爆炸焊接工藝在主通風(fēng)機(jī)機(jī)殼保護(hù)圈焊接中的應(yīng)用

王海亮， 張 力

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高陽(yáng)煤礦機(jī)電區(qū)， 山西 孝義 032300）

1 爆炸焊接的基本原理

爆炸焊是一種新型的焊接工藝，利用炸藥爆燃產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)被焊接件（復(fù)材）向焊接件（基材）高速傾斜碰撞，使兩種構(gòu)件界面實(shí)現(xiàn)結(jié)合。界面結(jié)合處熔化量較少或沒有，且無熱影響區(qū)域，是一種固相焊接方式。該工藝能夠用于焊接不同材料組合，所焊接的焊件具有良好的焊接性能及力學(xué)性能。在工程上經(jīng)常用這種工藝制造金屬?gòu)?fù)合材料或用于異種金屬的焊接。炸藥（通常使用低爆熱炸藥）爆炸后產(chǎn)生的爆炸能驅(qū)使復(fù)材向基材高速運(yùn)動(dòng)并發(fā)生具有特定速度和傾角的碰撞。在碰撞界面的間隙內(nèi)產(chǎn)生金屬射流。金屬表面在這種金屬射流作用下被清理且出現(xiàn)塑性流動(dòng)現(xiàn)象，基材和復(fù)材的金屬表面由此可靠地結(jié)合。

2 爆炸焊接應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 焊接強(qiáng)度高，不易松脫

將主通風(fēng)機(jī)外殼和保護(hù)圈爆炸焊接，保護(hù)圈兩側(cè)充分焊接，無熱影響區(qū)，焊接強(qiáng)度高，經(jīng)受得住后續(xù)車削帶來的水平和軸向作用力，與沉頭鉚釘或沉頭螺栓固定比較，爆炸焊接固定可靠，具有抗振性能好、不松動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。

2.2 焊接工藝簡(jiǎn)單

利用底爆熱炸藥產(chǎn)生的能量推動(dòng)主通風(fēng)機(jī)保護(hù)圈向外殼高速碰撞，就可實(shí)現(xiàn)保護(hù)圈與主通風(fēng)機(jī)外殼不同材料之間的焊接，工藝簡(jiǎn)單容易掌握。

2.3 焊縫免維護(hù)

爆炸焊焊縫自檢驗(yàn)合格后，無需維護(hù)，保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。與鉚釘或螺栓固定保護(hù)圈相比，無需進(jìn)入風(fēng)機(jī)外殼內(nèi)檢查保護(hù)圈，減少維護(hù)項(xiàng)目的同時(shí)也極大地減輕了維護(hù)工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 焊接質(zhì)量的常見問題

3.1 基材和復(fù)材結(jié)合不良

爆炸焊接后，基材和復(fù)材之間外觀看似結(jié)合，其實(shí)全部或大部分結(jié)合面沒有實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，焊接強(qiáng)度很低。

3.2 鼓包

焊接復(fù)合件復(fù)材局部出現(xiàn)凸起，內(nèi)部充滿了壓縮氣體，敲擊復(fù)材表面可聽到空響聲，與沒有鼓包處的復(fù)合件敲擊聲不同，這種缺陷稱為鼓包，創(chuàng)造良好的排氣條件能夠消除鼓包現(xiàn)象，是保障焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.3 大面積熔化

爆炸焊接過程中，如果結(jié)合界面的間隙不能及時(shí)將空氣排出，絕緣熱將會(huì)壓縮空氣，空氣溫度升高，高溫氣體周圍金屬會(huì)被大面積熔化而形成此類缺陷。

3.4 表面燒傷

為防止復(fù)材表面被爆炸熱量氧化燒傷的現(xiàn)象出現(xiàn)，爆炸焊需要使用低爆熱炸藥，同時(shí)使用瀝青或其他保護(hù)層隔絕炸藥和復(fù)材。

3.5 爆炸打傷

爆炸產(chǎn)生的沖擊波撞擊復(fù)材表面，復(fù)材表面會(huì)出現(xiàn)麻坑、凹坑或者小溝。為防止此類缺陷的出現(xiàn)，必須采用高純度炸藥，且布藥要均勻。

4 爆炸焊接的檢測(cè)、檢驗(yàn)

4.1 非破壞性檢驗(yàn)

主要有三種檢驗(yàn)方法，分別是表面質(zhì)量檢查、輕敲擊檢驗(yàn)、超聲檢驗(yàn)，檢查內(nèi)容為外形尺寸、結(jié)合情況、結(jié)合面積等。

4.2 破壞性檢驗(yàn)

為檢查復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度，可采用拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、顯微硬度試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)等方法檢驗(yàn)。

5 爆炸焊接在主通風(fēng)機(jī)外殼保護(hù)圈焊接中的實(shí)際應(yīng)用

高陽(yáng)煤礦北風(fēng)井采用FBCDZ 系列煤礦地面用防爆抽出式對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)，規(guī)格型號(hào)為FBCDZ NO23/54，防爆三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBF 450S2-8，額定功率2×200 kW。北風(fēng)井采用雙風(fēng)機(jī)（一用一備）運(yùn)行方式。

原主通風(fēng)機(jī)保護(hù)圈是一個(gè)銅質(zhì)金屬環(huán)，使用銅鉚釘固定，銅環(huán)由于受風(fēng)機(jī)殼體振動(dòng)影響，常會(huì)出現(xiàn)鉚釘松動(dòng)的現(xiàn)象，鉚釘松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致銅環(huán)松動(dòng)，產(chǎn)生多個(gè)不利影響。第一，減小了銅環(huán)與風(fēng)葉之間的安全間隙，容易發(fā)生風(fēng)葉碰撞機(jī)殼保護(hù)圈的故障；第二，降低了銅環(huán)的固定強(qiáng)度，銅環(huán)在風(fēng)流和機(jī)體振動(dòng)的雙重作用下，松動(dòng)情況會(huì)進(jìn)一步加劇；第三，通風(fēng)機(jī)外殼和保護(hù)圈容易受到風(fēng)道中氣化水的侵蝕（風(fēng)道中含有二氧化硫、硫化氫等有毒有害物質(zhì)），有害物質(zhì)的侵蝕會(huì)進(jìn)一步加劇其他鉚釘?shù)乃蓜?dòng)。使用鉚釘或螺栓固定，就需要維護(hù)工經(jīng)常性地敲擊檢查保護(hù)圈的松動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)情況及時(shí)更換或者補(bǔ)充緊固件，該工作增加了檢修項(xiàng)目，升高了維護(hù)工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

高陽(yáng)礦于2020 年4 月30 日對(duì)北風(fēng)井一號(hào)主通風(fēng)機(jī)的保護(hù)圈進(jìn)行了更換，同年5 月份又對(duì)二號(hào)主通風(fēng)機(jī)保護(hù)圈進(jìn)行了更換，由原來的鉚釘固定方式，變更為爆炸焊焊接固定方式。自從更換后，爆炸焊接固定的保護(hù)圈與風(fēng)葉間間隙穩(wěn)定且無變化，主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。

6 結(jié)語(yǔ)

高陽(yáng)煤礦北風(fēng)井以往的主通風(fēng)機(jī)保護(hù)圈除了采用鉚釘固定外，還有采用沉頭銅螺栓固定，但無論任何一種固定方式均受機(jī)體振動(dòng)的影響，很容易造成保護(hù)圈松動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)葉與保護(hù)圈的間隙變小，不符合國(guó)標(biāo)規(guī)定，輕則保護(hù)圈與風(fēng)葉摩擦損壞風(fēng)葉，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致機(jī)械碰撞摩擦生火，點(diǎn)燃回風(fēng)流的瓦斯，進(jìn)而導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生。而爆炸焊焊接固定的保護(hù)圈在經(jīng)過各種檢測(cè)、檢驗(yàn)合格后，固定十分可靠，不受風(fēng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)的影響，不會(huì)發(fā)生摩擦碰撞生火導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生，進(jìn)一步提高了主通風(fēng)機(jī)的安全可靠系數(shù)，也保障了通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而保障了礦井的安全生產(chǎn)。截止目前。采用爆炸焊工藝焊接固定的保護(hù)圈在北風(fēng)井兩臺(tái)對(duì)旋主通風(fēng)機(jī)內(nèi)正常使用，下一步可推廣應(yīng)用于東風(fēng)井長(zhǎng)軸軸流式主通風(fēng)機(jī)，進(jìn)而可在全集團(tuán)公司進(jìn)行推廣應(yīng)用。