1、爆炸焊接和爆炸復合材料金屬爆炸焊接是介于金屬物理學、爆炸物理學和焊接工藝學之間的一門邊緣學科，爆炸焊接又是用炸藥作能源進行金屬間焊接和生產(chǎn)金屬復合材料的一種專門有有用價值的高新技術(shù)。它的最大特點是在一瞬間能將相同的、特不是不同的和任意的金屬組合，簡單、迅速和強固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面積的各種組合、各種形狀、各種尺寸和各種用途的雙金屬及多金屬復合材料。1 爆炸焊接的過程將炸藥、雷管、覆板和基板在基礎(chǔ)（地面）上安裝起來。當置于覆板之上的炸藥被雷管引爆后，炸藥的爆炸化學反應(yīng)通過一段時刻的加速便以爆轟速度在覆板上傳播。隨著爆轟波的高速推進和爆炸產(chǎn)物的急驟膨脹，炸藥化學能的大部分便轉(zhuǎn)換成高

2、速運動的爆轟波和爆炸產(chǎn)物的動能。隨后該動能的一部分傳遞給覆板，從而推動覆板向基板高速運動。在兩板之間的空氣迅速和全部排出的同時，覆板和基板隨即在接觸點上依次發(fā)生撞擊。在那個過程中，在兩板間的接觸面上，借助波的形成，一薄層金屬由于傾斜撞擊和切向應(yīng)力的作用而發(fā)生強烈的塑性變形。在此過程中又借助于金屬塑性變形的熱效應(yīng)將覆板高速運動的動能的9095轉(zhuǎn)換成熱能。如此大量的熱能在近似絕熱的情況下促使塑性變形后的金屬的溫度升高。當此溫度達到其熔點以后，就會使緊靠界面的一薄層塑性變形的金屬發(fā)生熔化。剩余的熱能還會使部分塑性變形的金屬發(fā)生回復和再結(jié)晶，并使雙金屬整體的溫度升高。由金屬物理學的原理可知，在爆炸焊接

3、過程中，由于不同金屬間的高的濃度梯度，界面上的高壓、高和氣高溫下金屬的塑性變形及熔化等條件的存在及其綜合作用，必定導致基體金屬原子間的相互擴散。如此，當界面上那一薄層塑性變形的和熔化了的金屬迅速冷凝后，便在界面上形成了包括金屬塑性變形特征、熔化特征和原子間相互擴散特征的結(jié)合區(qū)。此結(jié)合區(qū)確實是2種金屬之間的焊接過渡區(qū)，亦稱焊接接頭。眾所周知，爆炸焊接雙金屬的結(jié)合區(qū)在一般和正常的情況下還具有波形特征（圖2）。此波形的形成與爆炸載荷在金屬中和界面上的波動傳播有關(guān)，同時不同強度和特性的金屬材料，在不同強度和特性的爆炸載荷作用下，發(fā)生不同強度和特性的相互作用沖擊碰撞，便在結(jié)合界面上形成不同形狀和參數(shù)（波

4、長、波輻和頻率）的波形。實際上，用爆炸焊接法生產(chǎn)的爆炸復合材料的冶金結(jié)合，確實是在上述結(jié)合區(qū)金屬的塑性變形、熔化和擴散等冶金過程中形成的。由此推論，爆炸焊接是以炸藥為能源的壓焊、熔焊和擴散焊“三位一體”的一種金屬焊接的新工藝及新技術(shù)。也許，正因為如此，爆炸焊接作為一種新的焊接技術(shù)具有特不行的焊接性。上述確實是爆炸焊接的金屬物理學原理。2 爆炸焊接的特點爆炸焊接和用爆炸焊接技術(shù)生產(chǎn)的金屬復合材料有如下特點和優(yōu)點：（1）爆炸焊接工藝的實施需要一些專用設(shè)備和金屬材料、炸藥和爆炸場地（采石場），以及一些輔助工具，就能夠進行任意組合和相當尺寸的金屬復合材料的生產(chǎn)。（2）爆炸焊接工藝要求參加此項工作的人員

5、必須安全教育和進行專門的培訓。（3）爆炸焊接的能源是廉價的炸藥與生產(chǎn)金屬復合材料的其他技術(shù)相比，其成本低，經(jīng)濟效益顯著。（4）板與板，板與管，管與管，管與管板，管與棒，板與棒，棒與棒，粉末與粉末，粉末與板，管和棒，絲與絲，比與板和管以及異形件都能夠爆炸焊接。（5）覆層材料和基層材料都能夠依照實際需要而任意選擇。（6）覆層材料和基層材料的厚度及其厚度比，也能夠依照實際需要任意選擇。以復合板為例，覆板材料的厚度可為0.0150mm，基板的厚度可為0.01500mm?；搴透舶宓暮穸缺瓤蔀?:110:1。（7）單塊復合板的面積可達數(shù)十m3，質(zhì)量可達數(shù)十t，用其制造的設(shè)備可達數(shù)百t。（8）爆炸焊接的覆

6、層和基層材料之間為冶金結(jié)合，其結(jié)合（抗剪）強度數(shù)據(jù)高于或相當于兩者中強度較低者的抗拉強度數(shù)據(jù)。（9）爆炸復合材料能夠承受多次和多種形式的壓力加工（如軋制、沖壓、旋壓、鍛壓、擠壓和拉攏等），機械加工（如切割、切削、校平、校直和成形等），以及熱處理、焊接和爆炸成形等后續(xù)加工，而不致分層和開裂。（10）許多爆炸復合材料在通過適當?shù)臋C械加工（如平板）和熱處理（如退火）后確實是產(chǎn)品。假如將其坯料進行后續(xù)的壓力加工，就能夠獲得更大或更小、更長或更短、更厚或更薄、更粗或更細以及異型的復合材料。例如，將爆炸焊接的鈦鋼和不銹鋼鋼的復合板坯進行軋制，便能獲得更長、更寬、更薄的復合中板及薄板。（11）爆炸焊接后，表

7、面、基體和整體材料都有不同程度的硬化和強化。這種硬化有利于覆層材料耐蝕性能和耐磨性能的提高。這種強化有利于復合材料的強度設(shè)計。（12）爆炸復合材料能夠是雙層、三層和多層。三層如鈦鋼不銹鋼、鈦鋼鎳，不銹鋼鋼鎳等。這類復合材料的兩側(cè)有不同的表面性能。（13）爆炸復合材料的形狀和形式專門多，如復合板材、復合帶材、復合箔材、復合管材、復合棒材、復合線材、復合型材、復合鍛件和復合粉末。還能夠用這些復合材料制成復合零件、復合部件和復合設(shè)備。（14）爆炸焊接法還能使金屬與陶瓷、塑料和玻璃等非金屬焊接在一起而組成復合材料。（15）爆炸焊接能夠在地面、坑道、礦井、真空、高空、水下和宇宙中進行。（16）用爆炸焊接

8、或爆炸焊接+壓力加工工藝獲得的復合材料有更好的使用性能。例如，鍍鉑鈦材作為外加電流的防腐裝置的陽極在大型船舶和海洋工程中有大量的應(yīng)用1。然而，用電鍍法制作的鍍鉑鈦的鉑鍍層與基體鈦結(jié)合不牢，會產(chǎn)生脫鉑現(xiàn)象。用爆炸焊接+軋工藝獲得的鉑鈦陽極，能滿足其技術(shù)條件的要求。快速壽命試驗表明鍍鉑鈦材的試樣在水和鹽酸中煮沸1次即起皮，2次有脫落，3次鉑鍍層脫光。而用爆炸+軋制工藝獲得的試樣，煮沸30次后仍未脫落。由此可見爆炸焊接工藝比電鍍工藝優(yōu)越得多。（17）爆炸焊接的理論基礎(chǔ)，要緊建立在金屬物理學、爆炸物理學和焊接工藝學的差不多原理之上，爆炸焊接的理論和實踐也為它們增添了新的篇章。不言而喻，爆炸焊接如此多的

9、特點和優(yōu)點，既是它獨立存在的緣故，又是它獲得廣泛應(yīng)用和迅速進展的動力。相信隨著時刻的推移，爆炸焊接的特點和優(yōu)點將會越來越充分地顯現(xiàn)出來。應(yīng)用科學和技術(shù)科學百花園中的這朵鮮花，將會綻開得更加絢麗多彩。3 爆炸焊接的應(yīng)用爆炸焊接和用爆炸焊接技術(shù)生產(chǎn)的金屬復合材料的應(yīng)用范圍可歸納為如下幾個方面。（1）爆炸焊接提供了一種新的焊接工藝和技術(shù)氣焊、電焊、氬弧焊、擴散焊、摩擦焊、激光焊、超聲波焊、電子束焊和等離子弧焊等各有特點和優(yōu)點，都有一定的意義和應(yīng)用價值。然而，這些工藝也有某些缺點和局限性。例如，有些需要昂貴的設(shè)備、復雜的工藝和苛刻的技術(shù)。特不是異種金屬間的焊接更是復雜的課題，這些工藝所能焊接的金屬組合

10、和被焊材料的尺寸是相對有限的，焊接接頭的強度與基體材料的強度比較起來并不都能令人中意。相比而言，爆炸焊接有許多優(yōu)越之處。如上所述，爆炸焊接不僅為簡單、迅速、有效地進行高質(zhì)量、大面積和多種形式的金屬（特不是不同金屬）間的焊接提供了一種不可替代的新工藝，而且它依舊一種能快速上馬、迅速應(yīng)用、投資少和經(jīng)濟效益顯著的新技術(shù)。大量事實講明，爆炸焊接是焊接技術(shù)的一大進展。（2）爆炸焊接提供了一種新的復合材料的生產(chǎn)工藝金屬復合材料的生產(chǎn)方法專門多，如疊軋不地、堆焊法、澆注法、電鍍法、涂層不地、共擠壓法、共拉拔法、氣相沉積法和粉末冶金法等。而爆炸焊接為任意金屬組合的復合材料的生產(chǎn)，提供了一種簡單、價廉、迅速、有

11、效和適用范圍廣泛的新工藝及新技術(shù)。（3）爆炸復合材料提供了一套新的復合結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)該復合結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)的組成之一見表1。此外，還有三金屬、四金屬以及多金屬復合材料。表中，純金屬還包括它們的合金，“鋼”也包括一般鋼、合金鋼和低合金鋼，不銹鋼的種類也有100多種。表1 雙金屬復合材料覆層材料基 層 材 料鈦 鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎳、鋯、鉿、鈮、鉭、鎢、鉬、金、銀、鎂、鈹或鋰等不銹鋼 鋼、銅、鋁、鎳、鋯、鈮、鉭、鉬、銀、因瓦合金、因科鎳或哈斯特洛依等銅 鋼、鋁、鎳、鋯、鈮、鉭、鎢、鉬、金、銀、鎂、錫、鈾、釷、鋅、鈹、超導合金、因瓦合金或可伐合金等鋁 鋼、鎳、鋯、鈮、鉭、銀、鈹、鋰、鎂、鋅或可伐合金等鎳

12、 鋼、鋯、鉿、鈮、鉭、鎢、鉬、銠、金、銀、鎂、因科鎳、因瓦合金或可伐合金等鎢 鋼、釩、鈹、鈮、鉭、鋯或鉬等鉬 鋼、鈮、鉭或鋯等鈮 鋼、鋯或鉭等鉭 鋼、金或鈷等鋯 鋼或鈷等因科鎳 鋼、鋯、鉬或哈斯特洛依等，還有鉛鋼品種和規(guī)格繁多、形狀和尺寸各異的金屬爆炸復合材料，如鈦鋼，不銹鋼鋼，銅鋼、鋁鋼、鎳鋼、銅鋁、金銀金（銅）鎳銅鎳、鈦鋼不銹鋼等雙金屬和多金屬的板、管、管板、板管、管棒、帶材、箔材、線材、型材、鍛件、粉末和異型件等，為生產(chǎn)和科學技術(shù)提供了一整套具有專門物理和化學性能及有廣泛用途的復合結(jié)構(gòu)材料系統(tǒng)。那個系統(tǒng)中的材料按性質(zhì)和用途可分類如下。a) 充分利用金屬化學性能的復合材料鈦、鋯、鈮、鉭、鎢

13、、鉬、銅、鋁、鎳、貴金屬和不銹等，在相應(yīng)的化學介質(zhì)中有良好的耐蝕性，它們與一般鋼組成的復合板已較為廣泛地應(yīng)用在化工和壓力容器中。b）充分發(fā)揮金屬物理性能的復合材料這類材料包括熱雙金屬（熱力學性能），電力、電子和電化學用雙金屬（電學性能），音叉雙金屬（聲學性能），渦輪葉片雙金屬（耐汽蝕性能），槍（炮）管雙金屬（耐燒蝕性能），貴金屬復合觸點材料（耐電蝕性能），復合磁性材料（磁學性能），復合超導材料（超導性能），以及復合原子能材料（核性能）等。c) 充分增強金屬力學性能的復合材料這類材料如復合纖維增強材料（抗拉強度顯著提高）、復合裝甲材料（各層具有不同的硬度，可顯著提高材料抗拒破甲的能力）、復合刀具

14、材料（刀刃部分硬度特高）、減摩復合材料（內(nèi)層材料耐摩擦磨損，外層材料承壓強度高），比強度和比剛度更高的輕型復合材料（如鋁鈦、鋁鎂、鋁鈹、鋁鋰、鈦鎂、鈦鈹、鈦鋰等）。d) 其他專門用途的復合材料這類材料的代表有3層復合材料。它們的中間為與被焊結(jié)構(gòu)材料相同的材料，兩側(cè)為釬料。釬焊后除將多接頭的結(jié)構(gòu)件（如汽車散熱器）牢固地焊成一體外，還起加強作用。又如核燃料鈾和釷的數(shù)量少、體積小、強度低，為了提高其剛度和達到其他目的，將其與銅組成復合材料后作為重離子的靶子。在美國，為了降低和取消3種硬幣中銀的含量而大量地使用了爆炸焊接的銀銅鎳復合坯料?？傊帽ê附硬晃锉◤秃喜牧系钠贩N和數(shù)量龐大，形狀和類型專門

15、多，性質(zhì)和用途專門廣。它們?yōu)槌浞职l(fā)揮和綜合利用，增強和提高金屬材料的化學、物理及力學性能展現(xiàn)了無限寬敞的前景。由此可見，爆炸復合材料是材料科學及其工程應(yīng)用的一個新的進展方向。在國民經(jīng)濟實現(xiàn)材料領(lǐng)域的可持續(xù)進展中，大量生產(chǎn)包括爆炸復合材料在內(nèi)的各種復合材料將成為一項重要的舉措。（4）用爆炸焊接法制造異種金屬的過渡連接頭用爆炸焊接法能夠制造異種金屬的搭接、對接和斜接的板接頭、管接頭及棒接頭。也可用爆炸復合板、復合管和復合棒來加工成這類連接頭。這種過渡接頭的應(yīng)用實質(zhì)上是變不同金屬的焊接為相同金屬的焊接，從而為工程技術(shù)中出現(xiàn)的異種金屬的過渡連接問題提供一個專門好的手段和解決方法。例如，鋯2+不銹鋼管接

16、頭的兩端分不與同種管材用常規(guī)焊接工藝焊接起來之后，放入反應(yīng)堆內(nèi)的鋯2管就能夠發(fā)揮其優(yōu)良的核性能，而在堆外則使用廉價的不銹鋼管即可。與此相似的還有鋯2.5鈮不銹鋼、鉬不銹鋼和因科鎳不銹鋼的管接頭。此外，還有電冰箱內(nèi)使用的銅鋁管接頭，宇宙飛船上使用的鈦不銹鋼管接頭，現(xiàn)代鋁生產(chǎn)和造船工業(yè)中使用的鋁鋼板接頭，以及電力、電子和電化學工業(yè)中使用的鈦銅、鈦鋁、鈦不銹鋼、銅鋼、鋁鋼和鋁不銹鋼等導電材料的板（管、棒）接頭。上述過渡接頭要緊用于異種結(jié)構(gòu)材料和異種導電材料的過渡連接。事實證明，爆炸焊接為制備任意兩種和多種金屬、兩層和多層金屬，以及多種形狀的過渡接頭開發(fā)了寬敞的道路。（5）爆炸焊接與壓力加工工藝相聯(lián)合

17、這種聯(lián)合實際上是爆炸焊接的延伸、充實和進展。它為克服爆炸焊接自身在形狀和尺寸上的限制，以生產(chǎn)更大和更薄、更長和更短、更粗和更細以及異型的復合材料及零部件又開發(fā)了一條新的途徑。同時，這種聯(lián)合依舊傳統(tǒng)的壓力加工工藝、技術(shù)和產(chǎn)品的豐富及進展。大量事實表明，爆炸焊接與多種壓力加工工藝以及多種機械加工工藝的聯(lián)合是歷史進展的必定趨勢。這種聯(lián)合能夠生產(chǎn)出不同品種、不同規(guī)格、不同形狀和不同用途的復合材料、復合帶材、復合箔材、復合管材、復合棒材、復合線材、復合型材和復合零部件及設(shè)備，從而相輔相成，相得益彰。同時，這種聯(lián)合依舊許多金屬復合材料生產(chǎn)的系列化、規(guī)?；凸S化的必由之路。（6）爆炸焊接的其他用途爆炸焊接

18、還有其他一些專門用途，如在某些鈦合金熱軋板坯的兩面復以一層純鈦板，以解決其熱軋開裂問題。又如熱交換器特不是核反應(yīng)堆的熱交換器的破損傳熱管的爆炸焊接堵塞。再如，關(guān)于欲報廢的大中型零部件來講，用爆炸法覆上一層同種金屬材料，或修補內(nèi)外缺陷，或增加厚度，或填補尺寸公差，使它們翻新再用。因此，爆炸焊接技術(shù)為維修和充分利用一些重要、復雜和貴重的設(shè)備、零部件及材料提供了一個好方法。爆炸焊接和爆炸復合材料的具體應(yīng)用舉例如下：用鈦鋼復合板制作處理都市污水的裝置。用銅不銹鋼或銅鎳合金低碳鋼復合板制作存放核廢物的容器。用銅鈦復合板制造海洋石油平臺的結(jié)構(gòu)。鋁鈦不銹鋼管接頭用于大型冷煉機的部件與液氮和液氧的輸送管道的過

19、渡連接。用銅不銹鋼或銅低碳鋼復合板制作具有良好導熱性、剛性且美觀的烹飪用具。用兩層或多層復合板制作多硬度的裝甲板。用直徑3150mm、質(zhì)量約45t的鎳合金低合金鋼管板制造大功率的水水反應(yīng)堆蒸汽發(fā)電機的管板。銅鋼和鋁鋼復合材料可制造雙金屬的軸承、軸瓦及襯管。用銅鋼復合板制造電冶金爐和熔化爐的雙層水冷外殼及雙層結(jié)晶器，以及用這種大面積的復合板制造高能物理研究用的直線加速器的腔體。銅鋁復合管用于高壓配電站的接線柱。在化學工業(yè)中用銅鋁匯流排代替銅的匯流排，以便節(jié)約銅材。銅鋁過渡接頭在鋁型材的表面處理和大型電鍍設(shè)備的生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。銀銅、銀鐵、銀不銹鋼、金銀金（銅）鎳銅鎳等雙層和三層的觸頭材料在電子

20、、機械、航空和航天等領(lǐng)域有寬敞的應(yīng)用前景。鉛銅、鉛鈦、鉛鋁、鉛鋼等復合材料適于在離子輻射場和浸蝕性介質(zhì)中以及在強振動載荷下工作，用于制造同時愛護離子輻射和屏蔽強大電磁場的裝置。鎳鈦、鎳不銹鋼復合板用于制造造紙機械。鈦銅復合管棒作為制堿電解槽的新型電極材料，以其優(yōu)良的導電性和耐蝕性替代了傳統(tǒng)的石墨電極。鈦鋁等輕型復合材料在20世紀中葉就成為航空和航天工業(yè)中各國競相研制和進展的新材料。鎳鋼復合板在制堿化工設(shè)備上的應(yīng)用是一項節(jié)鎳和省鎳的必定之舉。鋯鋼、鈮鋼和鉭鋼復合板在更為苛刻的浸蝕性介質(zhì)中的應(yīng)用是一個新的進展方向。銅鋼和鋁鋼復合板作為輕軌和地鐵機車的直線電機的感應(yīng)板，差不多和將要大量地使用在我國一

21、些都市的軌道交通建設(shè)中2。在三峽工程中成千上萬t地使用了我國自產(chǎn)的不銹鋼鋼復合板。爆炸焊接和爆炸焊接+壓力加工技術(shù)在制造雙層及多層特不是新型熱雙金屬方面尤具優(yōu)勢。關(guān)于汽車、拖拉機和其他重型機械上使用的耐磨雙金屬，爆炸焊接+壓力加工工藝在此方面獲得了良好的應(yīng)用。超導復合材料是爆炸焊接的一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。爆炸加工（包括爆炸焊接）在核工程中有良好的應(yīng)用前景。金屬與陶瓷、玻璃和塑料的爆炸焊接及其廣泛應(yīng)用是有關(guān)科技人員努力探討的課題。一般鋼和高強合金鋼的復合刀具的刃口強度達2400MPa。將爆炸焊接的多達600層的金屬箔材進行切割和展開而形成航空器和航天器上用的蜂窩結(jié)構(gòu)。高溫高壓條件下使用的雙金屬管板利

22、用爆炸焊接爆炸形成工藝一次成形。運用成排、成堆和成組爆炸焊接的技術(shù)重復及大批量地生產(chǎn)雙層、三層和多層復合板（坯）。應(yīng)用爆炸焊接法生產(chǎn)的金屬基纖維增強復合材料，具有橫向力學性能和層間抗剪強度高、工作溫度高、堅硬耐腐蝕和穩(wěn)定持久等特點，并具有導電和導熱等特性。金屬粉末之間或金屬粉末與金屬板（管、棒）的爆炸焊接是粉末冶金技術(shù)的一大進展。蒸汽管道、煤氣管道、石油管道、天然氣管道、自來水管道和灰渣管道的爆炸焊接連接，工藝簡單、操作方便，成本低。特不需要指出的是，由于鈦鋼、不銹鋼鋼、銅鋼和鎳鋼等爆炸復合材料具有優(yōu)良的耐蝕性、高的力學強度和低成本的特點，40多年來，尤其是在化工、石油化學和壓力容器工業(yè)中獲得了廣泛的