我国爆炸加工的应用与技术进展

我国的爆炸加工发展与世界几乎同步,由对国际上爆炸成形、焊接等技术的跟踪,逐渐形成了具有自己特色的爆炸加工理论与生产技术。爆炸成形由最初对重型压力装备的替代,已发展成为更精细爆炸技术;爆炸硬化、爆炸消除焊接残余应力已经在电力、铁道等领域成为独特的加工手段;爆炸合成的金刚石等材料也已经生产应用;爆炸焊接的加工产能已超过世界一半,所生产加工的各种金属复合材料已完全取代进口,在军事与民用工业的众多领域取得广泛应用。作为改善爆炸加工安全、环保与生产条件的装备设施,各种水池、水井、大型爆炸容器、爆炸洞也已开始应用。通过对我国爆炸加工的这些工业生产技术发展进行总结与展望,以期促进行业的发展与进步。

覆土真空爆炸容器内部载荷及动态响应分析

为了研制超大型真空爆炸焊接容器,探索覆土真空爆炸容器内的冲击载荷及结构动态响应,设计了一座可以满足实验需要的0.55 m^(3)小型真空爆炸容器,在其内部开展了一系列真空爆炸实验;应用AUTODYN有限元应用程序,对真空爆炸实验进行了数值模拟分析,深入探索了冲击波在容器内部的传播规律、冲击载荷分布状态、结构动态响应以及覆土厚度对平板结构消振作用的影响等问题。实验和数值模拟结果表明:爆炸容器内冲击载荷时程曲线的第2次脉冲峰值明显高于第1次脉冲峰值,且冲击波的叠加和反射总是发生在封盖内壁;随着容器内部真空度的不断下降,冲击载荷的峰值也被明显削弱;容器封盖的动态响应分为阶跃上升、脉冲随动、惯性滞后和静压稳定4个发展阶段;随着真空度的下降以及覆土厚度的增加,爆炸容器的动态响应逐渐被削弱。降低容器内部环境压力和增加覆土厚度均可削减爆炸容器的受迫振动,可为超大型真空爆炸容器的结构设计提供参考。

气相爆轰合成碳纳米材料的研究进展

气相爆轰合成是一种新型的碳纳米材料制备方法,相对于其他碳纳米材料制备方法而言具有反应速度快、产物种类多、产量大、纯度高、操作简单和经济性高等优点,有利于促进碳纳米材料的工业化生产。为深入阐明气相爆轰法合成碳纳米材料的研究与发展状况,介绍了气相爆轰法合成所需仪器设备、实验流程、理论计算以及产物的表征方法等,整理归纳了气相爆轰法合成碳包覆纳米金属粒子、碳纳米球、碳纳米管、碳点和碳纳米胶囊等技术与方法,分析了合成产物的形貌、结构及性能特征,展望了气相爆轰下各种新型碳纳米材料的应用潜力与技术发展趋势,以期为合理设计、针对性优化、规模化合成纳米材料奠定理论基础。研究表明:爆轰合成应结合宏观的爆轰理论和微细观的粒子生长。当前借助爆轰波发动机与爆轰胞格结构研究热点,使宏观爆轰胞格与纳米材料微观合成过程构成联系是重点研究方向。然而,在研究爆轰合成粒子的生长机理时,聚集在微细尺度上的纳米粒子生长仍然也是一种跨尺度问题,有必要引入分子动力学和格子波尔兹曼计算方法加以解决。

爆轰管内氢氧爆炸过程与碳-铁纳米材料生长研究

为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程,采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比(2∶1、3∶1和4∶1)对爆轰参数(爆速、爆温、爆压)峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明:爆轰管内氢氧爆炸包括爆轰波的传播与燃烧波的衰减2个过程,且氢氧摩尔比对爆速、爆温、爆压的峰值时程曲线影响十分显著。随着氢氧摩尔比的提高,爆轰波的爆速、爆温、爆压及其衰减速率均呈减小趋势。氢氧摩尔比通过影响爆轰波的传播与衰减而作用于碳-铁纳米材料形貌的生长。零氧平衡时,样品为碳包铁纳米颗粒,随着氢氧摩尔比的提高,样品中碳纳米管的数量逐渐增多。调整氢氧摩尔比可实现对爆轰波传播与衰减过程的控制,达到气相爆轰控制性制备特定形貌的碳-铁纳米材料的目的。

爆破振动速度测试精细分析

为确定爆破震动衰减规律,通常采用最大振动速度、最大单段药量、布点到爆区中心的距离这3个变量回归计算萨道夫斯基振动速度公式系数。为精细分析爆破振动衰减规律,用单段延时串联起爆网路,结合测试速度图谱的不同时刻最大值、对应单段药量、布点到不同孔位距离,依据一元线性回归原理计算出振动速度公式系数,为爆破振动测试提供了一种精细分析方法。

爆炸焊界面附近熔化层厚度估算

爆炸焊接界面附近温升是由爆炸绝热压缩和畸形变形能沉积两者造成的。通过计算绝热压缩温升和畸形变形能沉积产生的温升 ,给出熔化判据 。

地铁隧道浅埋段下穿砖混结构房屋爆破振动控制研究

以中国大连地铁的浅埋隧道南关岭镇-南关岭站区间为例,给出了人性化的爆破振动速度控制指标。为控制爆破振动,配置大孔径(直径100mm)减振孔并通过预裂爆破形成两道隔振带;采用上下台阶法开挖,掏槽部位尽量下移,增加起爆点与建筑物的距离,降低掏槽引起的爆破振动;提出孔外小段位非电导爆管雷管实现孔内外综合微差方法,在提高爆破振动主频的同时控制了爆破振动速度。实践证明,该区间的爆破振动控制在1.0cm/s,振动主频158.6Hz,持续时长1 150ms,解决了"爆破扰民"问题。

城市地铁浅埋隧道下穿危房爆破设计及振动区域划分探索

城市浅埋隧道采用钻爆法掘进,往往涉及下穿居民区。根据理论计算及现场调整参数,上台阶爆破采用先行预裂带和增设掏槽隔振空眼等手段,经过现场爆破振动测试,采用先行预裂带等手段可以使爆破振动速度降低到国家标准的50%以下。为保护居民与业主及施工单位的权益,综合考虑现场地质地貌及前人的结论,进行爆破振动测试时采用垂直于掘进方向布点,并通过最小二乘法反演得到萨道夫斯基公式中的K,α值,再根据所得参数及萨道夫斯基公式计算出影响距离,得出该地质条件下的振动影响距离为38m。

多层非晶薄带爆炸焊接温度场模型

从非晶合金形成的特点出发 ,结合爆炸焊接传热的特殊性 ,提出用一种方波形温度场模型来解释非晶薄带爆炸焊接后能保证非晶态的原因。结果表明此模型符合非晶薄带爆炸焊接的实际情况。

浅埋隧道下穿既有双桥微差减振爆破方法

大连地铁208标段,部分下穿魏台桥和西部大通道桥,影响里程为90 m。该区间为浅埋段且地质条件复杂,隧道拱顶距离桩基平均为2 m,最近处与桩基几乎贴合。采用非对称毫秒起爆的爆破方法,上部掏槽眼位布置在底下,以加大掏槽部位至桥桩距离和减小掏槽爆破对桩基的振动影响。扩槽眼和辅助眼采用左右交替布置,内圈眼和周边眼采用间隔布置,因爆破时差作用从而引起对桩底左右两侧产生不同的震波,达到对桩基更好的保护作用。采用非对称起爆方法的成功实践为以后类似工程提供了借鉴意义。

改良型中深孔爆破振动频率研究

针对A,B,C,D四种改良型中深孔爆破,详细计算这四种改良类型的爆炸荷载时长,并与相对应的普通类型进行对比。通过非对称三角形荷载的频谱分析,发现荷载时长与频率成反比例关系;在此基础上,研究表明改良型中深孔爆破在一定程度上提高了爆破振动频率,降低了建筑物发生共振的几率,实现了增频降幅的目的。以大连市辛寨子地铁明挖车站为例,该工程项目采用浅孔和A、C改良型中深孔联合爆破技术,达到了降低造价、缩短工期的目标。

爆炸焊接界面产生非晶相的理论解释

从非晶相形成的特点出发,针对爆炸焊传热的特性提出用1种焊接界面温度场模型来解释焊接界面非晶相的形成。结果表明模型能很好的解释非晶相的成因。

块体非晶合金制备技术展望

非晶合金的初始状态多为粉末或薄条带 ,这就大大限制了非晶合金的许多优异性能的发挥以及在工业中的应用。所以开发研究块体非晶合金有其重大的理论和应用价值。本文从四个研究方面归纳了当前研究状况 ,即粉末冶金技术、固态反应、从液相中直接制取、非晶条带直接复合等。本文简单介绍了前三种方向 ,重点论述非晶条带直接复合即非晶块的爆炸焊接制备技术 ,复合后的块体能保证非晶态 ,用它来制备非晶合金块的前景广阔。

基于装药形状优化的中深孔爆破控制

在工程实践的基础上,提出了A、B、C、D四种不同的装药方式。同时理论确定四种装药方式各自的排距、孔距、孔深、装药高度等一系列爆破参数。在确定装药高度的情况下,这种装药方式调整装药线密度分布在3.0~6.0 kg/m之间,即保证小孔的做功能力又防止大孔单孔药量过大引起振速超标。并且在某地铁渡线段进行了具体的操作应用,达到了缩短工期、减少飞石、提高频率等目的。尤其经济上实现了"浅孔问题深孔化",技术上实现"深孔问题浅孔化"。为解决此类问题提出了一个可行性方案。

烟囱爆破拆除及其振动测试分析

针对41m高钢混结构烟囱爆破拆除,采用梯形缺口方式,设计了合理的烟囱爆破参数,并对爆破振动、塌落振动进行监测。通过分析振动图谱,得出烟囱从起爆到塌落共需7s左右。介绍了振动主频的两种求解方法,一种是国标规定的最大振动速度对应的频率;另一种是最大能量密度处由FFT分析快速傅里叶变换得到的频率。虽然两者之间存在较大差异,但都证明了爆破振动的主频要高于塌落振动的主频,塌落振动频率更接近于建筑物的固有频率,容易引起共振。

气相爆轰合成碳包铁的影响因素

研究了氢氧摩尔比例与二茂铁质量对制备碳包覆铁纳米颗粒的影响。通过氢气与氧气爆轰产生的高温高速,在自制爆轰管内分解二茂铁,合成了碳包覆铁纳米颗粒。经XRD分析与TEM表征发现,氢氧比例与二茂铁质量在制备碳包铁时相互影响,氢氧比例主要影响碳包铁的形貌大小及分散性,二茂铁质量对能否合成碳包铁纳米颗粒影响很大。当氢氧比例为2：1,二茂铁质量在2.5~3.5 g时,能够合成碳包覆铁纳米颗粒,且呈球形或椭球形,具有明显的核壳结构。从颗粒大小均匀性,形貌结构及分散性考虑,氢氧比例2：1,二茂铁质量3.5 g的反应条件是制备碳包铁的较佳方案。

爆炸焊接技术应用扩展

非晶态合金是新型功能材料,但制备难度大。采用爆炸焊接技术是制备块体非晶态合金的一个很好方法。给出了爆炸焊接制备过程中的技术难点,提出了解决的相应对策,最后成功完成了块体非晶态合金的爆炸焊接制备实验。本制备技术还有待于进一步深入研究和完善。

前驱体相对物质的量的变化对氢氧气相爆燃制备纳米SiO_2颗粒的影响

以SiCl4为前驱体,以H2和O2的混合气体为爆源,通过改变前驱体的相对物质的量,考察前驱体的相对物质的量对产物的影响。并通过XRF、TEM和XRD等测量手段对纳米SiO2粉体进行测试分析:通过XRF对产物进行成分分析,测得所得产物主要由SiO2组成,且纯度达到99.9%以上;由XRD结果得出,生成的SiO2产物属于典型的不定形结构;由TEM图片可以得出,生成的产物粒径大小大部分在50～100nm之间,且呈圆球状。随着前驱体相对物质的量的增加,所得到的产物粒子逐渐出现粘结,分散性下降,前驱体相对物质的量应该控制在1.25以内。

爆温对气相爆轰合成纳米TiO_2结构和性能的影响

采用气相爆轰法制备纳米TiO_2粉末,并研究爆温对样品的结构和性能的影响。使用XRD、TEM及甲基橙溶液降解来表征样品的结构与性能。结果表明:爆温对样品中金红石相含量有一定影响,在爆温为2524 K时,金红石相含量达到最大值92.2%;爆温对样品的平均粒径有重大影响,爆温与样品的平均粒径呈线性关系,爆温越高,样品的平均粒径越大,当爆温由2399 K提高到3114 K时,平均粒径由87.2 nm提高到172.9 nm;爆温对样品的光催化性有着间接影响,爆温越高,样品的平均粒径越大,光催化效能降低。当爆温为2399 K时,制备样品的平均粒径为87.24 nm,锐钛矿比例为31.7%,光催化活性最高,在紫外光下40 min甲基橙溶液降解率为90.82%,反应速率常数k为0.062。

初始压力对气相爆轰制备纳米SnO_2的影响

通过爆轰H2、O2和SnCl4的混合气体来制备纳米SnO2是一种新的纳米SnO2的合成方法。通过XRD、TEM、HRTEM和纳米激光粒度仪对其晶型、形貌和粒径进行了表征,总结了初始压力对产物的影响。结果表明,合成的纳米SnO2为纯净的金红石相,且晶粒不存在缺陷。随着初始压力的提高,SnO2的晶粒粒径减小,但颗粒尺寸却变大,颗粒呈球形,出现团聚,分散性变差。