Что собой представляет сварка взрывом?

Несмотря на то, что применять взрывную энергию в промышленности начали еще в позапрошлом веке, первая сварка взрывом появилась лишь в конце пятидесятых годов прошлого века, но за десятилетие этот способ получил свое распространение. Сварка взрывом стала уникальным способом для соединения некоторых металлов, не поддающихся сварке иными способами.

Схема взрывной сварки: 1 — неподвижная деталь (мишень), 2 — подвижная (метаемая) деталь, 3 — опорная плита, 4 — заряд, 5 — детонатор.

Сварка взрывом – это один из способов сварки давлением. При помощи кинетической энергии разогнанной до большой скорости детали производится пластическая деформация контактирующих слоев металла на требуемых деталях. Для нужного ускорения детали до необходимой скорости в несколько сотен метров в секунду используется энергия взрыва. Для максимального эффекта одну деталь разгоняют, а вторую закрепляют неподвижно. В момент соприкосновения происходит необходимая деформация.

Где применяется сварка взрывом?

Благодаря возможности создания прочных сварных связей между поверхностями металлических деталей на огромных площадях без развития объемной диффузии, появляется возможность применения сварки взрывом в изготовлении сложных металлических конструкций, композиционных сутунок и слябов с идеально прочными сварными швами между изделиями из разных типов металлов.

Также возможно применение метода в изготовлении сплошных и полых цилиндрических композиционных заготовок, в изготовлении облицовок и деталей машин и в прокатке листового металла.

Технология проведения работ

Возможности сварки взрывом.

По виду вводимой энергии сварка взрывом находится в группе механических процессов соединения металлов. При использовании данного метода химическая энергия, получаемая от газообразования после взрыва, превращается в механическую энергию, придающую одной из сварных частей огромную скорость движения в момент контакта движущейся детали с закрепленной неподвижно деталью под углом друг к другу. При этом контакт возникает по линии, а не по площади деталей, после чего поверхность контакта увеличивается.

Как следствие возникает кинетическая энергия, которая затрачивается на совместную деформацию слоев металла на обеих деталях и образование сварного шва между ними. Одним из главных условий для получения максимально прочного соединения является скорость, придаваемая движущейся детали. При недостаточном ускорении сварной шов может не получиться, так же как он получается при чрезмерном ускорении. Для конкретных целей необходимо свое значение скоростных параметров для метания изделия.

Подготовка к работе

Способы сварки взрывом.

• опорный фундамент для закрепления неподвижной детали;
• детали, которые требуют сварки;
• взрывчатое вещество;
• детонатор;
• соблюдение определенного расстояния относительно свариваемых деталей;
• соблюдение определенного угла установки относительно свариваемых деталей.

В зависимости от требуемой задачи, отличается и процесс подготовки к нему. Это может быть сварка:

• крупногабаритных деталей;
• многослойных соединений и волокнистых армированных материалов;
• цилиндрических деталей.

Относительно требуемых целей отличается технологический процесс, прочность и некоторые физические характеристики полученных соединений. Но для использования какого-либо процесса нужно изучать конкретный способ и его особенности более детально.

Cхемы взрывной сварки металлов при установке деталей: а – под углом, б – параллельно, 1 – неподвижная пластина, 2 – детонатор, 3 – метаемая пластинка, 4 – заряд BB, 5 – промежуточная прокладка.

Основной принцип одинаков для любого из перечисленных воздействий – отличаются только величины, используемые в процессе.

Зафиксированную деталь устанавливают на массивную плиту. После подрыва плита всегда разрушается. Металлическая плита выносит несколько подрывов, но все равно ее приходится восстанавливать после каждого применения.

Наиболее рациональны опоры из легко восстанавливаемых материалов, таковыми себя хорошо зарекомендовал песок и дробь.

Ударяемую деталь устанавливают под углом от 3 до 10 градусов к закрепленной детали и с определенным зазором, составляющим от 2 до 10 миллиметров. На поверхность ускоряемой детали равномерно укладывается взрывчатое вещество.

Важно, чтобы взрывчатое вещество нанесено было именно равномерно по всей поверхности детали, чтобы избежать возможных изгибов или смещений.

Использовать в качестве взрывчатого вещества можно гексоген, аммонал, тол, ил другие доступные вещества.

Устанавливаем детонатор. Очень важно правильно установить и использовать детонирующие вещества. Для более точной установки заряда используются специальные контейнеры для взрывчатых веществ. Чаще всего они изготавливаются из плотного картона. Выглядит контейнер как открытая сверху коробка с дном, в котором делают отверстие для плотного прилегания к необходимой детали.

Процесс образования соединений при сварке взрывом.

Для получения желаемого результата требуется максимально эффективно инициировать заряд. К главному заряду, которому придаются формы изделия, прикрепляется детонирующий. В зависимости от необходимых объемов работ изменяется форма и размеры вспомогательного взрывателя.

После активации взрывчатого вещества образующаяся взрывная волна растекается со скоростью от 2000 до 8000 метров в секунду. Темпы распространения зависят от химического состава и физического состояния используемого материала.

Взрывная волна воздействует на изделие, расположенное под зарядом, и передает ему львиную долю своей энергии и тем самым ускоряет его до необходимой скорости. Высокоскоростное приближение движущейся детали к неподвижной развивает в месте контакта сильное давление. Под его воздействием происходит неравномерное сжатие с наиболее подходящими условиями для процесса сварки.

Возможные трудности

Главная трудность связана с обязательным применением и хранением взрывчатых веществ. При этом неизбежно влияние взрывных волн на окружающую среду. Дабы избежать негативных последствий на природу, производить сварные работы с помощью взрывов разрешается лишь на полигонах. Расположение таких полигонов возможно только в сейсмически безопасных районах, на большом расстоянии от промышленных или жилых зон. Если сварка взрывом применяется на небольших по размеру изделиях, возможно проведение сварочных работ в металлических камерах или в подземных полигонах.

Основные технологические схемы изготовления сваркой взрывом плоских биметаллических и многослойных СКМ.

При использовании метода сварки взрывом могут возникнуть сложности при воздействии на разнородные металлы. Из-за разности металлов может уменьшиться длина и амплитуда волн на разделе металлов и произойти увеличение относительной длины оплавленных мест. Как итог при сварке разнородных металлов уменьшается прочность шва, чего не происходит при соединении однородных металлов.

Для достижения максимальной эффективности в ходе сваривания требуется тщательное обрабатывание деталей в местах предположительного воздействия, необходима очистка до металлического блеска и максимальное обезжиривание.

Зачистка в большинстве случаев производится металлическими щетками, состоящими из множества стальных жил. А для обезжиривания используют растворители двух групп: горючие (бензол, уайт-спирит, керосин) и негорючие (трихлорэтилен, четыреххлористый углерод). Перед использованием какого-либо растворителя нужно изучить его поведение под воздействием высоких температур.

Еще одной серьезной трудностью является невозможность абсолютно точно рассчитать все величины, используемые в процессе. В большинстве случаев используются экспериментальные методы подбора. Вызвано это сложностью изучения этого процесса по причине быстротечности, невозможности остановить процесс в определенный момент и изучить его в нужном этапе.

Процесс изучается уже по конечным результатам. Именно поэтому до сегодняшнего дня еще нет общепринятой схемы расчетов величин для разных режимов сварки. По этим же причинам крайне сложно добиться автоматизации процесса.