Взрывные технологии

Взрывные технологии

Учебно-методическое пособие

И.Ф. Кобылкин

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.7 (075.8)
ББК 30.61
        К55

Издание доступно в электронном виде  
по адресу ebooks.bmstu.press/catalog/169/book1995.html

Факультет «Специальное машиностроение»
Кафедра «Высокоточные летательные аппараты»

Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Рецензент д-р техн. наук, профессор В.Д. Баскаков 

Кобылкин, И. Ф.
Взрывные технологии : учебно-методическое пособие /  
И. Ф. Кобылкин. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Бау- 
мана, 2019. — 38, [2] c. : ил.

ISBN 978-5-7038-5112-8

Дано описание лабораторных работ, посвященных изуче- 
нию принципов построения и функционирования взрывных 
устройств, предназначенных для сварки взрывом плоских плас- 
тин (модуль 1), а также для взрывного прессования плоских  
и осесимметричных заготовок из порошкообразных материалов 
(модуль 2).
Для студентов 5-го курса, обучающихся по специальности 
«Боеприпасы и взрыватели», специализация «Взрывные техно-
логии и утилизация», и изучающих дисциплину «Проектирова-
ние взрывных устройств и технологий».

УДК 621.7 (075.8)
ББК 30.61

ISBN 978-5-7038-5112-8

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

К55

ПРЕДИСЛОВИЕ

Прогрессивные взрывные технологии (сварка и прессование 

взрывом) позволяют изготавливать детали с уникальными свойства-
ми. Их освоение способствует расширению профессиональных 
возможностей студентов, получающих подготовку по ряду оборон-
ных специальностей.
Учебно-методическое пособие, посвященное принципам  
построения и функционирования взрывных устройств, поможет 
освоить взрывные технологии и выработать практические навыки 
по их использованию.
Студенты должны научиться самостоятельно рассчитывать 

основные параметры процесса, высоту и массу заряда ВВ. Для 
этого в расчетной части приведены необходимые зависимости  
и данные. В экспериментальной части подробно рассмотрены 
процедура приготовления заряда аммиачно-селитряного ВВ, си-
стема его инициирования и взрывное устройство для эксперимен-
тального изучения сварки взрывом, а также изложена процедура 
экспериментального изучения взрывного прессования в лабора-
торных условиях.
Выполнение лабораторных работ способствует развитию у сту-
дентов навыков самостоятельной работы.
Цель лабораторных работ — изучение принципов построения 

взрывных устройств, предназначенных для сварки взрывом плоских 
пластин и взрывного прессования плоских или осесимметричных 
заготовок и порошкообразных материалов.
Задачи лабораторных работ: 
1) ознакомление с взрывной испытательной камерой и с пра-
вилами ведения взрывных работ в лаборатории; 

2) практическое освоение инженерных методов расчета основ-
ных конструктивных характеристик взрывных устройств для свар-
ки и прессования взрывом;
3) приобретение навыков безопасного проведения взрывных 

работ, приготовления и инициирования аммиачно-селитряных ВВ, 
построения взрывных устройств, предназначенных для сварки 
взрывом разнородных металлических пластин и прессования взры-
вом порошкообразных материалов. 

МОДУЛЬ 1. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ВЗРЫВОМ

Сварка металлов взрывом — процесс получения прочного  
соединения двух или нескольких металлических тел, происходящий 
при их соударении. Ускорение соударяющихся тел до необходимой 
скорости осуществляется, как правило, под действием энергии 
взрыва, выделяющейся при детонации зарядов ВВ.
Сварку взрывом используют для изготовления многослойных 
(чаще всего биметаллических) листов, полос, цилиндрических из-
делий из разнообразных металлов и сплавов, в том числе и тех, 
сварка которых другими способами затруднена. Свариваемые тела, 
заряд ВВ и система его инициирования, а также основания и опо-
ры, на которых все это располагается, образуют взрывное устрой-
ство, элементы которого находятся в функционально-конструк-
тивном единстве. Для получения качественного соединения 
необходимо правильно выбрать конструктивные характеристики 
и параметры взрывного устройства. 
При выполнении лабораторной работы следует ознакомиться 
с учебником для вузов (Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Нови- 
ков С.А. Взрывные технологии. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Бау-
мана, 2014. Гл. 4).

Лабораторная работа «Сварка металлов взрывом»

Краткая характеристика объекта изучения

Основные схемы сварки взрывом плоских пластин — угловая 
и параллельная — приведены на рис. 1. При детонации слоя ВВ 
под действием высокого давления расширяющихся продуктов 
взрыва участки метаемой пластины последовательно приобретают 
скорость V0  порядка нескольких сотен метров в секунду, пово-
рачиваются относительно своего первоначального положения  

и соударяются с неподвижной пластиной под определенным углом 
соударения γ.  При этом точка контакта перемещается вдоль по-
верхности неподвижной пластины со скоростью Vк.  Вследствие 
высокой скорости соударения в зоне контакта развивается высокое 
давление и металл переходит в пластическое состояние, проис-
ходят очистка соединяемых поверхностей, их активация и образу-
ются соединения. Граница раздела между соединенными пласти-
нами имеет, как правило, характерную для сварки взрывом 
волнообразную форму, однако встречаются соединения и с гладкой 
границей раздела.
Прочное сварное соединение образуется в некотором диапазо-
не режимов соударения. В частности, для обеспечения опережаю-
щей пластической деформации в зоне соединения необходимо 
соблюдение условия V
c
к <
0,  где c0 — скорость звука в соединяемых 
металлах. Если скорость детонации метающего заряда ВВ D  пре-
восходит c0, то для обеспечения дозвукового режима соударения 
применяют угловую схему сварки (рис. 1, а). Недостатками этой 
схемы являются переменность зазора между свариваемыми пласти-

Рис. 1. Схемы взрывных устройств для сварки взрывом:

а — расположение свариваемых пластин под углом друг к другу; б — параллельное рас-
положение пластин; 1 — неподвижная пластина; 2 — метаемая пластина; 3 — заряд ВВ; 
4 — система возбуждения детонации в метающем заряде ВВ; 5 — основание

нами и неудобство ее использования при больших размерах свари-
ваемых пластин. При использовании зарядов ВВ с относительно 
низкой скоростью детонации D
c
<
0  всегда применяют параллель-
ную схему расположения пластин (рис. 1, б). 
Физические явления, происходящие при сварке взрывом,  
а также структура и свойства соединений определяются свойства-
ми свариваемых материалов и параметрами процесса, которые 
можно разделить на кинематические и физические (динамические) 
параметры. К кинематическим параметрам относятся скорость 
метаемой пластины V0,  угол поворота метаемой пластины β, угол 
соударения γ, скорость движения точки контакта Vк.

К физическим (динамическим) параметрам относятся давление 
соударения p,  длительность соударения t1,  температура в зоне 
соударения T.

Как кинематические, так и динамические параметры опреде-
ляются конструктивными характеристиками взрывного устройства, 
физико-механическими, теплофизическими и энергетическими 
свойствами используемых материалов и начальными (технологи-
ческими) параметрами схемы сварки. Сгруппируем эти характе-
ристики и параметры следующим образом. 
1. Характеристики заряда ВВ: скорость детонации D, плотность 
заряда ρ0,  показатель политропы продуктов детонации k, масса 
заряда ВВ mВВ, толщина слоя ВВ h.

2. Свойства свариваемых металлов: физико-механические и 
теплофизические характеристики свариваемых материалов, микро-
рельеф свариваемых поверхностей, начальная температура, удар-
ные адиабаты свариваемых материалов.
3. Коэффициент нагрузки r (безразмерный параметр)

r
m
m
h
=
=
вв
пл
/
/
,
ρ
ρ δ
0
1 1

где mпл,
,
ρ
δ
1
1 — масса, плотность и толщина метаемой пластины.
4. Сварочный зазор ∆  — начальное расстояние между пластинами, 
обычно ∆ = ( – ) ;
1 2
1δ  α  — начальный угол между пластинами.
Опыт показывает, что образование прочного соединения происходит 
лишь в достаточно узком диапазоне изменения параметров 
Vк  и γ, зависящем как от свойств соединяемых материалов, так 
и от конструктивных характеристик взрывного устройства. Рассмотрим 
условия, необходимые для образования сварных соединений.

Самоочищение свариваемых поверхностей
При сварке металлов давлением в твердом состоянии получение 
прочного соединения достигается лишь в тех случаях, когда удается 
обеспечить взаимодействие хорошо очищенных поверхностей 
соединяемых металлов. При сварке взрывом происходит самоочищение 
свариваемых поверхностей за счет образования дисперсного 
кумулятивного потока, который разрушает и удаляет из зоны 
сварки оксидные пленки и различные загрязнения (рис. 2).

Нижняя и верхняя границы области сварки взрывом
Эксперименты показывают, что прочное соединение металлов 
происходит при режимах сварки, характеризующихся развитой 
пластической деформацией на контактной поверхности и образо-
ванием дисперсного кумулятивного потока. В координатах Vк, γ  
эти режимы снизу ограничены так называемой нижней границей 
(НГ) области сварки (рис. 3), уравнение которой приведено в расчетной 
части. 
При увеличении скорости косого соударения пластин в зоне 
соединения возрастает интенсивность пластических деформаций, 
увеличивается мощность тепловыделения. При этом поверхностные 
слои пластин плавятся, затем затвердевают в результате отвода 
теплоты во внутренние слои металла по механизму теплопроводности. 
Одновременно с этими теплофизическими процессами 

Рис. 2. Самоочищение свариваемых поверхностей при сварке 
взрывом:

а — метаемая пластина; б — неподвижная пластина; в — дисперсная 
кумулятивная струя; г — поверхностный слой оксидов и адсорбированных 
газов; А — слои с мелкозернистой структурой; Б — слои с вытянутыми 
зернами

происходит процесс разгрузки, зона высоких сжимающих напряжений 
по мере движения точки контакта сменяется зоной растягивающих 
напряжений, и если последние возникнут в рассматриваемой 
точке раньше, чем произойдет затвердевание расплавов, 
сварное соединение разрушится. Следовательно, верхнюю грани-
цу (ВГ) области сварки взрывом (см. рис. 3) определяет условие

t
t
1
2
≥
,

где t1 — время существования в рассматриваемой точке сжимаю-
щих напряжений; t2  — время затвердевания расплава.
Аналитическое соотношение для построения ВГ приведено  
в расчетной части. 

Оптимальные начальные параметры сварки взрывом
Анализ большого объема эмпирического материала показыва-
ет, что толщина заряда ВВ для большинства свариваемых металлов 
и сплавов (конструкционные и нержавеющие стали, медь, никель 
и их сплавы, титан и др.) должна выбираться из условия: 6…10 мм 
ВВ на 1 мм толщины метаемой пластины. Причем при толщине 
метаемой пластины δ1
3
15
= ...
мм  следует брать 8…10 мм ВВ на  
1 мм толщины пластины, при δ1
15
≥
мм  — 6…8 мм ВВ. 
Величина сварочного зазора обычно принимается равной 

∆ = (
)
1 2
1
–
.
δ

В заключение отметим, что существование «универсального» 
режима сварки обеспечивает получение прочных соединений (для 
любых из исследованных к настоящему времени сочетаний соеди-
няемых металлов область параметров: 2 0
2 3
,
/
,
/
км с
км с;
к
≤
≤
V
 

9
12
° ≤
≤
°
γ
;  0 56
0 78
,
,
).
≤
≤
r

Рис. 3. Верхняя и нижняя границы 
сварки взрывом:

1 — граница области сверхзвуковых режи-
мов сварки; 2 — граница области волно- 
образования; 3 — граница области пласти-
ческих деформаций

Таблица 1

Физико-механические и теплофизические свойства металлов и сплавов

Свойства
Металлы и сплавы

Сталь 08кп
12Х18Н10Т
Сталь 45
Медь
Алюминий
АМг5
Титан ВТ1
Титан ВТ6

r, 103 кг/м3
7,83
7,8
7,8
8,92
2,7
2,65
4,52
4,43

sт, МПа
200
230
360
60–80
50–80
140
380
~850

sв, МПа
330
550
610
220
80–110
260
~1450
~3000

HV, МПа
1310
~1500
2150
~400
~165
650
~1450
~3000

Тпл, °С
1147
1147
1147
1083
660
660
1665
1665

l, Вт/(м⋅K)
33–88
15–27
30–79
~380
~230
130
16
8,4–20

С, кДж/(кг⋅K)
~0,5
~0,5
~0,5
0,38
~0,9
~1,15
~0,53
~0,5

Е, ГПа
207
210
211
132
72
70
112,5
113

G, ГПа
80
80
80
~42,5
~25,7
27,5
42
45

с0, м/с
5850
5850
5850
4700
6260
6260
6390
6390

Ударная
адиабата
D = 3800 + 
+ 1,58u
D = 4569 + 
+ 1,49u
D = 3800 + 
+ 1,58u
D = 4000 + 
+ 1,5u
D = 5250 + 
+ 1,39u
D = 5250 + 
+ 1,39u
D = 5220 + 
+ 0 ,77u
D = 5220 + 
+ 0,77u

Расчетная часть

В расчетной части определяются кинематические и динамиче-
ские параметры процесса и основные конструктивные характери-
стики лабораторного взрывного устройства. 

Характеристики свариваемых материалов

Пластины для сварки выдает преподаватель. В качестве ис-
ходных данных выступают характеристики материалов свариваемых 
пластин. 
1. Геометрические: d d
1
2
,
 — толщины пластин.
2. Физико-механические: HV HV
1
2
,
 — твердость материа- 
лов пластин; σ
σ
σ
σ
т
т
в
в
1
2
1
2
,
,
,
 — прочностные показатели;  

E
E
1
2
,
 — модули упругости; ρ ρ
1
2
,
 — плотности; c
c
01
02
,
 — ско- 
рости (продольные) звука.
3. Теплофизические: l
l
1
2
,
 — коэффициенты теплопроводности; 

a a
1
2
,
 — коэффициенты температуропроводности; T
T
пл
пл
1
2
,
 — тем-
пературы плавления; C C
1
2
,
 — теплоемкости.
Для некоторых металлов и сплавов необходимые физико-ме-
ханические и теплофизические свойства металлов и сплавов при-
ведены в табл. 1.

Расчет кинематических и динамических параметров процесса

Скорость движения точки контакта Vк  — фазовая скорость 
распространения по свариваемым поверхностям зоны высокого 
давления. При начальном параллельном расположении пластин 
угол соударения равен углу поворота пластины за фронтом дето-
национной волны, а скорость движения точки контакта Vк равна 
скорости детонации:

V
D
к =
=
,
,
γ
β

где β  — угол поворота пластины,

β = 2
2
0
arcsin(
/(
)).
V
D

Поскольку при сварке взрывом V
D
0
2
0 1
(
) ~ , , то с достаточной 
для практики точностью выполняется соотношение β ≈V
D
0
.