Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Сварка является одним из наиболее известных способов соединения металлов. Однако, не всегда есть возможность соединить между собой абсолютно разные по характеристикам заготовки.

Решение этой задачи было найдено американцами в 1960 году, им стала сварка взрывом.

Благодаря такому способу обработки появилась возможность создания многослойных металлических «бутербродов», внешними слоями которых стали металлы с высокими антикоррозийными свойствами.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Общие сведения

Сварка взрывом относится к разновидности сварки под давлением. Воздействие осуществляется ударной волной, образующейся в результате инициирования взрывчатых веществ.

Технология обработки при помощи взрывной сварки не полностью изучена, но уже активно применяется в промышленных масштабах для:

  • укрепления сцепления металлических поверхностей сложной конструкции;
  • изготовления монолитных многоуровневых изделий;
  • производства полых заготовок цилиндрической формы;
  • надежной фиксации стыков труб;
  • создания биметаллических заготовок.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Это лишь малый список возможностей. Подробная информация о сварке взрывом известна далеко не всем, потому как чаще всего она используется в случаях, когда другие методы не дают требуемого эффекта.

Способы

Специфика сварки взрывом достаточно проста в применении, а полученное соединение считается одним из наиболее прочных. Для качественного сплавления существуют два отличных друг от друга способа сварки: по стыку и по разнородности.

Первый, наиболее распространенный способ сварки взрывом — это создание биметаллических заготовок из листовых материалов. Процесс выглядит следующим образом:

  1. На опорный фундамент помещается заготовка, которая в процессе будет неподвижной и основной.
  2. По всей длине листа размещается взрывчатое вещество, после чего монтируется детонатор.
  3. Верхний (плакирующий) лист по плану должен смещаться после взрыва, поэтому его укладывают под углом 3-10° градусов к поверхности основного листа.
  4. Взрыв за доли секунды перемещает верхний лист к основному. В результате воздействия сильной ударной волны практически мгновенно образуется прочное соединение.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Второй способ взрывной сварки применяется для плавления труб по стыку. Вот как происходит процесс обработки:

  1. В большинстве случаев сплавляют полые трубы. Для предотвращения деформации внутри каждой трубы помещают металлический сердечник.
  2. По всему стыку располагают взрывчатое вещество, а потом и детонатор.
  3. За доли секунды после взрыва поверхности сплавляются.

В любом из способов необходимо точно рассчитать количество и разновидность взрывчатки. В противном случае велик риск деформации или повреждения свариваемых поверхностей.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Преимущества и недостатки

У любого метода обработки есть положительные и отрицательные моменты. Сварка взрывом не исключение. К достоинствам относят:

  • Стремительность процесса. Стоит вспомнить, что соединение заготовок происходит за какие-то доли секунды. Именно скорость обработки часто становится основным фактором при выборе сварки взрывом.
  • Сплавление разнородных металлов. Другие способы сварки исключают возможность качественной сварки материалов с разными физико-химическими характеристиками.
  • Плакирование. Данным термином называют придание определенных свойств путем покрытия верхнего слоя слоем другого металла.
  • Экономичность. Цельные детали успешно заменяют плакированными, что существенно снижает затраты на заготовки.
  • Дешевизна. Технология сварки взрывом включает в себя затраты только на взрывчатое вещество и детонатор. Другого оборудования не требуется.
  • Универсальность. Создание изделий сложной формы, заготовок для ковки и штамповки, деталей со множеством изгибов.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Помимо положительных моментов существуют и отрицательные. Среди основных недостатков стоит отметить:

  • низкий уровень управляемости процессом, мощную взрывную волну сложно контролировать;
  • необходимость соответствующей квалификации для допуска к работе;
  • взрывать можно только в специальных защитных камерах или на оборудованных полигонах;
  • длительная подготовка, для расчета типа взрывчатого вещества и его закладки требуется много времени;
  • низкая автоматизация, сильная зависимость от человеческого фактора, увы, автоматизировать такую сварку пока не смогли.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Несмотря на преобладание положительных моментов, пренебрегать техникой безопасности нежелательно.

Техника безопасности

При работе со взрывчатыми веществами необходимо тщательно соблюдать технику безопасности, ориентируясь в основном, на меры противопожарной безопасности. Тем не менее риск вредного воздействия на работников и на окружающих очень велик, не стоит забывать о низком проценте управляемости взрывной волны. По этим (и не только) причинам рекомендуется придерживаться следующих ограничений:

  • На полигоне. Это масштабный кусок земли для подобных опасных испытаний. Оборудовать полигон для сварки взрывом обязательно вдали от жилого массива.
  • На площадке. Сам процесс должен осуществляться на предварительно подготовленной рабочей площадке, углубленное место с песчаной «подушкой». Чем толще «подушка», тем сильнее она гасит взрывную волну, но предел толщины 1 метр.
  • В защитных камерах. На производстве чаще всего встречается небольшой заряд 15-20 кг. Для взрыва используют отдельном пустое помещение со стенами из бетона или кирпича, толщиной 25 см и более. Целостность оболочки камеры не должна быть нарушена или деформирована.
  • Индивидуальная защита. Применение средств индивидуальной защиты просто неотъемлемая часть техники безопасности при сварке.

Соблюдение обозначенных рекомендаций снизит вероятность возникновения нестандартных ситуаций во время процесса, который имеет, в свою очередь, некоторые особенности.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Особенности

Процесс сварки взрывом включает в себя два этапа: кропотливую подготовку и молниеносную сварку. Рассмотрим подробнее каждый этап.

Повысить качество сварного соединения и обеспечить его прочность поможет предварительная обработка деталей. Для правильной подготовки необходимо:

  • Выпрямить поверхность свариваемых изделий, максимальная кривизна должна быть 2 мм/м².
  • Обезжирить места соединения, удалить с них оксидную пленку, протереть от окалины и прочих примесей.
  • Достичь необходимой шероховатости. Для этого иногда допустимо использование абразивных материалов.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

После подготовительных манипуляций взрывчатое вещество аккуратно и равномерно распределяют по поверхности, в зависимости от способа сварки.

По всем параметрам подготовительный этап занимает намного больше времени, чем сам процесс. Да, все происходит за несколько микросекунд: ударная волна серьезной мощности с силой ударяет движимый слой о неподвижный, формируя сварное соединение.

Собираясь проводить сварку взрывом стоит помнить, что воздействие взрывной волны на некоторые металлы ухудшает и разрушает их структуру. Вследствие этого в самом слабом по прочности месте сварного соединения возникает диффузия, которая негативно сказывается на результате.

Контроль качества швов

Для контроля сварных соединений, полученных путем сварки взрывом, проверяются три параметра:

  1. Плотность шва проверяют ультразвуковым методом. Для важных швов применяют проверку рентгеноскопией.
  2. Прочность выявляют при помощи срез части шва или его разрыва.
  3. Пластичность исследуют путем различных изгибов, прогибов и кручений сварного соединения.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

При возникновении сомнений в ровности результата, полученное изделие проверяют на деформацию. Для этого понадобится любой измерительный прибор, например линейка.

Новые технологии обработки металлов завоевывают позиции, но остаются не полностью рассмотренными. Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту процесса, необходимо предварительно изучить все нюансы и особенности техники безопасности.

Источник: https://svarkoy.ru/teoriya/svarka-vzryvom.html

Сайт Волго-Биметалл: Технология

Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 1. Резка листа (газовая, плазменная)
Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 2. Очистка от окалины
Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 3. Сборка пакетов на полигоне
Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 4. Детонация (процесс сварки)
Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 5. УЗК, механические испытания и последующие технологические операции

Сварка взрывом относится к разновидности сварки давлением, и представляет собой процесс образования соединения соударяющихся металлических тел, разгоняемых продуктами детонации взрывчатого вещества.

Достоинства сварки взрывом, которые характеризуют ее как конкурентоспособный способ соединения разнородных металлов, заключаются в следующем:

  • Высокопроизводительный и экономичный процесс, позволяющий получать соединения разнородных металлов и сплавов с прочностью на уровне прочности основных металлов (сталь + титан, сталь + алюминий, алюминий + медь и т.д.).
  • Сварка взрывом может осуществляться на большихплощадях, ограничиваемых только размерами используемых листов.
  • Толщина плакирующего слоя может изменяться в широких пределах (от 0,05 до 30 мм).

Схема сварки взрывом. На опоре 5  располагают основную пластину4, над которой с определенным зазором hустанавливают метаемую пластину3. На метаемый слой укладывают заряд взрывчатого вещества высотой Н — 2 и закрепляют детонатор 1.

При инициировании ВВ по заряду распространяетсядетонационная волнасо скоростью детонации D.

Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва 6 отдельные участки метаемойпластины последовательно приобретают скорость порядка нескольких сотен метров в секунду, поворачиваются относительно своего первоначального положения и соударяются со скоростьюVcс неподвижной пластиной.

В результатекосого соударения пластин при правильно выбранных параметрах процесса в зоне контакта происходят частичная очистка соединяемых поверхностей,ихактивация и образование соединения со скоростью с характерной волнообразной границей раздела слоев.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема
Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 1. Микроструктура зоны соединения

Разработаны технологии сварки взрывом изделий плоской и цилиндрической геометрии, а также сварки целых конструкций.

Методом сварки взрывом можно получать разнообразныебиметаллические, многослойные и композиционные материалыс улучшенными прочностными, коррозионно-стойкими, жаропрочными и другими свойствами для нужд химического машиностроения, нефтегазовой, алюминиевой, электротехнической и других отраслей промышленности.

Особенности структуры и свойств биметалла,

  • 1. Физические явления определяющие возможность получения сварного соединения при сварке взрывом
  •    Кинетика образования соединения определяется процессами возникновения металлических связей.
  •   При сварке взрывом соединение образуется даже при наличии окисных и масляных пленок, что свидетельствует о существовании эффективного механизма очищения поверхностных слоев, струей сжатого воздуха, находящегося в зазоре между свариваемыми элементами.
  •   Существенную роль играют и процессы деформации, в результате которых одновременно с активацией поверхностных атомов и выхода на поверхность раздела дислокаций и других дефектов кристаллической решетки происходит также разрушение и удаление окисных пленок.  
  •   2. Влияние режимов сварки взрывом на структуру и свойства биметалла

     Отличительной особенностью сварки взрывом является «волнообразование» на границе соединения  (Фото1), что объясняется протеканием интенсивной пластическойдеформации, при высоких давлениях, превышающих динамический предел текучести соединяемых материалов. Волны, в зависимости от режимов сварки и свойств исходных металлов,  могут быть синусоидальные, не симметричные и с завихрениями, однако их образование не является обязательным условием достижения высокой прочности соединения. 

Читайте также:  Обратный клапан: виды, устройство, принцип работы, монтаж

   По микроструктуре можно косвенно оценивать прочность соединения. 

    Максимальная прочность соединения, как правило выше прочности соединяемых металлов (за счет наклепа при соударении),  соответствует «чистой» границе: без окисных включений и участков с оплавленной структурой; но обязательно со следами пластической деформации (хорошо видны на Фото 1 в низколегированной стали в виде деформированных перлитных зерен (темного цвета)).

    Незначительное снижение прочности может происходить из-за появления на границе соединения  участков, содержащих структуру оплавленного металла (на Фото 1 — это завихрения на гребне и впадине волны), а также различных  включений: окисных и жировых пленок, частиц пыли  и других загрязнений.  Разрушение такого биметалла при испытаниях на отрыв слоев происходит частично по линии соединения, поскольку указанные дефекты являются концентраторами напряжения, и чем больше их протяженность, тем ниже прочность.

    Пониженная прочность соединения (брак) может получаться при сварке на переходных режимах, которые не обеспечивают необходимого уровня пластических деформаций, а также полного очищения поверхности металлов потоком сжатого воздуха, движущегося перед точкой контакта. С помощью ультразвукового контроля в диапазоне частот 2,5-10 МГц обычно такие участки пониженной прочности обнаружить не удается (необходимо проведение механических испытаний и анализа микроструктуры).  

    При  последующих технологических операциях: правки, вальцовки, штамповки возможно расслоение биметалла в этих зонах.

   Дефекты типа «ёлочка» — трещины, которые могут возникать в основном и плакирующем слое и распространяющиеся под углом 60° к линии соединения. Образование таких дефектов связано с существованием в свариваемых пластинах растягивающих и сдвиговых напряжений. Склонность к их образованию возрастает с уменьшением пластичности материала. 

   Последующие нагревы в интервале температур 500-800 °С могут приводить  к выделению  в упрочненных зонах высоколегированной стали  карбидов, что приводит к еще большему снижению прочности соединения (Фото 2).

Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаФото 2. Трещины типа «ёлочка»

Источник: https://www.volgobimetall.ru/tekhnologija.html

Сварка взрывом. Технология

08.08.2018

Для создания конструкционных материалов с необходимыми физическими свойствами применяется сварка взрывом. Ученые задумались о таком способе соединения металлов, когда изучали фрагменты гильз времен второй мировой войны.

В 1960-м американцами был разработан и запатентован метод применения детонации для взаимной деформации сплавов, обладающих разными физическими свойствами.

Началась эра создания металлических многослойных «бутербродов» в виде пластин и цилиндров, поверхности стали покрывать металлами с высокими антикоррозионными свойствами.

Где применяется сварка взрывом

Существует порядка 260 вариантов многослойных композиционных материалов с различными металлами, пластиком.

Метод применяется для:

  • упрочнения различных деталей оборудования, требующих высокой износостойкости и работающих под термической нагрузкой;
  • нанесения защитных покрытий (плакирующего слоя) на монолитные и полые элементы;
  • создания композиционных соединений в виде труб.

Сварные заготовки выравнивают методом прокатки и прессования. Для снятия внутренних напряжений сварного шва и снижения твердости сплавов биматериалы подвергают термической обработке. Сварные изделия поддаются резке, шлифовке, фрезеровке, ковке, штамповке.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Преимущества и недостатки

Хотя сварка взрывом не везде применима, она требует определенных условий, технология использования энергии детонации для соединения металлов имеет ряд преимуществ:

  1. Это единственный метод, позволяющий получать соединение металлов с различными физическими характеристиками.
  2. Многокомпонентные материалы сочетают в себе особенности каждого из слоев, можно делать биматериалы с заданными свойствами.
  3. Высокотемпературное покрытие черных сплавов цветными и жаропрочными металлами приводит к существенной экономии: дорогостоящие заготовки заменяют плакированными.
  4. Прочность сварного соединения: механическая и термическая обработка деталей не влияет на прочность шва.
  5. Метод применим для работы деталями сложной конфигурации: можно плакировать изгибающиеся и угловатые поверхности.
  6. Процесс протекает с огромной скоростью.

  Как заварить чугун электродом в домашних условиях

Главный минус этого способа соединения неоднородных металлов – низкая управляемость процессом. Образующаяся взрывная волна небезопасна, она распространяется с высоким шумовым эффектом. Это еще не все недостатки:

  • с трубами и деталями работают в специально созданных металлических камерах;
  • для соединения листовых поверхностей делают опорные железобетонные «подушки» в условиях полигонов;
  • при высокотемпературной обработке деталей прочность соединения снижается;
  • применение взрывчатых веществ требует безопасности;
  • нужны большие временные затраты на подготовительном этапе работ;
  • необходимо заниматься подготовкой кадров, специалистов нельзя заменить автоматами.

Технология сварки взрывом

Гигантское усилие ударной волны сочетается с высокотемпературным действием плазмы. В месте соединения металлов они взаимно деформируются на молекулярном уровне. На месте соединения у них образуется общая кристаллическая решетка и свободные электроны. Расплавиться металлы не успевают, поэтому химического взаимодействия не происходит.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Подготовительный этап

Для прочного соединения необходимо:

  • подготовить сварные поверхности (они очищаются от окалины, следов смазки, естественных защитных покрытий, оксидной пленки);
  • выпрямить металл (допустимая кривизна 2 мм/м2);
  • добиться необходимой шероховатости.

Расположение свариваемых деталей зависит от способов сварки. При соединении листовых деталей:

  • нижнюю укладывают на «подушку»;
  • верхняя укладывается почти параллельно, максимальный угол между деталями не более 30°; рассчитывается объем заряда взрывчатого вещества;
  • селитру или аммонал равномерно распределяют по верхнему слою.

При работе с полыми деталями и трубами они закрепляются в специальной установке, изнутри в них вставляется сердечник, предохраняющий от деформации. Стык обкладывают со всех сторон взрывчаткой.

Процесс сварки

С точки зрения физики сварка – непрерывное распространение взрыва по всей поверхности за доли секунды. Металлы соединяются за счет энергии ударной волны, создаваемой при воспламенении взрывчатого вещества.

Один элемент расположен стационарно, другой двигается по нему, между свариваемыми заготовками устанавливается детонатор. Когда он срабатывает, верхний металл с усилием врезается в нижний. На срезе сварной шов похож на череду волн с гребнями, направленных по линии взрыва. В этом месте под действием плазмы верхняя и нижняя части образуют хрупкие интерметаллические соединения.

  Как правильно заварить днище автомобиля своими руками

При сварке некоторых металлов делают ванадиевую или ниобиевую прослойку. В этом случае механическая прочность шва при эксплуатации не ослабевает.

Возможные трудности

  1. Взрывная волна может стать причиной разброса осколков железобетонной «подушки».
  2. Качественное соединение возможно при соблюдении технологии.
  3. Заряд должен обеспечить необходимую скорость деформации, чтобы не произошли диффузные изменения в области шва.
  4. Одна из поверхностей должна быть плотно закреплена. При одновременном движении деталей прочность соединения значительно снижается.
  5. При работе на установках необходимо контролировать скорость метания разрядов.
  6. Нет математической модели процесса, поэтому все расчеты приблизительны. Сам процесс – экспериментальный.

Сварка взрывом. Технология Ссылка на основную публикацию Сварка взрывом различных металлов: технология, схема Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Источник: https://svarkaprosto.ru/tehnologii/svarka-vzryvom-tekhnologiya

Сварка взрывом

Сварка взрывом — неизвестная технология для многих сварщиков, даже профессиональных. Что уж говорить о новичках, которые искренне удивляются, услышав о таком необычном методе сварки. Суть технологии незамысловата: на поверхность деталей направляется поток взрывной энергии, из-за которой детали деформируются и соединяются. В результате получается многослойное изделие.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

С помощью сварки взрывом можно соединять любые металлы, в том числе разнородные. Соединение получается неразъемным и очень прочным, поэтому такая технология получила свое распространение во многих сферах производства. В этой статье мы кратко расскажем, что такое сварка взрывом, какие есть достоинства и недостатки у такой технологии, и какие особенности нужно учитывать.

Общая информация

Взрывная сварка проста, несмотря на свое необычное название. Относится к сварке под давлением. Далее мы подробно расскажем, какова технология этого метода сварки.

Обычно соединяют две металлические пластины. Одна из них называется неподвижной и располагается снизу, а вторая называется подвижной и располагается сверху под небольшим углом. Неподвижную деталь также называют основной, а подвижную — плакирующей.

На верхнюю подвижную деталь кладут взрывчатое вещество и детонатор. Взрывчатое вещество инициируют и образуется взрыв, который приводит в движение подвижную часть. В результате подвижная часть набирает большую скорость и ударяется с неподвижной. Обе детали под действием силы удара деформируются, образуя неразъемное соединение.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

С помощью сварки взрывом можно получить композитные изделия, а также многоуровневые и биметаллические. При этом изделие будет устойчиво к коррозии и механическим нагрузкам.

Несмотря на то, что мы мало что слышим про сварку взрывом, эта технология применяется во многих сферах. Начиная от нефтяной, заканчивая машиностроением.

При этом у сварки взрывом есть множество подтипов, а это доказывает, что такая технология очень востребована на современном производстве.

Преимущества и недостатки

У сварки взрывом есть свои плюсы и минусы. Впрочем, как и любого другого метода сварки. Давайте рассмотрим их поподробнее.

Итак, плюсы. Первый плюс — это высокая скорость сварки. Чтобы получить прочное соединение достаточно нескольких микросекунд. Согласитесь, это впечатляет. Отсюда и высокая производительность такого метода сварки. Также отметим, что такая технология позволяет получать биметаллические изделия. Т.е., изделия, состоящие из двух различных металлов.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

Также с помощью данной технологии можно плакировать стали с особыми физико-химическими свойствами. Плакирование — это покрытие одного металл слоем другого металла. Еще с помощью сварки взрывом можно изготавливать заготовки неограниченного размера, можно делать детали для ковки.

Еще один неоспоримый плюс — простота и дешевизна сварки взрывом. По сути основная статья трат — это взрывное вещество и детонатор. Ну и сами детали, которые нужно сварить.

Но не обошлось и без недостатков. Первый минус — теоретический вред от волн, образующихся при взрыве. Если свариваются небольшие детали, то вреда может и не быть. А вот при взрыве крупногабаритных деталей нужно защищать персонал от несчастного случая. Это требует дополнительных расходов на экипировку.

Читайте также:  Пайка нержавейки, особенности в домашних условиях

Второй неочевидный минус — это необходимость допуска к работе только высококвалифицированных сварщиков. А если таковых нет в штате, то придется обучать персонал всем азам этой технологии. Дополнительно нужно будет преподавать технику безопасности при работе со взрывчатыми веществами.

И последний минус, вполне существенный — это невозможность автоматизации процесса сварки. По крайне мере, пока. Технологии еще не развились до той степени, когда не требуют присутствия человека во время взрыва. А это значит, что на конечный результат велико влияние человеческого фактора.

Особенности технологии

У сварки взрывом есть свои характерные особенности, которые надо учитывать. Прежде всего, необходимо обязательно обрабатывать поверхность заготовок перед сваркой. Если на поверхности останется пыль или грязь, то при соприкосновении после взрыва детали просто не соединяться должным образом.

Также нужно учитывать, что сварка взрывом дает возможность соединения любых металлов, но с оговорками. Дело в том, что у некоторых металлов от силы взрыва начинает ускоряться диффузия, что плохо сказывается на конечном результате. Это нужно учитывать в работе.

Только при соблюдении рекомендаций, указанных выше, взрывная сварка может пройти с хорошим результатом. В противном случае металлоструктура нарушится и соединение получится недолговечным. Также важно знать и понимать некоторые особенности самого процесса.

Например, мы уже знаем, что верхняя пластина вращается, а нижняя остается в неподвижном положении. Так вот, даже после соединения верхней и нижней пластины верхняя продолжает сохранять свою энергию и вращаться, но уже вместе с соединенной нижней частью. Понимание таких мелочей позволит вам не совершить многие ошибки.

Зная такие мелочи вы уже поймете, что от скорости вращения верхней пластины может зависеть качество сварного соединения. Зачастую скорость вращения верхней детали должна быть очень большой, чтобы две заготовки соединились друг с другом. И наблюдение за скоростью поможет вам заранее узнать, какой результат вы получите в итоге.

Это лишь некоторые их особенностей, которые нужно учитывать. Мы рассказали самые основные. В ходе работы вы заметите еще много других нюансов, которые не совсем очевидны. Так что единственная рекомендация, которую мы можем дать — практикуйтесь как можно больше, чтобы получить опыт и понимание всей сути данной технологии.

Скорее всего, ваша первая сварка взрывом не будет успешной. А все потому, что недостаточно просто прочесть пару статей в интернете, посмотреть несколько видеороликов и приступить к работе. Нужно много практиковаться и желательно изучать нормативные документы, в которых четко расписаны все особенности и технология сварки взрывом.

Вместо заключения

Сварка взрывом — очень интересная и необычная технология. С ее помощью можно сварить разнородные металлы, получив долговечное соединение с аккуратным швом.

Конечно, до выполнения таких работ допускают только настоящих мастеров своего дела, но кто знает, быть может и вы однажды примените в своей практике такой необычный метод сварки.  Возможно, среди наших читателей найдутся профессиональные сварщики, которые уже выполняли сварку взрывом? Расскажите о своем опыте в х. Он будет полезен для многих начинающих сварщиков. Желаем удачи в работе!

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/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

Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаа — 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

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

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

Сварка взрывом различных металлов: технология, схемаа — 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.

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 — 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.

Читайте также:  Силумин: свойства, состав, температура плавления, применение

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.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

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.

Сварка взрывом различных металлов: технология, схема

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

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.

    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: https://weldering.com/svarka-vzryvom

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector