爆炸焊接的特点及应用探析

爆炸焊接这门新工艺与新技术之所以能够独立存在，并且在不长的时间内获得迅速的发展和较为广泛的应用，主要原因在于它具有许多特点和优点。

1.爆炸焊接的特点

1）理论基础上的特点

金属爆炸焊接是介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学之间的一门边缘学科。这三门学科和其他有关学科的基本理论必然会为它的研究与发展提供必要的理论基础，使其成为有源之水和有本之木。可以预言，已有学科的基本理论在爆炸焊接中的广泛应用，新的研究课题的不断解决，必将为爆炸焊接的理论研究、实践应用和发展展现出广阔的前景。所有这些成果，不仅会为爆炸焊接理论的建立提供丰富的资料，而且会为爆炸物理学、金属材料科学和焊接科学增添新的篇章。

2）能源上的特点

任何金属的焊接，都需要某种形式的能源。例如，机械能、电能、热能、光能和化学能等。这些能源在金属焊接的时候，都会发生一定形式的转换。然而，这些焊接工艺中能量转换的次数相对来说是不多的，其转换的过程和金属间焊接的过程也比较长。就时间而言，以分和秒计。相对应地，爆炸焊接的能源是炸药的化学能。这种化学能在爆炸焊接的过程中，在炸药-爆炸-金属系统内将发生多种和多次能量的传递、吸收、转换和分配，最后形成金属之间的焊接接头。这种能量转换的过程十分复杂，却始终依次和有条不紊地进行。要特别指出的是，爆炸焊接能量转换的过程，像爆炸焊接过程一样十分短暂，在时间上以微秒计。

3）工艺上的特点

常规焊接的过程都需要一定的设备、工艺和技术，然而，爆炸焊接的操作和过程却非常简单。它不需要昂贵的设备和复杂的工艺，也不一定要求十分熟练的技术。实际上，只要有炸药、金属材料和一块开阔地（爆炸场），以及为数不多的辅助设备和工具，在稍有技术训练和实践经验的人员的操作下，不仅能够很快地进行爆炸焊接试验和生产，而且这种试验和生产的规模及范围，可以随工作人员的增加和机械化程度的提高以及市场的扩大而迅速扩大。目前在我国已做了大量基础工作和有一定科技储备的情况下，爆炸焊接是一种能够迅速上马、快速应用、投资少和见效快的新工艺及新技术。

4）焊接上的特点

用爆炸焊接法已经焊接了数百对物理和化学性能相同、相近及相差悬殊的金属组合。复合板的最大面积达300 m2。板与板、板与管、管与管板、管与棒以及异形件都可以爆炸焊接。形状复杂的双金属蜗轮叶片、数十层及数百层箔材爆炸焊接成功了，金属与玻璃、塑料和陶瓷也能爆炸焊接在一起。总之，用常规焊接方法能够制成的产品，爆炸焊接法原则上可以制成；用常规焊接方法不能或难以制成的产品，爆炸焊接法原则上也可以制成。

对于爆炸焊接来说，无论是金属组合的数量、类型和焊接性方面，还是焊接的面积和速度方面，抑或是在操作的简便、成本的低廉方面，以及产品的性能和广泛应用方面，其都是其他焊接方法比不上的。原则上说来，爆炸焊接能简单、迅速而有效地为大面积、高质量和多种形状的相同金属，特别是不同金属的焊接，提供一个不可替代的方法和工艺。

5）焊接过渡区上的特点

爆炸焊接双金属和多金属的接合区是基体金属之间的成分、组织和性能的过渡区，在一般情况下，它具有金属的塑性变形、熔化和扩散，以及波形的明显特征。在爆炸焊接过程中，由于高的加热和冷却速度以及接合区金属的塑性变形（加工硬化），接合区金属的硬度一般比基体金属高。成分分析结果表明，在该区中存在着液态和固态下基体金属原子之间的相互扩散。这一切表明，在接合区中发生了如此众多的成分、组织和性能的变化。具有此特性的接合区（过渡区），从理论上说来，就是爆炸焊接的热影响区。爆炸焊接的过渡区通常很窄，但它却是强固地联结基体金属的纽带。

6）性能上的特点

爆炸焊接的接合区在微观上融合了压力焊（塑性变形）、熔化焊（熔化）和扩散焊（扩散）的特性，这就为不同基体金属原子之间的结合提供了更多和更好的条件。正因为如此，不仅同种金属，而且异种金属都可以爆炸焊接。它们的结合强度通常不低于基材中的较弱者的抗拉强度。也正因为如此，爆炸复合材料，如钛-钢和不锈钢-钢等，经受得住后续的校平、转筒、切割、焊接、轧制、冲压、旋压、锻压、挤压、拉拔和热处理，以及爆炸成形等常规及非常规的压力加工和机械加工，而不会分层和开裂。(www.xing528.com)

爆炸复合材料在使用过程中，当一边出现裂纹和裂纹发展的时候，该裂纹将在界面上被阻止。这样就能够延缓材料断裂的过程，延长其使用寿命。

爆炸载荷作用后，基体金属会有一定程度的硬化和强化。然而它们的一些特殊的物理和化学性能，如耐蚀材料的耐蚀性能、导电材料的导电性能、双金属的热力学性能等，通常不变。这就是说保持了它们原有的使用性能。因此，爆炸复合材料对于提升基体材料相应特殊的物理、力学和化学性能提供了最佳的适用条件，并展示出充分发挥利用材料性能的广阔前景。

2.爆炸焊接的应用与局限

爆炸焊接和爆炸复合材料的应用范畴可概括为两个主要方面。

第一，爆炸焊接作为一种金属焊接的新工艺和新技术，是迄今已知的焊接工艺和技术所无法比拟的。其实，只要金属材料具有一定的塑性和冲击韧性，它们就能在常温下任意组合地爆炸焊接起来。即使塑性和冲击韧性低的材料，利用热爆方法也能将它们焊接起来。对于金属材料的焊接来说，各种新能源的利用，将促进焊接技术的发展。炸药这个巨大能源的利用，使爆炸焊接成为这个领域中新开辟的一种焊接新技术。

第二，爆炸焊接是金属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，将使其他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、成本或效益上，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，爆炸复合材料是新的发展方向和前沿之一，还是一支实现材料可持续发展的重要方面军。

目前，爆炸焊接以及爆炸加工领域的其他新工艺和新技术，在发展过程中还存在多个方面的问题，这些问题已成为其进一步发展的障碍。

第一，人们对使用炸药感到担心。炸药的危险性和破坏性人所共知。正由于此，在将炸药由军用转为民用的时候，人们往往难以转变观点，有的还谈虎色变。

第二，这种工艺的实施多在野外进行，难免受气候和天气的影响。

第三，难以实现自动化，在机械化程度不高的今天，体力劳动的强度还是比较大的。其难以应用到有突变截面的材料的焊接，大厚度覆层的焊接也较难。

第四，对于复合板的爆炸焊接来说，面积不能无限大；覆层的厚度不能太厚，基层的厚度不能太薄；对于强度高和塑性低的材料，焊接强度较低；冲击韧性低的材料在常温下爆炸容易脆裂。

第五，这门学科的理论基础还存在严重的不足。特别是在爆炸载荷下金属材料在高压、高速、高温和瞬时的塑性变形过程中的性态还研究得不够，接合区的微观组织和性能也研究得不充分，等等。因而，爆炸焊接的机理还未彻底揭露。

然而，这些问题不仅会被逐步解决，而且与上述优点比较起来毕竟是次要的。爆炸焊接如此众多的特点和优点，既是它独立存在的原因，又是它获得广泛应用和迅速发展的动力。相信随着实践经验的不断丰富、理论研究的逐步深入和应用领域的迅速扩大，爆炸焊接的特点将会越来越多并越来越充分地显现出来。随着时间的推移，应用科学和技术科学百花园中的这朵新花，将会绽开得更加绚丽多彩。