Сварка

Сварка взрывом

Все более широкое распространение находит процесс сварки с использованием энергии взрыва при соединении труб, приваривании их к трубным доскам теплообменных аппаратов. Этим способом к готовым изделиям приваривают различную арматуру, получают заготовки деталей и переходников из разнородных металлов и сплавов.

Схема сварки металлов взрывом представлена на рис. 1. На твердое основание 4 (грунт, дерево, металл и т. п. ) устанавливают одну из свариваемых пластин 5. Вторую пластину 3 помещают над первой на расстоянии h от ее поверхности. На всю поверхность пластины 3 укладывают заряд 2 взрывчатого вещества (ВВ) слоем одинаковой толщины Н. Заряд взрывают при помощи электродетонатора 1, находящегося в одном из концов или углов пластины 3. В качестве взрывчатого вещества используют гранулированные аммониты и гранулиты, имеющие плотность около 1,0 г/см3 и скорость детонации D порядка 3000…4000 м/с.

Схема сварки взрывом плоских параллельно расположенных элементов

Рис. 1. Схема сварки взрывом плоских параллельно расположенных элементов

После инициирования заряда ВВ детонатором 1 вдоль слоя ВВ распространяется плоская детонационная волна. Позади фронта детонационной волны образуются продукты взрыва, которые в течение очень короткого промежутка времени по инерции сохраняют прежний объем, находясь под давлением 10. . . 20 ГПа, а затем со скоростью 0,5. . . 0,75 от скорости детонации D разлетаются в стороны. При этом они сообщают находящемуся за фронтом детонации участку металла импульс, под действием которого его элементарные объемы последовательно с ускорением движутся к поверхности неподвижной части металла и соударяются с ней.

При установившемся процессе сварки метаемая (верхняя) пластина на некоторой длине дважды перегибается и, если соединяемые поверхности перед сваркой были установлены параллельно друг другу, ее наклонный участок со скоростью ук = D движется за фронтом детонационной волны, а участок, на котором находится несдетонировавшая часть заряда ВВ, под действием сил инерции остается в исходном состоянии (рис. 2). Скорость детонации применяемых при сварке взрывом ВВ находится в пределах 2000 4500 м/с, а скорость соударения металлических материалов составляет 200. . .1000 м/с. Соударение свариваемых металлов, происходящее под некоторым углом у, вызывает давление в десятки тысяч атмосфер В местах соприкосновения пластин появляется тангенциальная составляющая скорости соударения в направлении движения фронта детонационной волны, вследствие этого происходит совместное деформирование поверхностных слоев свариваемых листов.

Схема установившегося процесса соударения свариваемых пластин

Рис. 2. Схема установившегося процесса соударения свариваемых пластин: 1 — фронт детонационной волны; 2 — фронт разлета продуктов взрыва ВВ; 3 — фронт волны разрежения; D — скорость детонации ВВ; V — скорость соударения пластин; Vк — скорость кумулятивной струи, перемещения «динамического угла встречи» соударяющихся пластин в направлении сварки; δв — толщина метаемой пластины; δн — толщина неподвижной пластины Рис. 2. Схема установившегося процесса соударения свариваемых пластин.

Такое деформирование имеет характер вязкого течения и способствует тесному сближению свариваемых поверхностей. Давление за ударной волной для различных ВВ составляет 3. . .12 ГПа.

Особенности процесса сварки взрывом следующие:

  1. Сварное соединение образуется в течение миллионных долей секунды Оно возникает вследствие образования металлических связей при совместном пластическом деформировании свариваемых поверхностей металла. Малая продолжительность сварки предотвращает возникновение диффузионных процессов. Эта особенность процесса позволяет сваривать металлы, которые при обычных процессах сварки с расплавлением металлов образуют хрупкие интерметаллические соединения, делающие швы непригодными к эксплуатации.
  2. При сварке взрывом можно получать соединения неограниченной площади При этом процесс осуществляется тем легче, чем больше отношение площади соединения к толщине метаемой части металла. Получены соединения площадью 15. . . 20 м2 .

Технологические схемы сварки взрывом соединений различного типа

Рис. 3. Технологические схемы сварки взрывом соединений различного типа: 1 — детонатор; 2 — заряд ВВ; 3 — металлическая призма или конус для центрирования заготовок и направления фронта детонационной волны; 4 — метаемая труба; 5 — облицовываемый цилиндр; 6 — центрирующая шайба; 7 — метаемые пластины; 8 — неподвижная пластина; 9 — подложка; 10 — грунт.

Заготовки, подготавливаемые для сварки, не должны иметь значительного прогиба: допускается прогиб не более 2 3 мм на 1 м длины Поверхности свариваемых металлов должны быть зачищены от металлического блеска, для титана и сталей аустенитного класса допускается травление свариваемых поверхностей. Непосредственно перед сваркой соединяемые поверхности обезжиривают, так как наличие следов масел препятствует образованию сварного соединения. Зазоры между плоскими свариваемыми заготовками обеспечивают с помощью проволочных штырей, между цилиндрическими заготовками — использованием специально выточенных центрирующих конусов и шайб (рис. 3).

На рис. 3, а представлена технологическая схема сварки взрывом — приваривание двух наружных слоев к листу взрывом из одной точки двух зарядов ВВ, а на рис. 3, б — наружная облицовка цилиндрических тел кольцевым зарядом ВВ.

Для зарядов ВВ, обычно насыпных, из картона делают контейнеры заданных размеров. Сварку осуществляют на открытых полигонах, если масса заряда достигает десятков и сотен килограммов, либо в специальных производственных помещениях в вакуумных камерах, если масса заряда не превышает нескольких килограммов. Использование вакуумных камер предотвращает разрушающее действие и даже звуковой эффект.

Сварка взрывом начинает применяться для стыковых и нахлесточных соединений некоторых готовых элементов конструкций Перспективно применение сварки взрывом для соединения армированных металлов и получения из порошков монолитных металлов и сплавов. Затруднение вызывает сварка малопластичных хрупких металлов (чугун, высокопрочные титановые сплавы), разрушающихся при взрывном нагружении.

Биметаллические контактные переходники, полученные сваркой взрывом

Рис. 4. Биметаллические контактные переходники, полученные сваркой взрывом

Сваркой взрывом можно изготавливать волокнистые композиционные материалы, размещая в сварочном зазоре упрочняющие элементы (волокна, высокопрочную проволоку); композиты из химически несовместимых компонентов, которые получить другими методами невозможно; панельные конструкции; полые обогреватели; сотовые конструкции; слоистые трубы; биметаллический инструмент; слоистые мишени для распылительных систем; переходники из разнородных материалов и др. (рис. 4).

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *