸焊接的难度，却提高了制造成本，增多了复合板制造过程中的热处理次数，从而会增加芯部碳钢中碳元素向低碳区的扩散^[8]。

4  爆炸焊接技术的应用

4.1  爆炸焊接和爆炸复合材料在汽车中的应用

在汽车材料中，金属材料占了大部分。在此情况下，为了提高材料的使用性能和降低其成本，在一些汽车零部件上使用金属复合材料是一条必由之路，而爆炸焊接和爆炸复合材料在这方面将发挥重要的作用。在汽车、拖拉机、飞机和重型机械内，大量使用摩擦材料制成的轴承、轴瓦和轴套等零件。近几年，用爆炸焊接加轧制工艺开发和生产了汽车空调器用的三层铝合金复合钎料。这种铝合金复合钎料(箔卷材)国内外都用轧制复合工艺生产。将其改用爆炸焊接加轧制法后，不仅产品的质量和成材率高，而且成本低。用爆炸焊接法可制造连接汽车拉杆用的铜一铝过渡接头。在西班牙，用爆炸焊接法已研制成功Land Rover汽车的某些零件。

通用、福特和克莱斯勒公司采用铝一不锈钢复合板(不锈钢占40％)制造汽车的保险杆和做装饰件，这3个公司还用这种复合板的轧材来制造小客车的车身。不锈钢(60％)和铝(40％)的双金属卷筒钢带用来制造车窗玻璃的升降器、翼子板和车轮护罩。爆炸焊接和爆炸粉末压实具有使金属和非金属材料紧密结合的独特能力，因而在每个工业部门均有扩大应用的潜力。全复合材料汽车将会对汽车工业带来挑战和冲击^[9]。

4.2  爆炸加工技术在宇航、军工、化工等方面的应用

爆炸加工技术在宇航、军工、化工等方面都有着广泛的应用。例如宇宙火箭上各种形状的大型铝制舱壁、压力容器上的圆盖、锅炉的顶板、热交换器中的凸状通风板以及铝制大型反射器等，都用得着爆炸成型技术。对于形状不对称的工件加工，诸如电缆连接、银盘、铜盘或人像与图像的雕镌等，尤见长处。更美妙的是，利用爆炸办法可以把石墨炭粉在高压下变成金刚石粉。爆炸焊接的用途同样是多种多样的，例如利用铜一钢复合板焊接轮船或军舰上的部件可以收到高强度、耐海水腐蚀的效果；用紫铜棒外面焊一层很薄的钛管作电极棒材料，可使化工厂电极槽中的电极棒具有良好的导电性和抗腐蚀性；利用钢板和钛板焊接在一起的管板再与钛管焊接起来做的热交换器，比用常规焊接方法制成的热交换器具有无可比拟的优点；对于不同材料管子的连接，也只有爆炸焊接才是最为理想的方法。总之，在某些特殊的工程领域中，爆炸焊接是一般的焊接方法所无法取代的。工程上应用较广的爆炸焊接大致有如下几种：①复板焊接；②金属管的外包或内包焊接；③不同材料管子的相对焊接；④管与管板的焊接^[10]。

4.3  爆炸焊接在能源技术中的应用

    爆炸焊接的异种金属的导电复合材料和用其制造的各种形状及用途的过渡电接头，在电力和电解工业中有显著的技术和经济价值，值得大力推广。爆炸焊接过渡接头的电性能及节能应用，用爆炸焊接法制造的一些爆炸复合材料在电解、输电等多种领域中有广泛应用，过渡电接头在电解工艺中具有节能效果。过渡电接头在输配电中的应用，以铝代铜是发展电力工业的一项重要的技术措施，而铜和铝的过渡连接是推广铝导线和节约铜材的关键课题^[11]。

4.4  爆炸焊接技术在金属腐蚀与防护中的应用

爆炸焊接作为一种特种焊接技术，它的特点是在瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属材料组合，简单迅速和牢固地焊接在一起，因此可以制造大面积的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料。这些复合材料中有一类是充分利用和发挥金属化学性能的，例如钛、锆、铌、钽、钨、钼、铜、铝、镍、贵金属和不锈钢等，它们在相应的化学介质和条件下有良好的耐蚀性，它们与普通钢组成的复合材料既有上述金属薄复层的优良的耐蚀性，又有厚基层钢高强度的特点，而其成本仅为复层金属的1／2～1／5。此类复合材料已广泛应用在化工和压力容器中，显示了良好的经济和社会效益^[12]。

爆炸复合材料为金属的腐蚀与防护提供了新型的价廉物美的结构材料系统，爆炸焊接为这种系统的建立提供了一种先进的生产技术。爆炸焊接技术和爆炸复合材料在金属材料的腐蚀与防护中的应用，其理论和实践为腐蚀和防护这门学科增添了新鲜内容。这种技术和材料应当在这领域引起更多的重视，获得更大的发展^[13]。

爆炸焊接技术是一种先进的和卓有成效的表面工程技术，爆炸复合材料是一类品种繁多、数量庞

大，具有特殊物理、力学和化学性能以及应用广泛的表面工程材料。爆炸焊接和爆炸复合材料的理论与实践，为焊接学科、材料学科和表面工程学科增添了新的内容。表面爆炸复合材料的应用，在节约材料、节约能源、改进环境保护方面也具有重要意义^[14]。

5  爆炸焊接技术应用的发展前景与展望

20世纪50年代中期，由于航空航天工业的发展，产生了以爆炸成形为主的许多爆炸加工工艺；60年代崛起的爆炸焊接以其独特的优势获得了迅速的发展，这种发展从一些并非最新的资料中可见一斑。爆炸焊接具有近乎神奇的焊接性，这种特性不仅使它作为一种焊接新技术在同种、特别是异种金属材料的焊接中发挥重要的和不可替代的作用；

而且作为生产金属复合材料的一种新工艺，在制造大面积的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料中发挥同样重要和不可替代的作用。爆炸复合材料是金属材料和金属复合材料科学的丰富和发展，是新的发展方向。因此，爆炸焊接这一新技术和新工艺在我国应当引起更多的重视和获得更大的发展^[15]。

爆炸焊接工作者在今后的发展中应把爆炸物理学、金属物理学及焊接工艺学的基本原理应用到爆炸焊接的研究领域中，通过研究分析爆炸瞬问界面产生的应力、应变、温度场等建立界面结合的热力学、动力学模型，深入地研究爆炸焊接机理。此外，爆炸载荷下金属材料在高压、高速、高温和瞬时塑性变形过程中的形态研究以及结合界面的微观组织和性能的研究还不够，爆炸焊接的界面成波机理、界面结合机理仍不十分清楚，缺乏对爆炸焊接复合材料的后续加工工艺的研究也是导致爆炸焊接的应用受到限制的原因^[4]。

回顾过去，不难看出通过爆炸焊接复合技术可以使绝大多数金属材料相互复合在一起，形成一种兼有两种或多种金属(合金)性能的复合板材和管材，这就大大地扩展了现有金属(合金)的性能及应用范围。若能将爆炸焊接技术领域内的问题尽早解决，爆炸焊接技术会有更加美好的发展前景^[3]。

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