焊接工艺对不锈钢/钢爆炸焊接质量影响及边界效应研究

利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学软件对不锈钢/钢的爆炸焊接过程进行数值模拟。研究不同间距和起爆方式对爆炸焊接质量的影响。结果表明:当爆炸焊接工艺和材料保持不变时,复合板在上限间距6 mm处的复合质量最好。在达到相同的最佳碰撞速度下,可以节省炸药用量,模拟结果与试验一致,基复板间距遵循上限法则;中心起爆下炸药能量利用率较端部起爆高,实际生产中常采用中心起爆。通过延长复板长度,将复板边缘引出复合区域可以有效地消除边界效应,模拟结果与理论分析一致。     

碳钢-不锈钢水下爆炸焊接的试验研究

为探究中间水层厚度及炸药厚度对Q235R碳钢-304不锈钢水下爆炸焊接质量的影响，设计了不同工艺条件下的水下爆炸焊接试验，测试了焊接过程中基复板的结合速度和结合压力，并对复合板结合界面波形和力学性能进行了检测。结果表明：水下爆炸焊接由于对基复板进行了抽真空处理可以采用高爆速炸药；当中间水层厚度一定时，增加炸药厚度反而导致复合板力学性能下降；当炸药厚度一定时，随着中间水层厚度增大，结合压力减小，导致结合界面波形的波长和振幅均增大，复合板力学性能下降。     

基复板间隙对钛-钢薄板爆炸焊接质量影响

为研究爆炸焊接过程中基板与复板间隙对焊接质量的影响,选取TA2为复板、Q304为基板进行薄板爆炸焊接试验。在充分考虑炸药边界效应的前提下,创造性的在一次爆炸试验中对不等基复板间距进行焊接,通过对样品的切割打磨,运用仪器观测结合区界面波纹变化情况,发现基板与复板间距由小逐渐增大,结合界面爆炸焊接质量呈现出由弱到强、由强到弱的变化过程。     

钛/钢复合板爆炸焊接装药厚度下限研究

分析以往钛/钢复合板爆炸焊接装药量计算过程中存在的问题,结合可焊性窗口下限理论及爆速试验结果,提出钛/钢复合板爆炸焊接装药厚度下限的计算方法,从数值上阐明装药厚度下限值与复板厚度、复板密度、炸药参数、基复板最小碰撞速度之间的函数关系。参照此装药厚度下限值进行钛/钢复合板爆炸焊接验证试验,结果表明,钛金属复板的延展变形得到很好的控制,结合界面没有产生Ti-Fe脆性金属间化合物,结合界面抗剪切强度达到380MPa。     

铝/燕尾槽钢爆炸焊接的研究

为研究熔点、强度等性能相差较大金属板的爆炸焊接,实验采用尺寸为5 mm×300 mm×300 mm的1060铝板与28 mm×300 mm×300 mm Q345燕尾槽钢板分别作为爆炸焊接的覆板和基板。爆炸焊接炸药采用铝蜂窝乳化炸药,然后通过爆炸焊接公式得到焊接参数,使铝与燕尾槽钢爆炸焊接时铝板内表面产生金属射流,而钢板内表面只发生塑性变形。结果表明,铝板与燕尾槽钢板依靠冶金结合以及燕尾槽的挤压啮合共同作用复合在一起,比传统铝-钢爆炸焊接节约炸药31%以上,降低了铝-钢复合板爆炸焊接窗口下限。爆炸复合板界面结合紧密,其面积比传统铝-钢爆炸复合板大141%,剪切强度大于79 MPa,满足铝-钢复合板结合强度的要求。     

钛-钢爆炸压接-轧制复合板的研究

为减小焊接炸药装药量,采用间隙配合的Q345燕尾槽钢板与TA2燕尾槽钛板,分别作为覆板和基板。燕尾槽的上底面、下底面和高分别为2,3,1 mm。所有燕尾槽的间隔为3 mm。间隙配合的钛板和钢板通过爆炸压接以及热轧得到尺寸为7.0 mm×300 mm×750 mm的钛-钢复合板。用力学性能检测以及微观形貌观察分析复合板界面结合质量。结果表明,间隙配合的燕尾槽钛板与钢板经爆炸压接-热轧工艺实现冶金结合,复合板界面结合良好,界面呈直线形,无金属间化合物生成,复合板弯曲性能良好。爆炸压接-热轧法制备钛-钢复合板相比爆炸焊接法可节约62.7%炸药。     

304不锈钢/Q235钢的多面约束装药爆炸焊接

为了提高爆炸焊接中炸药的能量利用率,使用了蜂窝铝结构乳化炸药和在蜂窝铝结构乳化炸药上端布置覆盖板的多面约束装药方式。蜂窝结构及覆盖板的多面约束减弱了空气中稀疏波对炸药爆轰的影响,降低了炸药爆轰的临界直径,提高了炸药对复板的做功能力。以304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多面约束装药和普通乳化炸药裸露装药的对比爆炸焊接试验,并采用格尼模型对爆炸焊接窗口和覆盖板对复板碰撞速度的影响进行了理论分析。结果表明,与传统爆炸复合技术相比,结合质量明显提高,并且炸药使用量减小了50%,炸药能量利用率显著提高。而复板碰撞速度随着覆盖板质量的增加而增加,但增加率降低。此外,得到了爆炸焊接窗口并对焊接质量进行了预测,实验和预测结果吻合良好。     

爆炸焊接复合管工艺及参数研究

以铜-不锈钢复合管为研究对象进行爆炸焊接试验,分析爆炸焊接复合管间隙、药厚、碰撞速度等工艺参数的选取与复合板爆炸焊接的异同。发现由于复合管焊接时复管存在扩径,其碰撞速度通常小于同种情况下复合板的碰撞速度。由于爆轰产物无法及时排出,复管在爆轰产物的压力下持续加速的时间较长,故复合管间隙的选取应稍大于复合板间距;将结合面通过高倍显微镜扫描,发现铜-不锈钢复合管的结合区波形在其间隙超过铜管壁厚并小于铜管内径的1/10时,焊接效果良好。     

1060-T2-Q235爆炸焊接试验及数值模拟

为改善铝-钢爆炸焊接复合板的结合质量,以T2纯铜作为中间层、Q235钢作为基板、1060铝作为复板进行了爆炸焊接试验,通过金相显微镜观察复合板界面形貌并通过拉伸试验测试其力学性能;采用ANSYS/AUTODYN软件对爆炸焊接过程进行数值模拟。试验结果表明：1060-T2与T2-Q235界面均呈波状结合;T2铜中间层的引入减少了复合板结合界面的孔洞、裂纹等微观缺陷;1060-T2-Q235爆炸焊接系统的复板动能利用率较1060-Q235系统提高了3.01%;1060-T2-Q235复合板抗拉强度为319.2MPa,满足抗拉强度要求。数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性。     

蜂窝结构炸药及其应用

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸能量利用率极低的问题,使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药,并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合两块复合板的双面爆炸复合技术,由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束,使炸药的临界厚度显著降低,乳化炸药在5 mm厚时,仍可以稳定爆轰。成功地进行了以5 mm厚的蜂窝结构炸药用于2 mm厚的45#钢板和16 mm厚的Q235钢板双面爆炸复合可行性试验。结果表明,与现行的单面爆炸复合相比,在复合相同数量复合板的情况下,炸药的使用量节省了83%,炸药的能量利用率显著提高。试验前,对爆炸复合窗口及复板的碰撞速度进行了计算,得到了复板碰撞速度的上下限(192 m·s-1vp983 m·s-1)及两组实验中复板的碰撞速度1089,863 m·s-1,计算与试验结果一致性较好。     

硅集成爆炸箔组件起爆HNS-IV试验研究

基于MEMS加工技术,设计制造了一种以硅为基底的集成爆炸箔组件.利用该爆炸箔组件,进行了起爆HNS-IV炸药的试验研究.结果表明,设计制造的爆炸箔组件参数合理,在3.5kA电流条件下可以起爆HNS-IV炸药.     

不同起爆方式对钛/钢复合板质量的影响

针对采用瞬发电雷管同时起爆多块复合板存在的爆破振动等有害现象,提出采用延时电雷管起爆,通过实验得到不同延时时间对应的安全板间距,进一步对比两种起爆方式下制备钛/钢复合板的外观品质、结合率及力学性能.当延时25 ms、50 ms,对应板间距分别大于临界板间距15 m、30 m时,采用延时电雷管起爆方式制备的钛/钢复合板性能完全满足要求,为延时起爆技术在爆炸复合中的应用提供了重要依据.     

钝感HNS-IV 炸药飞片冲击起爆数值仿真

为获得HNS-IV在飞片冲击下的窄脉冲宽度的起爆特性,使用Lee-Tarver点火增长模型和有限元分析软件,对不同直径、厚度的聚酰亚胺飞片撞击HNS-IV炸药过程进行数值模拟.按照试验装置的设计方案,建立数值模拟模型,对不同直径、厚度飞片冲击起爆HNS-IV炸药的机理及影响规律进行分析.仿真结果表明:在飞片厚度一定的条件下,飞片直径增大相应的引爆阈值压力和引爆阈值速度减小;在飞片直径一定的条件下,随着飞片厚度的增加,炸药的引爆阈值压力和引爆阈值速度减小;随着炸药密度的降低,炸药阈值引爆的飞片速度也随之减小.对于HNS-IV炸药,计算所得引爆阈值压力和脉冲持续时间经拟合后所得曲线满足constnpτ=的判据,确定其临界起爆能量.     

聚能效应在爆炸焊接工艺中的应用

利用药包的聚能效应,通过调节药包到复板之间的距离（吊高h0）,控制药包对复板释放的能量,达到减小爆炸复合工艺过程中复合板雷管区的尺寸的目的。6次爆炸焊接实验后,通过观察雷管区及其剖面形貌,最后确定当h0=8mm时,雷管区尺寸小,复板减薄量小,复合板结合率最高。     

引信飞片起爆多方案动态特性仿真对比

针对引信传爆管输出飞片远距离引爆弹丸主装药优化设计问题,应用ANSYS/LS-DYNA软件研究了12种飞片起爆方案,模拟出炸药驱动飞片起爆过程,并得出不同形状、不同厚度飞片冲击起爆炸药时炸药端面爆轰压力与时间的曲线。结果表明:在飞片厚度设计经验范围内,平板型飞片冲击炸药的爆轰压力随飞片厚度增加而增大;碟型飞片冲击炸药的爆轰压力随飞片厚度增加而减小;锥型飞片越厚越不易引爆炸药,而球缺型飞片越薄越不易引爆炸药,并且对飞片厚度极为敏感。     

钛-钢爆炸专用炸药及复合板结合性能的研究

以乳化炸药为基,玻璃微球作为稀释剂,通过铝蜂窝板制备低爆速蜂窝结构炸药。对间隙配合的槽型界面钛板与钢板进行爆炸-轧制复合,并分析研究钛-钢复合板界面结合性能。实验结果表明:乳化炸药爆速随着玻璃微球含量的增加而线性降低;铝蜂窝板可以降低乳化炸药临界直径,爆速为2 549m/s的铝蜂窝炸药临界厚度为9mm。爆炸压接后复合板未实现冶金结合,界面出现缝隙,轧制后钛-钢复合板界面实现冶金结合。     

爆炸箔尺寸对飞片速度的影响

爆炸箔是冲击片雷管的关键部件,为了获得爆炸箔的厚度和桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响,通过光纤台阶法测试了不同厚度和桥区尺寸的爆炸箔驱动飞片的情况。结果表明:在电压3.4 kV、电流3.5 kA的起爆条件下,最佳的爆炸箔厚度为3.67μm,可以驱动飞片产生2 307 m/s的速度;随着爆炸箔桥区尺寸的减小,飞片速度逐渐提高。因此,可以看出在一定的起爆能量下,驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值;在爆炸箔厚度一定的情况下,减小爆炸箔的桥区尺寸,可以提高爆炸箔驱动飞片的能力,从而可以达到降低冲击片雷管起爆能量阈值的目的。     

多爆炸成形弹丸引爆带壳装药数值模拟研究

利用LS-DYNA有限元数值计算软件,对多爆炸成形弹丸(MEFP)战斗部冲击引爆带壳装药过程进行了模拟研究,对比分析了中心点、环形和平面3种起爆方式对MEFP的影响。相比中心点起爆,平面起爆时中心弹丸速度提高27.8%,动能提高87.5%;环形起爆下,中心弹丸速度提升24.6%,动能提升77.5%。3种起爆方式均能实现对带壳装药的冲击起爆,表明基于MEFP销毁带壳装药方法可行。相对于点起爆、环形起爆方式,采用平面起爆方式时弹丸发散角最小,弹丸束密集程度最高,利于提升未爆弹引爆率。     

高氮钢与铝板的爆炸焊接可行性探究

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对奥氏体高氮钢与铝板的爆炸焊接过程进行数值模拟,通过模拟端点线起爆和中间线起爆方式,观察其覆板速度及碰撞点压力变化及焊接效果,并设置了端点线起爆焊接实验进行验证。模拟结果表明:中间线起爆效果优于端点线起爆。试验结果表现出与模拟效果良好的一致性,分析认为奥氏体高氮钢具备爆炸焊接所需性能。     

双EFP冲击引爆带盖板B炸药的累积毁伤效应

为了研究多个爆炸成型弹丸（MEFP）对战斗部装药的冲击起爆问题,进行了单、双爆炸成型弹丸（EFP）冲击引爆带盖板B炸药的试验,测试了单EFP和双EFP对带盖板B炸药的冲击引爆能力,同时利用AUTODYN有限元软件开展了EFP对带盖板B炸药冲击引爆行为数值模拟研究,分别分析了单EFP和双EFP的成型过程、引爆带盖板B炸药的作用过程,获得了B炸药发生爆轰时的临界盖板厚度（H_c）。进一步,建立了双EFP同时引爆带盖板炸药临界条件的工程计算模型。试验结果表明：试验获得的EFP长18 mm,直径19 mm。单EFP冲击带盖板B炸药发生爆轰的临界盖板厚度范围为10 mm≤H_c<15 mm,而双EFP作用时的临界盖板厚度范围为15 mm≤H_c<20 mm。另一方面,数值模拟结果表明,在单EFP作用下,带盖板B炸药发生爆轰的临界盖板厚度为13 mm;而双EFP作用下,带盖板B炸药发生爆轰的临界盖板厚度为19 mm,相较于单EFP作用时的H_c提高了46.2%,数值模拟结果与试验结果吻合较好。工程模型能较准确地预测双EFP同时冲击起爆带盖板炸药的临界起爆速度。