Сварка взрывом

СВАРКА ВЗРЫВОМ

Сущность метода сварки взрывом. Область применения.

Сварка взрывом – сравнительно новый перспективный технологический процесс, позволяющий получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими способами затруднена.

 на заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд 2 ВВ. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5. После инициирования взрыва детонация распространяется со скоростью D нескольких тысяч метров в секунду.° = 2-16αСварка взрывом - процесс получения соединения под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества. Принципиальная схема сварки взрывом: неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом

Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость Vн , который увеличивается с ростом отношенияγпорядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под углом  Vн/D. В месте соударения возникает эффект кумуляции - из зоны соударения выбрасывается с очень высокой скоростью кумулятивная струя, состоящая из металла основания и облицовки. Эта струя обеспечивает очистку свариваемых поверхностей в момент, непосредственно предшествующий их соединению. Со свариваемых поверхностей при обычно применяемых режимах сварки удаляется слой металла суммарной толщины 1-15мкм. Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев металла.

В результате деформации и нагрева происходит развитие физического контакта, активация свариваемых поверхностей и образование соединения.

Исследование пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки показало, что прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал, и в частности в зоне инициирования взрыва, прочного соединения не было получено. Очевидно, что "лобовой" удар метаемой пластины в основание без тангенциальной составляющей скорости и сдвиговой деформации в зоне соединения не приводит к сварке.

В ряде случаев при сварке пластин используется схема, при которой перед сваркой отгибается конец метаемой пластины. Отгиб осуществляется на длине 100-150 мм под углом 2°. Сварочный зазор на участке параллельного расположения метаемой пластины и основания составляет 6-8 мм. Эта схема сварки позволяет сохранить постоянство параметров процесса по всей облицовываемой поверхности. Это обеспечивает более стабильное качество соединения по сравнению с угловой схемой.

Сварку взрывом применяют для плакирования различных поверхностей от плоских до поверхностей сложной формы, а также внешних и внутренних поверхностей цилиндрических изделий.

Отличия сварки взрывом

Перспективы и области эффективного использования в промышленности любого нового технологического процесса определяются особенностями, отличающими этот процесс от существующих.

Сварка взрывом обладает двумя такими отличиями.

1. Не требует нагрева свариваемых частей и протекает в независимости от площади соединения, как это свойственно всем взрывным процессам, в течение миллионных долей секунды, т. е. практически мгновенно. Поэтому при сварке взрывом ограничено время протекания двух стадий процесса образования сварного соединения в твердой фазе — создания физического контакта и химического взаимодействия. Сварное соединение образуется за счет преимущественного развития стадии физического контакта при подавлении второй стадии, в которой успевают протекать только квантовые процессы электронного взаимодействия. Идущие вслед за ними при других способах сварки диффузионные процессы, не успев развиться, подавляются. Вследствие этого характерные для сварных соединений диффузионные зоны на границе раздела металлов в соединениях, сваренных взрывом, не обнаруживаются (рис. 8),
2. Позволяет получать монолитные соединения практически неограниченной площади. При этом процесс сварки осуществляется тем легче, чем больше отношение площади соединения к толщине метаемой части металла. В настоящее время имеются примеры получения с помощью сварки взрывам соединений площадью 15—20 м2. Дальнейшее увеличение площади сварных соединений также не встречает принципиальных трудностей, требуя решения только технических задач надлежащей сборки частей металла под сварку.

Применение сварки

• Опираясь на картину динамики процесса сварки взрывом, нетрудно представить, как приведенную на рис. 2 принципиальную схему сварки взрывом с параллельным расположением свариваемых поверхностей можно преобразовать в целый ряд технологических схем: сварка трех- и многослойных плоских соединений одновременно одним зарядом ВВ (рис. 9, а), одно-временная приварка двух наружных слоев к плоскому среднему одновременным взрывом из одной точки двух зарядов ВВ (рис. 9, б);
• наружная облицовка цилиндрических тел с помощью взрыва кольцевого заряда ВВ (рис. 9, в) ;
• сварка полых заготовок биметаллических труб (рис. 9, з), сварка биметаллических цилиндрических заготовок переменного диаметра для изготовления из разнородных металлов бесступенчатых трубных переходников (рис. 9, д);
• внутренняя облицовка цилиндрических заготовок (рис. 9, е)\ получение с помощью сварки взрывом многослойных армированных металлов (рис. 9, ж) приварка труб к трубным решеткам теплообменников (рис. 9, з).

Рис. 8. Микроструктура зоны соединения титана (вверху) со сталью XI7; X 20 ООО

Помимо этого в последнее время сварка взрывом начинает применяться для стыковых и нахлесточных соединений некоторых готовых элементов конструкций.

Отличительные особенности процесса сварки взрывом, а также разработанные технологические схемы определяют области промышленного применения этого способа.

1. Изготовление биметаллических и многослойных плоских заготовок с высокопрочным соединением слоев из разнородных металлов, сталей и сплавов для последующей прокатки. Размеры свариваемых заготовок позволяют получать тонкие и толстые листы стандартных размеров.

Материалы

Выбор сочетаний металлов ограничивается только возможностью дальнейшего передела заготовок. Литературные данные, а также практика авторов позволяют утверждать, что с помощью сварки взрывом при правильно выбранных режимах можно получать прочные и работоспособные сварные соединения из одно- и разнородных металлов и сплавов (в последнем случае при большом различии их физико-химических свойств, например сталь — алюминий, алюминий — магний, титан — сталь, свинец—-медь и т. п.). Затруднение вызывает только сварка малопластичиых, хрупких металлов (чугун, высокопрочные титановые сплавы), как правило, разрушающихся при взрывном нагружении и высокоскоростном соударении. Однако, весьма вероятно, что с помощью специальных технологических приемов (применения буферных прокладок между зарядом ВБ и метаемым элементом, сварки с подогревом соединяемых частей), а также металлургических методов повышения качества (термической обработки для понижения хрупкости) сварка этих металлов и сплавов будет также освоена.

2. Изготовление биметаллического и многослойного листа с высокопрочным соединением слоев для непосредственного использования в промышленности из практически любых сочетаний металлов и сплавов.
3. Изготовление биметаллических и многослойных сплошных и полых цилиндрических заготовок для последующего изготовления круглого, профильного проката и труб с наружным и внутренним плакирующими слоями.
4. Непосредственная облицовка заготовок деталей машин (-например, лопастей гидротурбин) металлами и сплавами с особыми заданными физическими и механическими свойствами, взамен электродуговой и электрошлаковой наплавки.
5. Сварка из разнородных металлов и сплавов плоских биметаллических и многослойных заготовок с высокопрочным соединением слоев и изготовление из них переходных конструкционных элементов необходимой конфигурации (например, колец) для сварки их с помощью обычных способов между торцами деталей машин.
6. Изготовление трубчатых телескопических и бесступенчатых биметаллических переходников для последующей сварки обычными методами соответствующих концов труб из разнородных металлов.
7. Сварка взрывом труб с трубными досками различных теплообменных аппаратов—- наиболее производительный и экономичный процесс, которому уделяют большое внимание в Советском Союзе и за рубежом.
8. Повышение пластичности высокопрочных сталей и сплавов путем их двусторонней облицовки тонкими слоями пластичных металлов, что резко снижает склонность первых к хрупкому разрушению.

Перечисленные в п. 1—3 и 8 примеры применения сварки взрывом, по существу, создают возможности получения конструкционных металлов с заданными физическими и химическими свойствами.

Приведенный перечень не исчерпывает всех возможностей практического использования сварки взрывом. С накоплением знаний о физике процесса и свойствах получаемых соединений круг ее возможностей непрерывно расширяется. Перспективно применение сварки взрывом для создания армированных металлов и получения из порошков монолитных металлов и сплавов.