爆炸复合技术是利用炸药爆炸所释放的强大能量驱动复层金属与基层金属高速斜碰撞,在待焊接界面处产生射流、小尺度熔化,从而形成彼此间冶金结合的一种技术。相比于其他连接技术,爆炸复合显著的优势在于结合强度高、热影响区小、以及异种金属焊接能力强。基于上述核心优势,爆炸复合己成为石油化工、海洋工程、航空航天等众多工业领域不可或缺的连接技术。然而,在焊接过程中炸药能量利用率低、环境污染严重等问题一直存在。近年来,随着城市化进程的推进以及人们对生态环境的重视,爆炸焊接作业与周围生态环境的矛盾日益突出,这严重限制了该产业的发展。而造成这种问题的主要原因在于传统爆炸焊接装药方式的落后,由于炸药上表面裸露在空气中,大部分爆炸能量以冲击波的形式耗散在空中,其不仅浪费能源,还会引发严重的噪声粉尘污染。为解决上述问题,本文从炸药约束角度出发,提出了胶体水约束爆炸复合技术。以钛/钢爆炸复合为例,通过理论分析与实验相结合的方法研究了胶体水厚度对复板碰撞速度、爆炸噪声、粉尘以及结合界面微观结构的影响。结果表明,胶体水约束爆炸复合技术在提升炸药驱动能力的同时,能显著地降低爆炸粉尘和噪音污染。与传统裸露装药结构相比,在相同炸药使用量情况下,胶体水厚度为30mm、60mm、100mm和150mm时,复板碰撞速度分别提高了 32.2%、37.0%、39.5%和40.8%,爆炸噪声分别降低了 4.0%、6.3%、7.4%和8.2%,而爆炸粉尘则分别减少了 30.1%、46.1%、62.0%和70.9%。由于焊接参数的精确控制,所有焊接试验均实现了高质量的波形结合,表明该技术具备获得优质焊接的能力。此外,覆盖层厚度对界面微观结构有较大的影响,波长和波幅随覆盖层厚度的增加呈现先增大后减小的趋势。对于有覆盖层的结合界面,在波峰处形成了带有局部熔化区域的涡旋结构,而无覆盖层的界面处则未检测到涡旋区。为进一步提高胶体水下约束爆炸复合技术的能量利用率,并解决双面爆炸焊接中复合板飞散防护的问题,提出了一种自约束爆炸复合技术,通过“以炸制炸”的方式对复合板实现了动态约束。以钢/钢、不锈钢/钢爆炸复合为例,对该技术的约束效果、动态参数、复合板结合质量进行了系统的研究。结果表明:与传统爆炸焊接技术相比,在获得相同数量和焊接质量的前提下,五层自约爆炸复合可以节约63%的炸药使用量,且一次爆炸和一块场地可获得五块复合板,有利于工作效率的提升。而相比于双面爆炸复合技术,虽然炸药的使用量增加了 20%,但其展现了十分优异的约束效果,爆炸完成后,所有复合板均保持在初始位置,具备了实际应用前景。此外,利用PVDF和等离子探针搭建了爆炸焊接动态参数测量系统,测量值与理论计算结果吻合良好,为爆炸焊接动态参数的获取提供了一种简便且具备较高精度的测试手段。为解决传统金属箔爆炸复合技术中炸药能量过剩而造成能源浪费以及损坏的箔材的问题,系统地研究了胶体水厚度对爆炸焊接中炸药临界厚度的影响。提出通过减少炸药使用量来降低金属箔爆炸复合中炸药过剩的能量输出。选用1060铝箔与Q235钢板分别作为复板和基板,进行了新型金属箔爆炸复合技术的可行性试验,并通过微观结构观测和力学试验,研究了结合界面的微观组织和力学性能演变特性。结果表明,随着胶体水厚度的增加,炸药临界厚度显著减小,且在临界厚度处的爆轰速度也相应减小,这有助于通过减少炸药的使用量来降低炸药对金属箔过剩的能量输出。与传统金属箔爆炸复合方法相比,由于胶体水的覆盖作用,炸药使用量减少了 25.4%,铝箔所获动能也相应的降低,使得爆炸后的铝箔宏观完整性更好。这表明该技术可在提升焊接质量的同时,降低生产成本。微观形貌分析显示,1060/Q235界面呈现非对称的波状冶金结合,但波形周围形成了大量含微孔和裂纹的局部熔化区,表明界面碰撞能量依旧较高,还需进一步措施来降低复板动能以提升结合质量。尽管如此,1060/Q235爆炸复合样品展现出了优异的抗弯性能,在90°弯曲后,铝箔表面形貌保持完好,且结合界面未见宏观分层、断裂等缺陷。由于潜在的技术问题,如熔点差异大、形成金属间化合物和冶金不相容等,在普通金属表面制备高质量的钽涂层是一项非常具有挑战性的任务。为给优质钽涂层的制备提供一种新方法,通过改进后的金属箔爆炸复合技术,成功实现了200μm厚钽箔与Q235钢板的爆炸复合。爆炸完成后,通过SEM和EDS揭示了连接界面的微观结构演变和元素分布规律,并利用EBSD技术进一步研究了界面处的微观组织特征(晶粒形状、尺寸分布、织构和晶界)。然后,通过纳米压痕、拉伸和弯曲试验,对复合界面的力学性能进行揭示,并探讨了微观结构与力学性能的相互关系。最后,通过电化学测试对钽涂层的抗腐蚀性能进行了评价。结果表明,改进后的爆炸复合技术是制备高质量钽涂层的理想方法,在宏观尺度上,钽箔表面除边界区域外均无任何缺陷形成;而在微观尺度下,钽/钢界面呈现高质量的波形冶金结合界面,且不存在微米尺度的缺陷。重要的是,在钽/钢界面处观测到了一种不同以往的新型涡旋结构,其局部熔化区完全由钽材所包裹,弯曲试样微观分析表明,这种涡旋结构可以有效的阻止熔化区内裂纹的扩展。EDS分析结果显示,钽/钢界面主要存在二种类型的熔化区,即涡旋熔化区和界面熔化区。这种两种熔化区元素含量的差异反应了其不同的形成机制,即涡旋熔化区是由参与金属的强烈混合所形成,而界面熔化区则是由于原子扩散。EBSD分析结果表明,结合界面附近处钽侧形成了大量等轴细晶;而钢侧则以变形晶粒为主,晶粒沿着爆轰方向被拉长且在涡旋处强烈弯曲。由于在应力波作用下一些晶粒发生了偏转,界面二侧晶体均呈现明显的织构。此外,通过EBSD点分析证实了熔化区中多种金属间化合物的形成。由于爆炸所导致的硬化效应,钽/钢复合材料较母材强度增加,且延展性降低,在结合界面处和界面附近的钢侧均发现了明显的解理断裂特征。但拉伸试验后,钽/钢界面并未发生分离,且钽箔表面仍呈现无裂纹状态,表明结合界面具有较高的强度。在弯曲载荷作用下,结合界面和钽箔表面均未观测到分层、裂纹或断裂等缺陷的形成,表明复合样品具有可靠的抗弯性能。纳米压痕测量则揭示了钽/钢界面处不均一的力学特征,由于金属间化合物的形成,熔化区内部表现出超高的纳米硬度;而由于硬化效应和晶粒细化,界面附近位置处两种母材硬度值也有小幅度增加,相应的硬化区宽度为～40μm。最后,电化学测试结果表明,通过爆炸焊接法所制备的钽涂层可以显著的提高基体材料的抗腐蚀性能。