爆炸焊接工艺在主通风机机壳保护圈焊接中的应用

王海亮， 张 力

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿机电区， 山西 孝义 032300）

1 爆炸焊接的基本原理

爆炸焊是一种新型的焊接工艺，利用炸药爆燃产生的能量驱动被焊接件（复材）向焊接件（基材）高速倾斜碰撞，使两种构件界面实现结合。界面结合处熔化量较少或没有，且无热影响区域，是一种固相焊接方式。该工艺能够用于焊接不同材料组合，所焊接的焊件具有良好的焊接性能及力学性能。在工程上经常用这种工艺制造金属复合材料或用于异种金属的焊接。炸药（通常使用低爆热炸药）爆炸后产生的爆炸能驱使复材向基材高速运动并发生具有特定速度和倾角的碰撞。在碰撞界面的间隙内产生金属射流。金属表面在这种金属射流作用下被清理且出现塑性流动现象，基材和复材的金属表面由此可靠地结合。

2 爆炸焊接应用特点

2.1 焊接强度高，不易松脱

将主通风机外壳和保护圈爆炸焊接，保护圈两侧充分焊接，无热影响区，焊接强度高，经受得住后续车削带来的水平和轴向作用力，与沉头铆钉或沉头螺栓固定比较，爆炸焊接固定可靠，具有抗振性能好、不松动的优势。

2.2 焊接工艺简单

利用底爆热炸药产生的能量推动主通风机保护圈向外壳高速碰撞，就可实现保护圈与主通风机外壳不同材料之间的焊接，工艺简单容易掌握。

2.3 焊缝免维护

爆炸焊焊缝自检验合格后，无需维护，保证风机稳定运行。与铆钉或螺栓固定保护圈相比，无需进入风机外壳内检查保护圈，减少维护项目的同时也极大地减轻了维护工的劳动强度。

3 焊接质量的常见问题

3.1 基材和复材结合不良

爆炸焊接后，基材和复材之间外观看似结合，其实全部或大部分结合面没有实现冶金结合，焊接强度很低。

3.2 鼓包

焊接复合件复材局部出现凸起，内部充满了压缩气体，敲击复材表面可听到空响声，与没有鼓包处的复合件敲击声不同，这种缺陷称为鼓包，创造良好的排气条件能够消除鼓包现象，是保障焊接质量的关键。

3.3 大面积熔化

爆炸焊接过程中，如果结合界面的间隙不能及时将空气排出，绝缘热将会压缩空气，空气温度升高，高温气体周围金属会被大面积熔化而形成此类缺陷。

3.4 表面烧伤

为防止复材表面被爆炸热量氧化烧伤的现象出现，爆炸焊需要使用低爆热炸药，同时使用沥青或其他保护层隔绝炸药和复材。

3.5 爆炸打伤

爆炸产生的冲击波撞击复材表面，复材表面会出现麻坑、凹坑或者小沟。为防止此类缺陷的出现，必须采用高纯度炸药，且布药要均匀。

4 爆炸焊接的检测、检验

4.1 非破坏性检验

主要有三种检验方法，分别是表面质量检查、轻敲击检验、超声检验，检查内容为外形尺寸、结合情况、结合面积等。

4.2 破坏性检验

为检查复合板的结合强度，可采用拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、显微硬度试验和金相检验等方法检验。

5 爆炸焊接在主通风机外壳保护圈焊接中的实际应用

高阳煤矿北风井采用FBCDZ 系列煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流式主通风机，规格型号为FBCDZ NO23/54，防爆三相异步电动机型号为YBF 450S2-8，额定功率2×200 kW。北风井采用双风机（一用一备）运行方式。

原主通风机保护圈是一个铜质金属环，使用铜铆钉固定，铜环由于受风机壳体振动影响，常会出现铆钉松动的现象，铆钉松动会导致铜环松动，产生多个不利影响。第一，减小了铜环与风叶之间的安全间隙，容易发生风叶碰撞机壳保护圈的故障；第二，降低了铜环的固定强度，铜环在风流和机体振动的双重作用下，松动情况会进一步加剧；第三，通风机外壳和保护圈容易受到风道中气化水的侵蚀（风道中含有二氧化硫、硫化氢等有毒有害物质），有害物质的侵蚀会进一步加剧其他铆钉的松动。使用铆钉或螺栓固定，就需要维护工经常性地敲击检查保护圈的松动情况，发现松动情况及时更换或者补充紧固件，该工作增加了检修项目，升高了维护工的劳动强度。

高阳矿于2020 年4 月30 日对北风井一号主通风机的保护圈进行了更换，同年5 月份又对二号主通风机保护圈进行了更换，由原来的铆钉固定方式，变更为爆炸焊焊接固定方式。自从更换后，爆炸焊接固定的保护圈与风叶间间隙稳定且无变化，主通风机运行正常。

6 结语

高阳煤矿北风井以往的主通风机保护圈除了采用铆钉固定外，还有采用沉头铜螺栓固定，但无论任何一种固定方式均受机体振动的影响，很容易造成保护圈松动，导致风叶与保护圈的间隙变小，不符合国标规定，轻则保护圈与风叶摩擦损坏风叶，严重的情况下会导致机械碰撞摩擦生火，点燃回风流的瓦斯，进而导致瓦斯爆炸事故的发生。而爆炸焊焊接固定的保护圈在经过各种检测、检验合格后，固定十分可靠，不受风机机体振动的影响，不会发生摩擦碰撞生火导致瓦斯爆炸事故的发生，进一步提高了主通风机的安全可靠系数，也保障了通风系统的可靠性，进而保障了矿井的安全生产。截止目前。采用爆炸焊工艺焊接固定的保护圈在北风井两台对旋主通风机内正常使用，下一步可推广应用于东风井长轴轴流式主通风机，进而可在全集团公司进行推广应用。