Взрывные технологии

Взрывные 
технологии

В.В. Селиванов, И.Ф. Кобылкин, 
С.А. Новиков

Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебника для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлению подготовки 
«Машиностроение»

2-е издание, переработанное и дополненное
н

УДК 621.7(075.8)
ББК 30.61
 
С29

Рецензенты:
зав. кафедрой «Молекулярная физика» МГУ им. М. В. Ломоносова
д-р физ.-мат. наук, профессор Н. Н. Сысоев;
генеральный директор и главный конструктор ФГУП ФНПЦ «Прибор»
д-р техн. наук О. Т. Чижевский;
д-р техн. наук, профессор В. Д. Баскаков

C29
 
Селиванов, В. В.
Взрывные технологии : учебник для вузов / В. В. Селиванов, И. Ф. Кобылкин, С. А. Новиков. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2014. – 519, [1] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-3992-8

Описаны практически все известные взрывные технологии, имеющие промышленное значение: упрочнение, сварка, штамповка, прессование с помощью 
энергии взрыва и динамический синтез сверхтвердых материалов, а также рассмотрены технологии разделения на фрагменты стальных конструкций с помощью как удлиненных кумулятивных зарядов, так и ударных волн. Изложены 
основные представления об экологически безопасных взрывных методах разборки и уничтожения боеприпасов. Рассмотрены способы защиты от действия 
взрыва, а также приведены простые инженерные методики расчета конструктивных характеристик взрывных устройств, реализующих соответствующие 
взрывные технологии, и расчета взрывных камер на прочность. В последней 
части учебника рассказывается о применении мирных ядерных взрывов с целью решения научных и промышленных задач.
Учебник написан на основе материалов лекций по учебным дисциплинам, 
объединенным под общим названием «Взрывные технологии», которые авторы 
в течение многих лет читают студентам МГТУ им. Н. Э. Баумана и Саровского 
государственного физико-технического института.
Для студентов технических университетов и машиностроительных вузов. 
Может быть полезен аспирантам втузов и инженерно-техническим работникам, 
занимающимся разработкой и применением взрывных технологий.

УДК 621.7(075.8)
ББК 30.61

ISBN 978-5-7038-3992-8

© Селиванов В. В., Кобылкин И. Ф.,
 
2014
© Оформление. Издательство МГТУ
 
им. Н. Э. Баумана, 2014

Оглавление

Предисловие .........................................................................................................................9
Введение ..............................................................................................................................13
Часть I
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ..........................17
Глава 1. Элементы теории взрывчатых веществ и физики взрыва .....................19
1.1. Промышленные взрывчатые вещества, применяемые при обработке 
материалов взрывом ................................................................................19
1.1.1. Общая характеристика явления взрыва ......................................19
1.1.2. Классификация взрывчатых веществ .........................................26
1.2. Возбуждение детонации и распространение детонационных волн 
в зарядах промышленных взрывчатых веществ. Детонационные 
волновые генераторы ...............................................................................39
1.2.1. Средства инициирования детонации взрывчатых веществ ......39
1.2.2. Распространение детонационных волн в зарядах 
взрывчатых веществ .....................................................................49
1.2.3. Детонационные волновые генераторы .......................................56
1.3. Параметры нагружения материалов контактным взрывом заряда 
взрывчатого вещества и высокоскоростным ударом ............................59
1.3.1. Нагружение контактным взрывом ..............................................59
1.3.2. Нагружение высокоскоростным ударом. Прохождение 
ударной волны через границу раздела двух сред ......................66
1.3.3. Нагружение косыми ударными волнами ....................................71
1.4. Метание тел продуктами детонации при взрыве заряда 
взрывчатого вещества ..............................................................................81
1.4.1. Энергетический кинематический подход...................................82
1.4.2. Метание пластины продуктами детонации при нормальном 
падении детонационной волны на поверхность пластины ......91
1.4.3. Соотношения для двумерных стационарных моделей
метания ..........................................................................................92
1.4.4. Метание пластин через слой передающей среды ......................95
Литература .........................................................................................................................97
Глава 2. Поведение конструкционных материалов при динамическом 
и ударно-волновом нагружении .................................................................100
2.1. Классификация режимов нагружения..................................................100
2.2. Динамическое нагружение ....................................................................102
2.2.1. Динамические диаграммы одноосного сжатия
и растяжения конструкционных материалов ...........................102
2.2.2. Динамические испытания материалов, находящихся в сложном 
напряженном состоянии ............................................................105
2.2.3. Динамическая трещиностойкость материалов ........................105
2.3. Ударно-волновое нагружение ...............................................................107
2.3.1. Основные соотношения .............................................................107
2.3.2. Структура ударных волн ............................................................108
2.3.3. Напряжения сдвига за фронтом ударной волны ...................... 111
2.3.4. Разрушение материалов при взаимодействии ударных волн ......115
Литература .......................................................................................................................124

Оглавление

Часть II
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ВЗРЫВОМ ...............................127

Глава 3. Упрочнение металлов и сплавов взрывом ...............................................129
3.1. Взрывные устройства, используемые для упрочнения взрывом .......129
3.1.1. Общая характеристика деформационного упрочнения ..........129
3.1.2. Схемы взрывных устройств, используемых для упрочнения 130
3.2. Особенности деформирования металлов и сплавов 
при ударно-волновом нагружении .......................................................134
3.2.1. Фазовые переходы в металлах и сплавах
при ударно-волновом нагружении и их роль в упрочнении .....134
3.2.2. Механизмы деформирования металлов и сплавов 
при ударно-волновом нагружении ............................................136
3.3. Зависимость параметров упрочнения металлов и сплавов 
от интенсивности ударно-волнового нагружения ...............................141
3.4. Обработка взрывом сварных соединений металлоконструкций .......145
3.5. Элементы инженерной методики проектирования взрывных 
устройств, используемых для упрочнения взрывом...........................149
3.6. Детонационно-газовое и взрывное напыление ...................................151
3.6.1. Технологии нанесения покрытий..............................................151
3.6.2. Детонационно-газовое напыление покрытий ..........................152
3.6.3. Распространение детонационной волны в стволе установки 
для детонационно-газового напыления ....................................154
3.6.4. Разгон и разогрев частиц напыляемого порошка ....................157
3.6.5. Формирование покрытий при детонационно-газовом 
напылении ...................................................................................162
3.6.6. Установки для детонационно-газового напыления и их 
применение .................................................................................166
3.6.7. Взрывное напыление покрытий продуктами детонации 
конденсированных взрывчатых веществ ..................................171
Литература .......................................................................................................................174
Глава 4. Cварка металлов взрывом ..........................................................................176
4.1. Основные схемы и параметры сварки взрывом ..................................176
4.1.1. Основные схемы сварки взрывом .............................................176
4.1.2. Кинематические параметры сварки взрывом ..........................179
4.1.3. Динамические параметры сварки взрывом ..............................182
4.2. Закономерности процесса сварки взрывом .........................................187
4.3. Формирование соединения при сварке взрывом ................................189
4.4. Особенности сварки взрывом крупногабаритных 
металлических листов ...........................................................................195
4.5. Сварка взрывом в сверхзвуковом режиме и ударно-волновая
сварка ......................................................................................................199
4.6. Элементы инженерной методики проектирования взрывных 
устройств, используемых для сварки взрывом ...................................201
Литература .......................................................................................................................205
Глава 5. Штамповка взрывом ....................................................................................206
5.1. Основные понятия штамповки взрывом .............................................206
5.2. Действие подводного взрыва на заготовку ..........................................211
5.3. Расчет основных параметров штамповки взрывом ............................214
5.3.1. Расчет энергии, передаваемой заготовке при штамповке 
взрывом........................................................................................214

Оглавление
5

5.3.2. Расчет работы, затрачиваемой на формообразование детали 217
5.3.3. Расчет массы заряда ВВ .............................................................223
5.4. Особенности штамповки взрывом .......................................................226
5.5. Художественная чеканка взрывом ........................................................228
Литература .......................................................................................................................232

Часть III
ВЗРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕССОВАНИЯ ПОРИСТЫХ 
МАТЕРИАЛОВ И СИНТЕЗА СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ..........233

Глава 6. Прессование пористых материалов взрывом .........................................235
6.1. Модели уплотнения пористых материалов .........................................235
6.1.1. Ударно-волновое сжатие пористых материалов ......................235
6.1.2. Механизмы связывания частиц и микромеханика 
уплотнения пористых материалов ............................................240
6.2. Изготовление плоских изделий из пористых материалов
прессованием взрывом ..........................................................................246
6.2.1. Схемы взрывных устройств ......................................................246
6.2.2. Оценочный расчет основных конструктивных характеристик 
взрывных устройств для плоского прессования......................249
6.3. Изготовление осесимметричных изделий из пористых
материалов прессованием взрывом ......................................................252
6.3.1. Схемы взрывных устройств ......................................................252
6.3.2. Формы фронтов сходящихся ударных волн 
при осесимметричном прессовании взрывом..........................253
6.3.3. Оценочный расчет основных конструктивных характеристик 
взрывных устройств для осесимметричного прессования .....256
6.4. Динамическое дробление рабочих элементов инструментов 
из твердосплавных материалов ............................................................260
Литература .......................................................................................................................264
Глава 7. Динамический синтез сверхтвердых материалов ..................................266
7.1. Ударно-волновой синтез сверхтвердых материалов ...........................266
7.1.1. Свойства сверхтвердых материалов и их применение ...........266
7.1.2. Технологии ударно-волнового синтеза сверхтвердых 
материалов ..................................................................................269
7.2. Детонационный синтез сверхтвердых материалов .............................274
7.2.1. Синтез сверхтвердых материалов при детонации смесей 
бризантных углеродосодержащих взрывчатых веществ 
с графитом и нитридом бора .....................................................275
7.2.2. Синтез ультрадисперсных алмазов при детонации
бризантных углеродосодержащих взрывчатых веществ ........277
7.3. Компактирование взрывом порошков сверхтвердых материалов .....281
Литература .......................................................................................................................285

Часть IV
ВЗРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ 
НА ФРАГМЕНТЫ ..............................................................................................287

Глава 8. Применение кумулятивных зарядов для разделения конструкций ...289
8.1. Кумулятивная струя и ее взаимодействие с преградой ......................289

Оглавление
6

8.1.1. Принцип действия кумулятивного заряда ................................292
8.1.2. Моделирование проникания кумулятивных струй 
реальных кумулятивных зарядов ..............................................300
8.2. Влияние конструктивных характеристик и условий применения 
осесимметричных кумулятивных зарядов на их пробивное
действие ..................................................................................................304
8.3. Кумулятивные перфораторы .................................................................307
8.4. Газокумулятивные заряды и их действие ............................................313
8.5. Удлиненные кумулятивные заряды ......................................................319
8.5.1. Общая характеристика ...............................................................319
8.5.2. Анализ существующих конструкций........................................322
8.5.3. Определение оптимальных параметров разрезания преград 
из конструкционных материалов с помощью удлиненных 
кумулятивных зарядов марки 2ТСн ..........................................325
8.5.4. Резание конструкций взрывом ..................................................328
Литература .......................................................................................................................334
Глава 9. Разделение на фрагменты массивных стальных конструкций 
и автомобильных шин .................................................................................335
9.1. Технология разделения на фрагменты массивных стальных 
конструкций, основанная на взаимодействии ударных волн 
разрежения ..............................................................................................335
9.1.1. Разделение на фрагменты толстостенных конструкций .........335
9.1.2. Ударные волны разрежения – аномальное явление 
в газовой динамике .....................................................................338
9.1.3. Применение метода основанного на взаимодействии 
ударных волн разрежения для резания толстостенных
преград .........................................................................................346
9.2. Взрывные устройства для подводного резания свай ..........................351
9.2.1. Взрывное устройство ВУ1 .........................................................353
9.2.2. Взрывное устройство ВУ2 .........................................................354
9.2.3. Взрывные устройства для демонтажа опор морских
платформ .....................................................................................356
9.3. Взрывные устройства для резания многослойных трубопроводов ..359
9.4. Дробление автомобильных шин взрывом ...........................................364
Литература .......................................................................................................................371
Глава 10. Взрывные установки многоразового действия .......................................373
10.1. Основные принципы работы взрывных генераторов давления ........373
10.2. Промышленные взрывные установки многоразового действия .......382
10.2.1. Установка для резания взрывом «Гильотина» .........................382
10.2.2. Серия взрывных установок для горнодобывающей 
промышленности ........................................................................385
10.2.3. Взрывной метод исследования сейсмостойкости
сооружений .................................................................................386
Литература .......................................................................................................................387
Глава 11. Взрывные методы дистанционной разборки боеприпасов ...................389
11.1. Проблема утилизации боеприпасов .....................................................389
11.2. Механические свойства твердых взрывчатых веществ при 
интенсивном ударном и ударно-волновом нагружении .....................390
11.2.1. Ударно-волновое нагружение ....................................................390

Оглавление
7

11.2.2. Прочность твердых взрывчатых веществ 
при больших скоростях деформаций ........................................395
11.3. Ударно-волновая чувствительность зарядов твердых 
взрывчатых веществ ..............................................................................399
11.3.1. Ударные волны в твердых взрывчатых веществах ..................400
11.3.2. Критические условия возбуждения низкопорядковых 
взрывных процессов...................................................................402
11.3.3. Критические условия возбуждения детонации .......................403
11.4. Некоторые взрывные способы разборки боеприпасов ......................409
11.5. Взрывные методы уничтожения боеприпасов без возбуждения 
детонации в их снаряжении с помощью кумулятивных зарядов ......416
11.5.1. Общая характеристика проблемы .............................................416
11.5.2. Физические основы технологии разминирования 
с помощью кумулятивных зарядов ...........................................417
11.5.3. Лабораторные испытания взрывной технологии 
разминирования ..........................................................................419
11.5.4. Полигонные испытания взрывной технологии
разминирования ..........................................................................422
Литература .......................................................................................................................426

Часть V
ЗАЩИТА ОТ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА ..............................................................429

Глава 12. Методы ослабления действия взрыва и его локализации ....................431
12.1. Ослабление действия взрыва в воздухе ...............................................431
12.1.1. Ослабление действия взрыва в воздухе с помощью
оболочки из воды или песка ......................................................431
12.1.2. Ослабление действия взрыва в воздухе с помощью экранов 
из пены и воздушно-водяных завес ..........................................436
12.1.3. Ослабление действия взрыва в воздухе с помощью 
перфорированных преград ........................................................442
12.2. Ослабление действия взрыва в воде с помощью пузырьковых
экранов ....................................................................................................445
12.3. Применение пористых экранов и амортизаторов для защиты 
конструкций от воздействия взрывных и ударных нагрузок .............451
12.3.1. Уменьшение с помощью пористых экранов нагрузок, 
действующих на конструкции при их ударно-волновом 
нагружении ..................................................................................451
12.3.2. Уменьшение с помощью пористых амортизаторов нагрузок, 
действующих на конструкции при их ударном нагружении ..453
Литература .......................................................................................................................455

Глава 13. Взрывные камеры ........................................................................................457
13.1. Расчет взрывных нагрузок, действующих на стенки
взрывных камер .....................................................................................457
13.1.1. Общая характеристика взрывных камер ..................................457
13.1.2. Взрывные нагрузки, возникающие при взрыве компактных 
зарядов взрывчатых веществ .....................................................462
13.2. Расчет взрывных камер на прочность ..................................................473

Оглавление
8

13.2.1. Уравнение динамического деформирования оболочек 
осесимметричных или центрально-симметричных 
взрывных камер ..........................................................................474
13.2.2. Упругое деформирование оболочки взрывной камеры ..........475
13.2.3. Учет других форм колебаний оболочек при расчете 
взрывных камер на прочность ...................................................480
13.2.4. Пластическое деформирование оболочки взрывной камеры ..... 484
13.2.5. Эмпирические формулы для определения несущей 
способности прямоугольных взрывных камер ........................487
13.2.6. Особенности расчета железобетонных взрывных камер 
на прочность ...............................................................................488
13.2.7. Учет масштабных эффектов при разрушении 
взрывозащитных конструкций ..................................................491
13.3. Расчет круглых и прямоугольных пластин и крепежных элементов 
на прочность при действии взрывных нагрузок. Противоосколочная 
защита .....................................................................................................493
Литература .......................................................................................................................496

Часть VI
МИРНЫЕ ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ ....................................................................497

Глава 14. Применение ядерных взрывов в научных исследованиях ...................499
14.1. Применение ядерных взрывов для накачки лазерных сред ...............499
14.2. Исследование сжимаемости веществ под действием высоких 
давлений ударных волн .........................................................................500
14.3. Исследование процесса разрушения материалов при объемном 
разогреве излучениями ядерного взрыва .............................................502
Литература .......................................................................................................................503
Глава 15. Применение ядерных взрывов в промышленности ..............................504
Литература .......................................................................................................................508
Глава 16. Применение ядерных взрывов в энергетике ...........................................510
Литература .......................................................................................................................511
Типовые вопросы экзаменационных билетов ...........................................................512

Предисловие

Книга «Взрывные технологии» представляет собой учебник, предназначенный для подготовки специалистов в области новых промышленных технологий, основанных на использовании энергий взрыва и удара как для изготовления различных изделий и повышения их эксплуатационных свойств, так 
и для утилизации и управляемого разрушения различных конструкций и изделий, включая боеприпасы и военную технику. По нашему мнению, такой 
учебник необходим для расширения профессиональных возможностей выпускников технических вузов и университетов, получающих или уже получивших образование по ряду оборонных специальностей, связанных с использованием энергий взрыва и удара. Материалы, изложенные в учебнике, могут 
быть полезны также для широкого круга специалистов, работающих в смежных отраслях и в силу служебной необходимости интересующихся описанными технологиями.
В книге представлено современное состояние практически всех известных промышленных взрывных технологий. Описание каждой технологии 
содержит краткие сведения общего характера и конкретные данные о типичных конструкциях технологических взрывных устройств и сопутствующих 
физических процессах, наиболее полно характеризующих взрывные технологии. Все описанные взрывные технологии проиллюстрированы схемами, 
рисунками и (или) фотографиями. Так как одной из целей, которые ставили перед собой авторы учебника, является использование его материалов 
при курсовом и дипломном проектировании, то в нем приведены не только инженерные методики расчета основных конструктивных характеристик 
взрывных устройств, реализующих соответствующие взрывные технологии, но и необходимые количественные данные в виде таблиц и графических зависимостей.
Написанию настоящего учебника предшествовал пятнадцатилетний опыт 
преподавания различных дисциплин, объединенных под общим названием 
«Взрывные технологии», на кафедре «Высокоточные летательные аппараты» 
МГТУ им. Н. Э. Баумана и на кафедре «Теоретическая и экспериментальная 
механика» Саровского государственного физико-технического института. 
При написании книги использовались труды ведущих в области взрывных 
технологий научно-исследовательских организаций нашей страны, а также зарубежный опыт. Отличие настоящего учебника от большинства публикаций 
по отдельным взрывным технологиям, изобилующих эмпирическими данными, состоит в систематизированном и обобщенном описании практически всех 
известных взрывных технологий с единых методологических позиций, опирающихся на ясное понимание физических процессов и явлений, составляющих 
суть той или иной технологии.
В целом содержание книги соответствует программам учебных дисциплин специальности «Боеприпасы и взрыватели» направления подготовки 

Предисловие
10

специалистов «Оружие и системы вооружения» по специализации «Взрывные 
технологии», относящейся к области так называемых двойных технологий.
Учебник состоит из введения и 16 глав. Введение и глава 2 написаны С. А. Новиковым и В. В. Селивановым, главы 1, 3, 4, 5, 12 и 13 – И. Ф. Кобылкиным и В. В. Селивановым, главы 6 и 7 – И. Ф. Кобылкиным, главы 8, 9 и 11 – И. Ф. Кобылкиным, 
С. А. Новиковым и В. В. Селивановым, главы 10, 14–16 – С. А. Новиковым. Научно-методическое редактирование книги осуществлено В. В. Селивановым.
Глава 1 знакомит читателя с промышленными взрывчатыми веществами 
и средствами инициирования, применяемыми при обработке материалов взрывом. Уделено необходимое внимание процессам возбуждения и распространения детонационных волн в зарядах взрывчатых веществ, а также приведены 
схемы детонационных волновых генераторов, широко применяемых для промышленной реализации взрывных технологий. Здесь же даны необходимые зависимости для определения параметров нагружения материалов контактным 
взрывом и высокоскоростным ударом. Описано метание тел продуктами детонации при взрыве заряда взрывчатого вещества.
Для прогнозирования поведения материалов при нагружении взрывом требуются данные об их механической прочности в широком диапазоне значений 
основных параметров, характеризующих условия нагружения. С этой целью 
в главе 2 кратко представлены необходимые сведения о динамической прочности материалов.
В главе 3 описаны технологии упрочнения металлов взрывом, взрывные 
устройства, применяемые для этих технологий, и инженерная методика их 
проектирования, а также механизмы упрочнения металлов и сплавов взрывом. 
В этой же главе рассмотрены методы детонационно-газового и взрывного напыления упрочняющих покрытий.
Содержание главы 4 составляет описание основных схем и методов расчета параметров сварки взрывом, закономерностей процесса сварки и элементов инженерной методики проектирования взрывных устройств для сварки 
взрывом. Описаны новые технологии сварки взрывом в сверхзвуковом режиме 
и ударно-волновая сварка.
В главе 5 даны основные понятия штамповки взрывом и содержится подробное описание расчетных зависимостей для определения основных параметров штамповки взрывом. Здесь же описаны особенности технологии художественной чеканки взрывом.
В главе 6 главное внимание уделено взрывным технологиям прессования 
пористых материалов и методикам оценочных расчетов основных конструктивных характеристик взрывных устройств, применяемым для получения плоских и осесимметричных изделий. Кроме того, в этой главе приведены необходимые сведения о технологиях динамического (взрывного) дробления рабочих 
элементов инструментов из высокотвердых материалов.
Глава 7 посвящена методам динамического синтеза сверхтвердых материалов – алмаза и кубического нитрида бора. В ней также рассмотрены методы 
компактирования взрывом ультрадисперсного алмазного порошка, синтезируемого при детонации взрывчатого вещества.