Сварка взрывом – что это такое и как используется

Сварка взрывом: что это такое, технология соединения металлов

Взрывать в промышленности в мирных целях начали давно – еще в 18-ом веке. Но в сварке первые взрывники появились лишь в середине 20-го века. Технология развивалась ни шатко ни валко и получила свое законное уникальное место среди современных сварочных методов только за последнее десятилетие.

Понятное дело, что взрывать сварщики начали не от хорошей жизни. Этим методом варятся те металлы и конструкции, которые не поддаются ни одному другому способу. В данной технологии сам взрыв – не главное.

Главное – смещение металлических заготовок резко и с огромной скоростью, благодаря которой происходит пластическая деформация металлов – то, что и требуется. Иными словами, сварка взрывом – одна из технологий сварки давлением. Скорость, нужная для ускорения детали, достигает несколько сот метров в секунду.

Применение взрывов в сварке

Взрывное дело — не детский сад, и применяется оно в недетских сферах. Это, прежде всего, сложные многокомпонентные металлические конструкции с большими площадями, где необходимы соединения повышенной прочности, где варятся металлы разных типов и т.д.

Как это происходит

По своей сути сварка взрывом относится к механическим видам соединения металлов. Превращения происходят следующие: как только срабатывает детонатор, образуется газ, в результате формируется химическая энергия.

Принцип работы сварки взрывом.

Она превращается в кинетическую энергию, которая придает скорость металлической заготовке при ее контакте с другой неподвижной заготовкой. Особенность контакта заготовок в том, что он происходит не по площади заготовок, а по линии с последующим увеличением общей поверхности контакта.

Деформация металлов с формированием сварочного шва происходит вследствие воздействия кинетической энергии. Ключевым фактором метода является скорость, которая передается движущейся детали. Если эта скорость не достигает нужного уровня, сварочный шов попросту не получится.

Подготовка к работе

Перед процессом необходимо запастись следующим:

  • взрывчатое вещество;
  • детонатор;
  • металлические детали для соединения;
  • крепкая опора или фундамент для фиксации неподвижной детали.

Конечно, подготовка будет зависеть от конкретной сварочной задачи. Обычно задачи следующие:

  • соединение деталей цилиндрической формы;
  • соединение деталей с крупными габаритами;
  • соединение сложных заготовок со сложной композицией металлов.

Выполнение работ практически одинаковое при соединении любых видов металлических форм:

  • Прежде всего готовится основание для фиксации неподвижной делали. Обычно это плита массивных размеров из металла, железобетона или даже песка. После процесса она часто деформируется и приходит в негодность, эта проблема не относится только к металлическому основанию.
  • Вторая свариваемая деталь, которая должна быть подвижной, должна находится по отношению к первой под острым углом в 3 — 10°. Расстояние между деталями не должно превышать 2 – 5 мм.
  • Взрывчатое вещество размещается на поверхности подвижной заготовки. На данном этапе главное – расположить взрывчатку равномерно, это ключевой фактор качества соединения, который уменьшает риск смещений или деформации самой взрываемой заготовки.
  • Гексоген, аммонал и многие другие виды взрывчатых веществ можно применять для такого рода сварочных работ, марок и разновидностей очень много.
  • Размещение взрывчатки на поверхности проводят с помощью специального контейнера, который является картонной коробкой без крышки и с отверстиями на дне. Отверстия нужны для максимально плотного контакта взрывчатки с поверхностью заготовки.
  • Последним размещается детонатор, после чего можно начинать взрыв. Он происходит после активации взрывчатки с формированием взрывной волны с огромной скоростью. Скорость зависит от сорта взрывчатки и ее состояния: плотности, влажности, времени хранения и т.д.

Технологические трудности

Главная проблема – это обращение со взрывчатыми веществами. Речь об их применении и хранении.

Если дело касается мелких деталей, то сварку взрывом можно делать в специальных камерах из металла, но безопаснее всего это делать в подземных помещениях со специальным укреплением.

Несмотря на то, что данный вид соединения деталей уникален и совершенно не похож на все остальные методы, не нужно забывать об обязательном для всех видов сварки действии – предварительной и тщательной зачистке поверхностей соединения заготовок, включающей в себя обработку растворителем для обезжиривания.

Точное следование все технологическим требованиям и соблюдение необходимых величин – еще одна трудность, с которой придется столкнуться в работе. Здесь нет никакой автоматизации, дозы и пробы подбираются экспериментальным путем.

Моментальность взрыва не позволяет изучить его физические и химические составляющие как следует. Все делается с подбором на месте.

Чертеж сварки поверхностей взрывом.

Если одна из деталей сделана из мягкого металла, его структура может измениться под воздействием высокой тепловой энергии. Чаще всего происходит диффузия, а это приводит к снижению качества сварочного шва.

Если подобная конструкция по ходу использования будет испытывать на себе высокие температуры, соединение в итоге может разрушиться.

К примеру, между деталями из стали и титана располагают прокладку из ванадия, чтобы не было никакого взаимодействия.

Сварка взрывом быстро развивается, становится более безопасным и эффективным. Его уникальность и необходимость при некоторых видах сварочных работ не вызывает никаких сомнений.

Источник: https://tutsvarka.ru/vidy/svarka-vzryvom

Сварка взрывом

Сварка взрывом является разновидностью сварки давлением. Для совместной пластической деформации контактирующих слоев металла используется кинетическая энергия соударения движущейся детали, разогнанной до большой скорости энергией взрыва, и неподвижной детали, установленной на жесткой площадке.

Скорость движения ударяющей детали должна к моменту соударения достигать нескольких сотен метров в секунду. В зоне соударения металл течет как жидкость и сливается в одно целое. Заряд взрывчатого вещества, масса которого составляет 10…20% массы детали, вызывает ее перемещение со сверх звуковой скоростью.

1 – опорный фундамент; 2, 3 – свариваемые детали; 4 – взрывчатое вещество; 5 – детонатор; h – зазор между деталями; α – угол установки деталей.
Рисунок 1 – Схема сварки взрывом

Схема сварки взрывом представлена на рис. 1. Неподвижную деталь 2 для увеличения массы укладывают на жесткую массивную плиту 1. Ударяющий лист металла 3 располагают под углом α=3…10° к поверхности детали 2 с зазором h. По поверхности листа 3 равномерным слоем укладывают взрывчатое вещество (ВВ) 4; в качестве которого используют аммонал, тол, гексоген и другие.

На нижнем крае листа 3 располагают детонатор 5. После инициирования детонатором 5 взрыва заряда ВВ 4 по заряду с огромной скоростью распространяется плоская детонационная волна. Скорость детонации D=2000…8000 м/с. Позади движущейся детонационной волны остаются продукты взрыва. Давление газообразных продуктов взрыва составляет 10…20 ГПа.

Вследствие такого давления части верхней детали, расположенные в зоне действия продуктов сгорания, последовательно вовлекаются в ускоренное движение в направлении к нижней детали, соударяются с ней со скоростью Vс.

Та часть верхней пластины, где детонация ВВ еще не произошла, находится в исходном положении, в результате чего верхняя пластина в процессе сварки изгибается, причем точка изгиба перемещается по поверхности пластины со скоростью детонации ВВ.

Так как при соударении метаемая деталь подходит к неподвижной детали под некоторым углом, то наряду с нормальной составляющей Vn скорости соударения Vс, которая вызывает большое давление в зоне сварки и совместную пластическую деформацию поверхностных слоев, существует тангенциальная составляющая Vt скорости Vс, приводящая к деформации сдвига, вследствие чего резко возрастает деформация сдвига и образование металлических связей.

Возникновение прочной металлической связи даже при наличии большого давления невозможно, если в процессе сварки свариваемая поверхность деталей не очищена. При соударении в углу смыкания деталей возникает кумулятивная воздушная струя.

Скорость струи достигает 5000…7000 м/с, и поэтому она оказывает большое давление на металл. Волновая конфигурация границы раздела металла при сварке взрывом, как правило, легко обнаруживается при исследовании структуры соединения.

Граница соединения поперек пластин представляет собой почти прямую линию.

а б

а – вдоль пластины; б – поперек пластины.
Рисунок 2 – Вид границы раздела металлов при сварке взрывом

Особенности процесса сварки взрывом

Сварное соединение образуется в течение миллионных долей секунды, то есть практически мгновенно. Сварное соединение возникает вследствие образования металлических связей при совместном пластическом деформировании свариваемых поверхностей металла.

Малая продолжительность сварки предотвращает возникновение диффузионных процессов.

Эта особенность позволяет сваривать металлы, которые при обычных процессах сварки с расплавлением металлов образует хрупкие интерметаллические соединения, делающие швы непригодными к эксплуатации.

При сварке взрывом можно получать соединения неограниченной площади. При этом процесс сварки осуществляется тем проще, чем больше отношение площади соединения к толщине метаемой части металла. Осуществлены соединения площадью 15…20 м2.

1 – детонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – метаемые пластины; 4 – неподвижная пластина; 5 – подложкаРисунок 3 – Сварка трех- и много- слойных плоских соединений одновременно одним зарядом ВВ 1 – детонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – соединяемые трубыРисунок 4 – Сварка взрывом стыка труб
1 – детонатор 2-металлическая призма направления детонационной волны; 3-заряд ВВ; 4-облицо вываемый лист; 5-метаемые листы; 6-центрирующее основание.Рисунок 5 – Приварка двух наружных слоев к листу взрывом одной точки 1 – детонатор; 2 – металлический конус для направления детонационной волны; 3 – заряд ВВ; 4 – метаемая труба; 5 – облицовываемый цилиндр; 6 – грунт.Рисунок 6 – Наружная облицовка цилиндрических тел кольцевым зарядом ВВ

Наряду со сваркой листовых деталей применяются и другие технологические схемы, представленные на рисунках 3 – 7.

Сварка взрывом начинает использоваться для стыковых нахлесточных соединений некоторых готовых элементов конструкций. Перспективное применение сварки взрывом для соединения армированных металлов, получения из порошков монолитных металлов и сплавов

1-детонатор; 2-металлический конус для направления детонационной волны; 3 – заряд ВВ; 4 – метаемая труба; 5 – облицовываемый цилиндр; 6 – центрирующее основание.

Рисунок 6 – Сварка биметаллических цилиндрических заготовок переменного диаметра.

При сварке листовых деталей основными параметрами режима являются:

  • угол установки деталей α = 2…16°;
  • первоначальный зазор h = 2…13 мм;
  • скорость детонации ВВ Vд = 2500…3500 м/с;
  • скорость соударения Vс;
  • скорость перемещения точки соударения Vк.
  • На практике для определения режимов сварки взрывом последовательно выбирают необходимую скорость детонации (Vд = 2500…3500 м/с), величину зазора h и угол наклона α. Возможна сварка деталей без зазора с h = 0 и углом a = 0°. Если основные параметры выбраны оптимальными, то получается высококачественное сварное соединение, равное по прочности основному металлу.

    Сварные соединения, полученные взрывом, обладают достаточно большими прочностными свойствами. При испытаниях разрушение образцов, как правило, происходит по наименее прочному металлу пары на некотором расстоянии от плоскости соединения.

    При сварке листовых деталей взрывом соединение наблюдается практически по всей поверхности. Таким образом изготавливают биметаллические материалы, которые применяются в конструкциях непосредственно после сварки или после прокатки, с помощью которой изготавливаются листы необходимых размеров и толщины. Можно также получить не только двухслойный, но и многослойный биметаллический материал.

    Читайте также:  Параметры полевых транзисторов: что написано в даташите

    К недостаткам процесса можно отнести трудность сварки малопластичных, хрупких металлов (чугуна, высокопрочных титановых сплавов), разрушающихся при взрывном нагружении.

    Сварка взрывом осуществляется в полигонных условиях для крупногабаритных деталей, если масса заряда достигает десятков и сотен килограммов, либо в специальных производственных помещениях (боксах) в вакуумных камерах, если масса заряда ВВ не превышает несколько килограммов. Использование вакуумных камер предотвращает разрушающее действие ударной волны и даже звуковой эффект.

    Источник: http://weldering.com/svarka-vzryvom

    Сварка взрывом видео

    Когда разговор заходит о таком технологическом процессе, как сварка взрывом, необходимо понимать, что взрыв на самом деле в нем присутствует, но основа всего процесса – это резкое смещение двух металлических заготовок относительно друг друга.

    Скорость настолько большая, что между заготовками появляется огромное давление, соединяющее их на молекулярном уровне.

    Эта сварочная технология появилась в середине прошлого столетия, и ее сразу же стали использовать, особенно для соединения металлов, которые другими видами сварки невозможно было состыковать.

    Технология сварки взрывом

    Необходимо отметить, что по чисто технологической составляющей сварка взрывом относится к механическому соединению металлов.

    Выделяемая при взрыве тепловая энергия (она же является и химической энергией) под действием большого количества газов превращается в механическую.

    То есть, под действием взрыва происходит смещение одной заготовки, на которую был он направлен, относительно другой.

    Скорость смещения заготовки огромна. Сами детали устанавливаются под определенным углом относительно друг друга, одна из них закреплена прочно к несущей конструкции. При смещении контакт происходит по линии, а не по всей поверхности контакта.

    При такой скорости выделяется кинетическая энергия, которая образуется в процессе трения одной металлической заготовки о другую. С помощью этого вида энергии происходит деформация верхних слоев металла на обеих заготовках.

    То есть, происходит сваривание.

    Основное условие качества сварочного шва – это необходимая скорость, придаваемая незакрепленной заготовке взрывом. Скорость должна быть определенного значения, меньший или повышенный показатель – это низкое качество конечного результата.

    Подготовительный этап

    Итак, для проведения сварки взрывом потребуются две металлические заготовки, взрывчатое вещество с детонатором, фундамент, на который закрепляется неподвижная деталь.

    Сам процесс сварки будет зависеть от габаритов деталей, от их формы (листовая или цилиндрическая), марки металла, его структуры (монолит или многослойность).

    Обязательно в процессе учитывается расстояние между свариваемыми деталями и угол наклона между ними же.

    Конечно, проводя сварочный процесс, необходимо учитывать все условия. Но технология одинаковая для любых изделий с некоторыми изменениями в плане величин заряда.

    • Неподвижную деталь необходимо установить на массивную плиту. Это может быть железобетон или металл, песок или дробь. После каждого взрыва основание разрушается или деформируется. Кстати, два последних материала лучше всех поддаются ремонту. С ними и проблем меньше. Металлическую плиту можно использовать для сварки несколько раз.
    • Подвижную заготовку устанавливают относительно неподвижной под углом 3-10 градусов. Зазор между ними – 2-10 мм.
    • На поверхность подвижной детали равномерно укладывается взрывчатое вещество, как показано на видео. Равномерность укладки – основной принцип качества взрыва. Именно оно позволяет избежать смещений и изгибов самой подрываемой детали.
    • В качестве взрывного вещества можно использовать достаточно широкую линейку взрывчатых материалов. К примеру, тол, аммонал, гексоген и прочие.

    Установка взрывчатки – очень важный этап, касающийся сварки. Для того чтобы установка прошла точно, необходим специальный контейнер, изготовленный из прочного картона.

    По сути, это коробка без крышки, в днище которой делаются отверстия. Именно последние и создают плотное соприкосновение взрывчатки с плоскостью подвижной детали.

    Сама коробка точно должна повторять размеры плоскости подвижной детали, как показано на видео.

    И последний этап – это установка детонатора. Все готово, можно производить взрыв. Как только прошла активация взрывчатого вещества, образуется взрывная волна, у которой скорость распространения составляет 2000-8000 м/с. Диапазон достаточно большой, потому что многое будет зависеть от химического состава взрывчатки, а также от физического ее состояния (влажность, плотность и так далее).

    Трудности взрывного процесса

    Основная трудность – это хранение и использование взрывчатки. Любой взрыв – это негативное воздействие на окружающую среду.

    Поэтому сварка взрывом производится на открытых полигонах, которые располагаются далеко от промышленных и жилых построек, а также в районах сейсмически безопасных, как показано на видео.

    Если использовать данную технологию для сварки небольших деталей, то ее можно применять в специальных металлических камерах (см. видео) или в подземных укрепленных помещениях.

    Как и в случае с другими видами сварки, при соединении взрывом нужно обязательно зачистить места стыковки деталей. Это зачистка до металлического блеска, плюс обезжиривание растворителем.

    И еще одна достаточно серьезная трудность, встречаемая при сварке взрывом – это точно соблюсти все технологические величины. Как показала практика, в основном используются экспериментальные способы подбора.

    Все дело в том, что взрыв – процесс моментальный, остановить его в какой-то определенный момент невозможно, а значит, и изучить его не под силу пока.

    Именно поэтому автоматизировать этот сварочный процесс не получается.

    Сварка взрывом дает возможность соединять между собой любые детали из любых металлов. Однако высокая тепловая энергия, выделяемая при взрыве, может изменить структуру мягких металлов.

    Обычно происходит диффузия в зоне сваривания, что приводит к снижению качества сварного шва.

    И если в дальнейшем конструкция из соединенных металлов будет при эксплуатации подвергаться нагрузке высокими температурами, то прочность соединения постепенно снизится до нуля. А это разрушение конструкции в целом.

    Поэтому в технологию сварки взрывом вносятся изменения. А именно между свариваемыми заготовками устанавливаются пластины из металлов, которые при взрыве не вступают в химическое взаимодействие с основными заготовками. К примеру, сварка взрывом между сталью и титаном может привести к тем самым ослабевающим последствиям. Поэтому между ними укладываются пластины из ванадия, ниобия или тантала.

    И все же сварка при помощи взрыва сегодня для некоторых позиций – единственно возможный вариант соединения. Поэтому эту технологию используют, ее изучают и усовершенствуют. Обязательно посмотрите видео, где показано технология сварки взрывом.

    Поделись с друзьями

    Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/svarka-vzryvom.html

    Сварка взрывом. Схема сварки взрывом. Применение сварки взрывом. | мтомд.инфо

    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.

    Сварка взрывом — процесс получения соединения под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ). Принципиальная схема сварки взрывом приведена на рисунке 1.

    Неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом α = 2-16° на заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд ВВ 2.

    В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5.

    Рисунок 1 — Схема сварки взрывом

    а — до начала взрыва; б — на стадии взрыва

    В современных процессах металлообработки взрывом применяют заряды ВВ массой от нескольких граммов до сотен килограммов.

    Большая часть энергии, выделяющейся при взрыве, излучается в окружающую среду в виде ударных волн, сейсмических возмущений, разлета осколков. Воздушная ударная волна — наиболее опасный поражающий фактор взрыва.

    Поэтому сварку взрывом производят на полигонах (открытых и подземных), удаленных на значительные расстояния от жилых и промышленных объектов, и во взрывных камерах.

    Рисунок 2 — Камера для сварки взрывом

    После инициирования взрыва детонация распространяется поза-ряду ВВ со скоростью D нескольких тысяч метров в секунду.

    Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость νH порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под углом у, который увеличивается с ростом отношения νн/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 толщиной 1-15 мкм.

    Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев металла. В результате деформации и нагрева развиваются физический контакт, активация свариваемых поверхностей и образуются 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.

    Соединяемые поверхности перед сваркой должны быть чистыми (в особенности по органическим загрязнениям), так как ни действие кумулятивной струи, ни вакуумная сдвиговая деформация при соударении полностью не исключают вредного влияния таких загрязнений.

    Сварка взрывом дает возможность сваривать практически любые металлы. Однако последующий нагрев сваренных заготовок может вызвать интенсивную диффузию в зоне соединения и образование интерметаллидных фаз.

    Последнее приводит к снижению прочности соединения, которая при достаточно высоких температурах может снизиться практически до нуля. Для предотвращения этих явлений сварку взрывом проводят через промежуточные прослойки из металлов, не образующих химических соединений со свариваемыми материалами.

    Например, при сварке титана со сталью используют в качестве промежуточного материала ниобий, ванадий или тантал.

    Применение сварки взрывом

    Сварка взрывом применяется для плакирования стержней и труб, внутренних поверхностей цилиндров и цилиндрических изделий. При плакировании стержней трубу 1 (рисунок 3, позиция а) устанавливают с зазором на стержень 2. Внутреннюю поверхность трубы и наружную поверхность стержня механически обрабатывают и обезжиривают.

    Рисунок 3 — Схема плакирования взрывом

    а — стержня; б — внутренней поверхности трубы

    На наружную поверхность трубы помещают заряд взрывчатого вещества 3, инициирование которого производят по всему сечению одновременно так, чтобы взрыв распределялся по заряду нормально его оси. Для создания такого фронта используют конус из ВВ с детонатором 4 в его вершине.

    Для изоляции зазора от продуктов детонации и центрирования трубы относительно стержня в верхней ее части устанавливается металлический конус 5. В случае плакирования трубных заготовок 6 внутрь их устанавливается стержень 2.

    Читайте также:  Управление трехфазными двигателями, способы регулирования скорости двигателей

    Толщина плакирующей трубы может быть от 0,5 до 15 мм, а диаметр теоретически не ограничивается.

    При плакировании внутренних поверхностей используется схема, показанная на рисунке 4, позиции б. Она предусматривает размещение плакируемой трубы 1 в массивной матрице 2.

    Внутрь трубы 1 с зазором устанавливают плакирующую трубу 3 с зарядом ВВ 4, инициируемого детонатором 5.

    Для внутреннего плакирования крупногабаритных труб и цилиндрических изделий ответственного назначения применяют вместо массивной матрицы 2 дополнительный заряд, расположенный на наружной поверхности плакируемого цилиндра и взрываемый одновременно с внутренним зарядом.

    Источник: http://www.mtomd.info/archives/2089

    Сварка взрывом

    Виды сварки – Сварка взрывом

    Первые случаи сварки металлов взрывом были зафиксированы в 1944 – 1946 гг. М.А. Лавретьевым с сотрудниками в Институте математики АН УССР при проведении экспериментов с кумулятивными зарядами.

    Однако прошло еще около десяти лет, пока появились необходимые предпосылки для создания способа сварки металлов с помощью энергии взрыва. В 50-е гг. ХХ в. был достигнут значительный прогресс в применении энергии взрыва для штамповки, прессования и упрочнения металлов.

    Это способствовало поиску новых областей применения энергии взрыва в металлообработке. Наиболее интенсивно эти работы начали проводиться в США и СССР.

    Первые сообщения о соединении металлических деталей с помощью энергии взрыва были опубликованы американскими инженерами в конце 50-х – начале 60-х гг. прошлого века. Первоначально получали соединения листов при их штамповке взрывом.

    Естественно, что в этом случае происходили нормальные соударения шероховатых тел. Как показали дальнейшие эксперименты, эта схема оказалась неэффективной и не нашла практического применения.

    В эти же годы инженеры американской фирмы «Дюпон Де Немур» в результате исследований косых соударений пластин, метаемых плоским зарядом ВВ, разработали достаточно совершенную технологию сварки взрывом, которая была запатентована и опубликована в 1964 г. В 1961 г.

    «угловая схема» сварки взрывом была создана учеными Института гидродинамики СО АН СССР В.С. Седых, А.А. Дерибасом, Е.И. Бигенковым и Ю.А. Тришиным.

    Сварка взрывом по виду вводимой энергии относится к группе механических процессов соединения металлов. При ней химическая энергия превращения заряда взрывчатого вещества (ВВ) в газообразные продукты взрыва трансформируется в механическую энергию их расширения, сообщая одной из свариваемых частей большую скорость перемещения.

    Кинетическая энергия соударения движущейся части с поверхностью неподвижной части затрачивается на работу совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к образованию сварного соединения.

    Работа пластической деформации переходит в тепло, которое вследствие адиабатического характера процесса из-за больших скоростей может разогревать металл в зоне соединения до высоких температур (вплоть до оплавления локальных объемов).

    Принципиальная схема сварки взрывом показана на рис. 7. На основании 1 (земляной грунт, дерево, металл и т. п.) расположена одна из свариваемых деталей 2 (в простейшем случае пластина), над ней параллельно с определенным зазором h расположена вторая деталь 3 на технологических опорах 4.

    На ее внешней поверхности находится заряд ВВ 5 заданной высоты  Н и  площади, как  правило, равной площади пластины 3 (наиболее широко применяемые для сварки взрывом насыпные ВВ помещаются в открытом контейнере соответствующих размеров). В одном из  концов заряда  ВВ  находится детонатор 6.

    При инициировании заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны со скоростью D, лежащей для существующих ВВ в пределах 2000—8000 м/с, определяющейся их химическим составом и физическим состоянием.

    Образующиеся позади него газообразные продукты взрыва в течение короткого времени по инерции сохраняют прежний объем ВВ, находясь в нем под давлением 100—200 тыс, ат, а затем со скоростью 0,50—0,75 D расширяются по  нормалям   к  свободным   поверхностям  заряда,   сообщая   находящемуся   под ними участку металла импульс, под действием которого объемы изделия последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной части металла и со скоростью ϑc соударяются с ней. При установившемся про; цессе метаемая пластина на некоторой длине дважды перегибается, ее наклонный участок со скоростью  ϑk = D движется за фронтом детонационной волны, а участок перед ее фронтом с непродетонировавшей частью заряда ВВ под действием сил инерции продолжает занимать исходное положение (рис. 8).

    Высокоскоростное соударение метаемой части металла с неподвижной развивает в окрестностях движущейся вершины угла γ встречи их контактирующих поверхностей давления 102 — 103 кбар.

    Вызываемое им всестороннее неравномерное сжатие с наиболее благоприятными условиями для пластического течения в направлении процесса сварки благодаря наличию свободной поверхности перед вершиной утла γ и возникновению тангенциальной составляющей скорости ϑc   заставит металл  поверхностных слоев обеих соударяющихся  частей совместно деформироваться в этом же направлении со скоростью ϑk.

    что приводит к тесному сближению свариваемых частей. При этом процессе окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся, рассредоточиваются, а также выносятся из вершины угла у под действием кумулятивного эффекта.

    Таким образом, реализуется известная способность металлов образовывать прочные металлические связи в твердой фазе при создании между соединяемыми поверхностями физического контакта и условий для электронного (химического) взаимодействия между ними.

    Требующаяся для второй стадии процесса энергия активации обеспечивается за счет работы пластической деформации и вызываемого ею нагрева.

    Объемная диффузия из-за скоротечности процесса, даже несмотря на нагрев, развиваться не успевает, что позволяет широко применять сварку взрывом для соединения разнородных металлов и сплавов —  граница раздела металлов обычно резко выражена и имеет вид регулярных синусоидальных волн (рис. 9).

    Параметры режима сварки

    Динамическими параметрами процесса сварки взрывом являются скорость соударения контактирующих поверхностей ϑc; скорость движения вершины угла встречи контактирующих поверхностей вдоль соединения ϑk; кинетическая энергия соударения свариваемых частей W (отнесенная для удобства к единице площади соединения).

    При соударении свариваемых частей по ним распространяется система ударных волн — упругой и следующей за ней пластической, последняя из которых возникает при развитии в окрестностях вершины угла γ определенного динамического давления р и приводит к совместной пластической деформации контактирующих слоев металла.

    Особенности микронеоднородности сварных соединений

    Физическая и химическая микронеоднородность, являющаяся общей чертой всех сварных соединений из-за местного приложения энергии при сварке взрывом разделяется на 10 основных видов, обусловленных характером и параметрами этого процесса, свойствами и сочетаниями соединяемых материалов.

    Физическая   микронеоднородность:
    не обнаруживающиеся средствами оптической металлографии  участки границы раздела металлов с низкой,  доходящей до 0 прочностью,  образующиеся при недостаточных величинах ϑc и W, видимо, вследствие недостаточного развития пластической деформации, обеспечивающей создание только физического контакта;
    участки мартенситнои структуры на границе раздела углеродистой и легированной стали, иногда образующиеся из-за чрезмерного локального выделения тепла пластической деформации при развитии се неравномерности по профилю волн и быстрого отвода тепла в прилежащий холодный металл (рис. 12);

    повышающие прочность соединений   слои   металла  у границы   раздела,   упрочненные   пластической   деформацией,  ширина   и   твердость которых растет с увеличением  W (рис. 13);

    участки рекристаллизованной структуры вблизи границы раздела металлов или оплавленных участков, образующиеся под действием тепла пластическойдеформации или тепла, выделяющегося при кристаллизации оплавленного металла (рис. 15).

    Химическая микронеоднородность:
    локальные участки оплавленного металла трех видов, образующиеся в соединениях разнородных металлов со свойствами, обусловленными их сочетаниями:состоящие из твердых растворов, обладающих непрерывной взаимной растворимостью, практически не влияющие (а иногда и повышающие) на прочность соединений, если они не содержат кристаллизационных дефектов; состоящие из интерметаллических соединений и эвтектик в композициях с ограниченной растворимостью (например, титан — сталь), практически не участвующие в работе соединений и линейно    снижающие    их     прочность    с ростом   относительной     протяженности (рис. 16);

    состоящие   из мелкодиспергированных   частиц  обоих сваренных металлов в композициях, не взаимодействующих в равновесном состоянии (например, серебро — сталь), (см. рис.

    15); примыкающие к границе раздела металлов слои с однофазной структурой в соединениях двухфазных сплавов с второй фазой, упрочняющей границы твердого раствора; при этом вторая фаза скапливается на внешних границах однофазных слоев.

    Механизм образования этой неоднородности требует специального изучения.

    В заключение необходимо отметить отсутствие на границах раздела разнородных металлов диффузионных зон или перемешивания (в соединениях без оплавленных участков), не обнаруживаемых электронной микроскопией и локальным рентгеноспектральным анализом, что позволяет с помощью сварки взрывом получать прочные соединения между разнородными металлами и сплавами.

    Влияние исходного состояния свариваемых материалов

    Повышение исходной твердости обоих или одного из свариваемых металлов при неизменных параметрах процесса вызывает уменьшение длины и амплитуды волн на границе раздела металлов и увеличение относительной протяженности оплавленных участков. При сварке однородных материалов это почти не отражается на прочности сварных соединений, при сварке разнородных — является условием, ограничивающим получение равнопрочных соединений.

    К чистоте механической обработки контактирующих поверхностей предъявляется следующее требование: шаг между зубцами характерного для механической обработки пилообразного профиля не должен превышать длины волн, зафиксированных на границе раздела металлов при выбранных (оптимальных) условиях сварки данных материалов с гладкими (шлифованными или прокатанными) поверхностями. В противном случае длина волн принудительно повторяет шаг между зубцами механической обработки с образованием завихрений, а в них — соответствующих видов микронеоднородности.Обязательными являются зачистка до металлического блеска и обезжиривание.

    Взрывчатые вещества для сварки

    Наиболее употребительными являются насыпные ВВ, так как они позволяют легко создавать заряды требуемых форм и размеров.

    Из-за значительного разброса скоростей детонации  целесообразно для  каждой партии ВВ определять ее опытным путем.

    Области применения

    Перспективы и области применения сварки взрывом определяются способностью создавать в твердой фазе прочные соединения за счет поверхностных металлических связей без развития объемной диффузии вследствие скоротечности процесса на больших, практически неограниченных площадях (имеются примеры сварки соединений площадью 15—20 м2). Это позволяет применять сварку взрывом для:изготовления композиционных сутунок и слябов с высокопрочным соединением слоев из разнородных металлов, сплавов и сталей для прокатки в двух- и  многослойные листы;

    непосредственного изготовления биметаллических листов  металлов  и  сплавов в любых сочетаниях;

    изготовления сплошных и полых цилиндрических композиционных заготовок для профильного проката и непосредственного использования в деталях машин;

    непосредственной облицовки заготовок деталей машин (например, лопастей гидротурбин) металлами и сплавами;

    изготовления из разнородных металлов и сплавов плоских композиционных карточек с высокопрочным соединением слоев, вырезки из них поперек слоев переходников необходимой конфигурации (полос, колец, фланцев и т. п.

    ) и вварки их обычными способами между деталями из одноименных материалов; в этом случае открываются широкие возможности для создания композиций с промежуточными слоями, играющими при нагревах роль диффузионных барьеров между основными, и для повышения прочности и работоспособности таких переходников с помощью контактного упрочнения промежуточных слоев при уменьшении их относительной толщины в неограниченных пределах;

    Читайте также:  Тиристорный электропривод

    изготовления в виде плоских листов и цилиндрических обечаек волокнистых композиционных материалов с неограниченным числом слоев матрицы и волокон;

    изготовления некоторых типов сварных соединений между элементами конструкций из однородных и разнородных материалов (например, труб с трубными досками);

    нанесения порошковых покрытий на металлические поверхности.

    Источник: Николаев Г.А. “Сварка в машиностроении. Справочник. Т.1”

    См. также:

    • Взрыв – эффективный инструмент
    • Взрыв – созидатель. О профессиях взрыва

    Источник: https://www.autowelding.ru/index/0-35

    Сварка взрывом – уникальный метод создания биметаллических конструкций

    Для соединения металлов с разными теплофизическими характеристиками требуются особые условия, которые не всегда можно получить путем применения стандартных сварочных технологий.

    Например, для прочной связи алюминия и стали необходимо создать сверхвысокое давление в месте их контакта, что позволяет реализовать только сварка взрывом. Этот метод имеет достаточно специфические требования к рабочей среде и расходным материалам.

    Вместе с тем, для некоторых сфер промышленности он является незаменимым, поскольку работает там, где другие варианты оказываются бессильны.

    История возникновения и сфера применения технологии

    Идея создания металлических соединений взрывным методом впервые возникла в период Второй мировой войны, когда были обнаружены гильзы отработанных снарядов, приваренные к другим металлическим конструкциям. При этом соединение было таким же прочным, как и у однородных материалов.

    Спустя десятилетие американская химическая компания «Дюпон» стала целенаправленно использовать сварку взрывом для получения биметаллических изделий, которые отличались высокой стойкостью к коррозии и механическим нагрузкам. Таким образом, удалось поставить на поток производство материалов со значительно увеличенным сроком службы.

    Поскольку взрывная технология позволяет получить композиты, способные более 30 лет сохранять свои свойства в достаточно агрессивных условиях, сегодня она активно применяется в нефтехимической промышленности для плакирования листовых и цилиндрических деталей (стержней, труб, емкостей). Кроме того, такой метод используется при изготовлении термостойких и коррозиестойких конструкций для литейного производства, машиностроения и судостроения.

    Так выглядит биметаллическая деталь

    Как выполняется сварка взрывом

    Чтобы из разнородных деталей получить цельное изделие, реализуют следующий алгоритм:

    1. Основной металл размещают на неподвижном основании.
    2. Сверху на небольшом расстоянии укладывают плакирующий металл, который покрывают равномерным слоем взрывчатого вещества (ВВ).
    3. При детонации ВВ происходит взрыв, фронт которого распространяется от одного края заготовки к другому.
    4. В результате взрывного воздействия плакирующий элемент получает сверхвысокую кинетическую энергию, что приводит к образованию усилия, достигающего нескольких сотен килотонн.
    5. Соударение соединяемых материалов вызывает нагрев поверхности слоев и образование струи плазмы, что приводит к обмену электронами и получению прочных связей.

    Физика данного процесса несколько схожа с процессом электронно-лучевой сварки, где за счет высокой кинетической энергии электроны проникают вглубь металлической поверхности, вызывая ее нагрев.

    Однако если при реализации ЭЛС источником энергии является луч высокой мощности, то в данном случае электронный обмен достигается за счет энергии, высвобождаемой при детонации ВВ.

    Кстати, подробнее про электронно-лучевую технологию можно прочитать здесь.

    Надежность видна невооруженным взглядом

    Прочность сварного соединения по большому счету зависит от количества и скорости детонации взрывчатого вещества.

    Данные показатели обычно подбирают экспериментальным путем, при этом негативный эффект может иметь как нехватка, так и переизбыток ВВ.

    Также для улучшения прочности конструкции между основными материалами иногда вставляют тонкую прослойку из ванадия, ниобия или тантала, которая во время эксплуатации не поддается коррозии и способствует сохранению цельности сварного шва.

    Как это делают на западе (en) :

    Специфические особенности сварочного процесса

    В теории, взрывная методика получения биметаллических связей не отличается большой сложностью, однако на практике ее реализация зачастую затруднена. Связано это с пагубным влиянием ударной волны на окружающую среду и необходимостью хранения взрывчатых веществ.

    Для соблюдения безопасности процесса подобные работы проводят на полигонах, расположенных в районах с невысокой сейсмической активностью.

    Если свариваемые детали имеют небольшие габариты, допускается применение специальных камер, стены которых должны выдерживать нагрузку, создаваемую ударной волной.

    Как уже отмечалось, подбор количества взрывчатого вещества осуществляют экспериментально. Очень сложно произвести точные расчеты, так как нельзя просто остановить или замедлить процесс на определенном этапе, чтобы подробно его исследовать и выработать определенную схему. Поэтому к каждому изделию применяется индивидуальный подход, что делает невозможной автоматизацию работы.

    Учитывая сложность реализации подобной технологии, ее применяют только в тех случаях, когда взрыв является единственной возможностью соединения двух металлов.

    В иной ситуации технологи отдают предпочтение более доступным методам сварки, среди которых MAG, FCAW и TIG, выполняемые в среде защитного газа.

    Например, TIG-сварка тоже позволяет создавать биметаллические изделия, однако для этого очень важно осуществить правильный подбор газовой смеси. Подробнее о видах и ценах на сварочные газы можно узнать по этой ссылке.

    Источник: http://xn--80affkvlgiu5a.xn--p1ai/svarka-vzryvom/

    Сварка взрывом

    Отрасли применения:

    • Судостроение.
    • Машиностроение.
    • Атомная энергетика.

    Назначение:

    • получение биметаллических и многослойных материалов;
    • запрессовка и сварка энергией зарядов взрывчатых веществ концов труб в трубных решетках теплообменного оборудования;
    • изготовление биметаллических вварышей для герметичных и коррозионностойких узлов проводки титановых трубопроводов через стальные стенки в морских и судостроительных конструкциях.

    Получение биметаллических и многослойных композиционных материалов

    Характеристики метода:

    • Биметаллические и многослойные композиционные материалы, полученные с помощью сварки взрывом  сочетают в себе высокую конструкционную прочность, высокую коррозионную стойкость и другие специальные свойства.
    • Сварка взрывом позволяет получать качественные сварные соединения на больших площадях из таких металлов и сплавов, как титан-сталь, алюминий – сталь и др. сочетаний, соединение которых традиционными методами сварки невозможно или вызывает значительные затруднения.
    • В качестве плакирующиего слоя применяется титановый сплав ВТ1-0, нержавеющие стали типа 0Х18Н10Т, медь, медноникелевые и алюминиевые сплавы толщиной от 0,5 до 16 мм.
    • Процесс получения биметаллических заготовок с помощью сварки взрывом отличается высокой производительностью – за один подрыв заряда можно соединить между собой листы площадью более 5 кв.м каждый. Прочность сварки определяется прочностью соединяемых материалов и зачастую превышает эти значения в исходном состоянии.

    Преимущества:

    • Преимущество метода сварки взрывом от традиционных способов сварки плавлением заключается в том, что свариваемые материалы, не расплавляются, а взаимодействуют в твердой фазе, ввиду чего между ними не образуются нежелательные прослойки интерметаллидов, резко снижающие прочность соединений.

    Биметалл титан-сталь применялся при изготовлении теплообменного оборудования для финской АЭС «Ловиса», болгарской АЭС «Козлодуй», для Ленинградской АЭС.

    Биметаллы МНЖ5-1-сталь 08Х22Н6Т, 08Х18Н10Т – сталь 15ХН3МФА использованы при изготовлении судовых теплообменников, успешно прошедших ресурсные испытания.

    Микроструктура многослойного соединения меди, латуни и нержавеющей стали
    толщиной 1,5-2 мм, полученного сваркой взрывом.

    Предложения по сотрудничеству:

    • Разработка технической и технологической документации на получение различных биметаллических материалов сваркой взрывом .
    • Адаптация технологии изготовления отливок под требования Заказчика .
    • Изготовление сваркой взрывом опытно-промышленных партий биметаллов и изделий из них .

    Взрывное плакирование внутренних поверхностей

    ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» разработана технология взрывного плакирования корпусов тепло­обменников типа подогревателей питательной воды изнутри слоем коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т толщиной 5 мм. Суть метода заключается в том, что плакирующую заготовку располагают внутри плакируемой детали с зазором и внутрь ее устанавливают заряд взрывчатого вещества, который инициируют электродетонатором.

    Габариты плакируемой детали:

    • наружный диаметр — 835 мм,
    • внутренний диаметр — 649 мм,
    • высота — 575 мм.

    Достоинства метода:

    Применяется в случае, когда невозможно применение традиционной электродуговой наплавки в несколько слоев

    Экономический эффект обусловливается снижением трудоемкости, снижением расхода сварочных материалов и электроэнергии.

    Предложения по сотрудничеству:

    • Разработка технической и технологической документации на взрывное плакирование внутренних поверхностей изделий Заказчика.
    • Поставке опытно-промышленных партий плакированных цилинд­рических деталей.
    • Техническое сопровождение при освоении на предприятии Заказчика технологий взрывного плакирования внутренних поверхностей цилиндрических деталей

    Сварка и запрессовка энергией взрывчатых веществ труб в трубных решетках теплообменного оборудования

    ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» разработаны:

    • технология запрессовки взрывом труб наружным диа­метром от 6 до 40 мм.
    • технология сварки взрывом труб наружным диаметром от 6 до 16 мм. в трубных решетках и коллекторах толщиной от 30 до 200 мм и более.

    Материалы трубы:

    • перлитные и аустенитные стали;
    • титановые сплавы;
    • алюминиевые сплавы.

    Характеристики метода:

    • Перемычки между трубами не превышают получаемых при механических способах заделки труб.
    • Закрепление труб взрывом осуществляется зарядами промышленной поставки, имеющими допуск к применению их на машиностроительных пред­приятиях.
    • Технология включает сборку труб с трубными решетками, установку в концы труб зарядов В В и их подрыв. При сварке взрывом осуществ­ляется одновременно запрессовка и сварка трубы с трубной решеткой. За один взрыв производится одновременно закрепление до 400 концов труб. Размер сварочного пояса находится в пределах от 8 до 45 мм.

    Разработанная технология позволяет:

    • заменить трудоемкую операцию закрепления труб с применением механических вальцовок;
    • повысить качество и надежность соединений и теплообменного аппарата в несколько раз;
    • срок эксплуатации оборудования довести до 30 лет.

    Запрессовка концов труб в трубной решетке теплообменника специальными зарядами взрывчатого вещества

    Запрессовка труб с применением импульсных источников регламентируется ГОСТ-23691 – ГОСТ 23693-79

    Разработанные технологии запрессовки труб в теплообменном оборудовании дважды награждались медалями ВДНХ.

    Предложения по сотрудничеству:

    • Разработка документации на имеющиеся технологии.
    • Оказание технической помощи в организации промышленного производства и поставке специальных зарядов, оформлению технической документации, регламентирующей их применение.
    • Разработка и внедрение в производство новых технологических процессов

    Изготовление биметаллических вварышей

    ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» разработана концепция и технология получения  сборных вварных деталей корпусного насыщения и доказана перспективность ее практической реализации успешным выполнением программы испытаний на надежность таких решений.

    В настоящее время институт обеспечивает строительство заказов биметаллическими плоскими и цилиндрическими заготовками. Внедрение новых конструкций (более 40 типоразмеров для трубопроводов с Ду от 20 до 350 мм) существенно снизило расход металла высокопрочных поковок и транспортные расходы.

    Правовая защита: Имеется патент РФ.

    Предложения по сотрудничеству:

    • Разработка технической и технологической документации на изготовление биметаллических вварышей.
    • Оказание  технической помощи в организации промышленного производства и поставка специальных зарядов.
    • Оформлению технической документации, регламентирующей их применение.
    • Изготовление и поставка Заказчику опытно-промышленных партий биметаллических вварышей и изделий из них.

    Форма запроса Вы можете отправить запрос на данную разработку, заполнив следующую форму:
     

    Источник: http://www.crism-prometey.ru/science/welding/explosion-welding.aspx

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector