При сварке листовых деталей основными параметрами режима являются:

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.

технология, плюсы и минусы, техника безопасности

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.

Общие сведения

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Сварка взрывом: определение, технология, применение

Сварка взрывом — сравнительно новый и перспективный технологический процесс. Он позволяет получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, включая те, которые сложно сваривать другими способами.

Принцип действия сварки взрывом

Сварка взрывом образует соединение под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ). Принципиальная схема сварки взрывом приведена на рис. 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 проходит на опоре 5.

Рис. 1. Угловая схема сварки взрывом до начала (а) и на стадии взрыва (б)

В современной металлообработке взрывом применяют заряды ВВ массой от нескольких граммов до сотен килограммов. Большая часть выделяющейся при взрыве энергии излучается в окружающую среду в виде ударных волн, сейсмических возмущений, разлета осколков. Наиболее опасный поражающий фактор взрыва — воздушная ударная волна. Поэтому сварку взрывом производят на открытых и подземных полигонах на значительном расстоянии от жилых и промышленных объектов, а также во взрывных камерах (см. рис. 2).

Рис. 2. Общий вид камеры для сварки взрывом

После инициирования взрыва детонация распространяется по заряду ВВ со скоростью D нескольких тысяч метров в секунду.

Особенности соединения при сварке взрывом

Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость νH порядка нескольких сотен метров в секунду. Она соударяется с неподвижной пластиной под углом у, который увеличивается с ростом отношения νн/D. В месте соударения возникает эффект кумуляции — из зоны соударения с очень высокой скоростью выбрасывается кумулятивная струя, состоящая из металла основания и облицовки. Эта струя очищает свариваемые поверхности в момент, предшествующий их соединению. При обычно применяемых режимах сварки со свариваемых поверхностей удаляется слой металла суммарной толщиной 1–15 мкм.

Соударение метаемой пластины и основания сопровождает пластическая деформация, которая вызывает местный нагрев поверхностных слоев металла. В результате деформации и нагрева развиваются физический контакт и активация свариваемых поверхностей и образуются соединения.

Исследование пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки показало: прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал — в частности в зоне инициирования взрыва, — прочного соединения получено не было. Поэтому «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, особенно когда речь идет об органических загрязнениях. Потому что  ни действие кумулятивной струи, ни вакуумная сдвиговая деформация при соударении полностью не исключают вредного влияния таких загрязнений.

Применение сварки взрывом

Сварка взрывом позволяет сваривать практически любые металлы. Но 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 упасть 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.

Сварку взрывом применяют для плакирования стержней и труб, внутренних поверхностей цилиндров и цилиндрических изделий (рис. 3). При плакировании стержней трубу 1 (рис. 4, а) устанавливают с зазором на стержень 2. Внутреннюю поверхность трубы и наружную поверхность стержня механически обрабатывают и обезжиривают.

Рис. 3. Плакированный взрывом подпятник пресса

На наружную поверхность трубы помещают заряд взрывчатого вещества 3. Заряд инициируют по всему сечению одновременно — так, чтобы взрыв распределялся по заряду нормально его оси. Чтобы создать такой фронт, 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 устанавливают 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 рис. 4, 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 второй дополнительный заряд. Он расположен на наружной поверхности плакируемого цилиндра, и его взрывают одновременно с внутренним зарядом.

Рис. 4. Схема плакирования взрывом стержня (а) и внутренней поверхности трубы (б)

Похожие статьи

Для плазменной дуги характерны крайне высокая температура (до 30000 °С) и широкий диапазон регулирования технологических свойств.

Газопламенная обработка металлов — это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным газовым пламенем.

Электронно-лучевая сварка использует кинетическую энергию потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.

Сварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.

При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора — лазера.

При ультразвуковой сварке соединение образуется под действие ультразвуковых колебаний с частотой 20–40 кГц, также сжимающих давлений, приложенных к свариваемым деталям.

Сварка прокаткой — высокопроизводительный технологический процесс получения биметаллов. Как из разнородных металлов, так и из металлов, близких по химическому составу, но отличающихся по свойствам.

Главные отличия диффузионной сварки от других способов сварки давлением — относительно высокие температуры нагрева  (0,5–0,7 Тпл) и сравнительно низкие удельные сжимающие давления (0,5–0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.

Сварка взрывом. Схема сварки взрывом. Применение сварки взрывом.

Сварка взрывом

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 ν_H порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под углом у, который увеличивается с ростом отношения ν_н/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. 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.

ГОСТ, технология, области применения, плюсы и минусы, необходимое оборудование и материалы

Сварка взрывом является разновидностью ударной сварки, при которой детали свариваются при взаимном соударении, вызываемом детонацией пирозаряда. Нужная температура и скорость соединения деталей достигается за счет кинетической энергии, сообщаемой взрывной волной, а также теплоты сгорания пирозаряда.

Новый ГОСТ на сварку взрывом (ГОСТ Р ИСО 857-1-2009) вступил в силу с 1 июля 2010 года.

Технология процесса

Сваривание двух деталей происходит за счет высокой скорости взрывной волны (до 3000 м/с), распространяющейся равномерно по свариваемой поверхности. При этом одна деталь должна располагаться неподвижно, другая деталь размещается над первой деталью и покрывается равномерным слоем взрывчатого вещества (пирозаряда).

В качестве пирозаряда могут использоваться:

• аммонал;
• аммонит;
• игдонит;
• аммиачная селитра.

Максимальная скорость соударения деталей достигается при использовании аммонита (ГОСТ 21984-76). Детонация осуществляется посредством удара, контролируемого поджига или электроимпульса.

После детонации пирозаряда поверхность плакирующей детали приваривается к неподвижной детали от края вдоль линии взрыва заряда, кратковременно изгибаясь при этом на угол в 3-10 градусов.

Область применения

Метод сварки взрывом используется для соединения:

• сложных изогнутых поверхностей;
• деталей из разных металлов и сплавов;
• элементов внутри полых труб;
• плоских деталей большой площади.

Отсутствие сильной диффузии при сварке взрывом позволяет применять данный метод для соединения тонких (до 0,01 мм) листов из разных материалов и для создания многослойных композитов.

Высокая энергия сваривания позволяет создавать швы высокой однородности, а отсутствие необходимости проваривать шов вручную дает возможность увеличения площади соединения деталей до 50 кв. м.

Необходимое оборудование

Для выполнения сварки методом взрыва потребуются:

• крепление для неподвижной детали;
• взрывчатое вещество и детонатор;
• прокладка для установки между деталями;
• органический растворитель;
• шлифующий элемент.

Массивные детали (прокатные листы, металлические основания композитов) располагают на уплотненном гравии или песке без дополнительной фиксации, а небольшие детали, требующие высокой точности соединения, закрепляются на толстом бетонном или металлическом основании специальными монтажными болтами. Болты вставляются в наружные ушки детали, которые отрезаются после завершения процесса сварки.

Прокладка между плоскими деталями, которые нужно сварить, поддерживает между ними расстояние в 2-8 мм, необходимое для разгона плакирующей детали. Прокладка изготавливается из обеззоленного картона или углеродного клатрата (для высокоточной сварки) – данные материалы сгорают в момент сваривания с выделением углекислого газа практически без образования копоти и золы, которые могут уменьшить прочность соединения.

Подготовка к сварке

Перед началом сварки поверхности деталей сначала шлифуются до металлического блеска, после чего обезжириваются растворителем. Без шлифовки плоскость соединения деталей может быть сильно неоднородной за счет отсутствия контакта деталей в неровных местах, а жировая пленка толщиной более 0,01 мм может препятствовать свариванию при быстром соударении деталей (особенно если используются низкотемпературные взрывчатые вещества).

После обработки поверхности деталей нужно оценить качество пирозаряда. Проверка проводится детонацией заряда вхолостую на небольшой поверхности, при этом оценивается равномерность хода взрывной волны.

Если свариваются большие площади массивных деталей, то перед нанесением пирозаряда важно соблюсти технику безопасности – огородить место сварки и обеспечить персонал средствами индивидуальной защиты.

Описание процедуры

Процедура сваривания деталей взрывом включает следующие шаги:

1. Нижняя неподвижная деталь располагается на рабочей поверхности.
2. Далее располагается удерживающая прокладка из картона.
3. Выше укладывается плакирующая деталь.
4. На плакирующую деталь равномерно наносится взрывчатое вещество.
5. По краю детали устанавливается детонирующая система.
6. Детонатор запускается оператором.
7. Происходит сваривание и остывание поверхностей.
8. С плакирующей детали удаляются остатки пирозаряда.

Детонирующая система может быть установлена в одной точке края, в нескольких точках или вдоль линии. Например, при сварке двух плоских прямоугольных деталей линия детонации устанавливается по ширине края плакирующей детали.

После окончания процесса сварки важно убедиться, что на плакирующей детали не осталось невзорвавшегося вещества. Для этого поверхность детали очищается механически и обрабатывается нейтрализующими пирозаряд реагентами.

Счищенные остатки сгоревшего пирозаряда утилизируются как взрывоопасные вещества, при необходимости подвергаясь контрольной детонации.

Оценка качества соединений

Качество сварки взрывом оценивается по следующим критериям:

• прочность;
• сплошность;
• окисляемость;
• равномерность соединения;
• чувствительность к воздействию тепла и удара.

Прочность соединения плоских деталей в композитных изделиях оценивается испытанием на изгиб и перегиб – при изгибе сваренные детали не должны смещаться относительно друг друга и толщина в месте соединения не должна увеличиваться.

Сплошность – это качество соединения деталей из разных материалов, проверяется ультразвуковым дефектоскопом. Окисляемостью называют наличие окисной пленки вследствие теплового воздействия на поверхность плакирующей детали. Допустимость и максимальная толщина такой пленки зависит от конкретных деталей и назначения готового изделия. Под равномерностью подразумевается отсутствие типичных для сварки дефектов – раковин, наплывов по краям и т. д.

Достоинства и недостатки метода

К плюсам сваривания деталей взрывом с использованием пирозаряда можно отнести:

• высокую скорость сварки;
• возможность сваривания деталей из разных поверхностей;
• возможность сваривать детали в труднодоступных местах;
• высокую однородность и прочность соединения при малой диффузии.

Равномерно нанесенное взрывчатое вещество соединяет хорошо обработанные детали с одинаковой прочностью по всей площади в отличие от обычной сварки, где большое влияние имеет человеческий фактор.

Кроме того, отсутствие необходимости касания поверхностей электродом и зрительного наблюдения за процессом дает возможность соединять тонкие детали сложной формы в узких полых пространствах.

К минусам метода сварки взрывом относят:

• сложность технологической подготовки;
• повышенную опасность;
• неприменимость способа для легкоплавких и горючих деталей.

Несмотря на высокую скорость самого процесса сваривания, подготовка может занимать значительное время. При этом использование взрывчатого вещества создает высокий риск повреждения деталей температурой или ударной волной, поэтому перед свариванием новых материалов нужно подбирать подходящее вещество для пирозаряда и толщину его нанесения опытным путем.

особенности технологии, преимущества и недостатки

Сварка взрывом проводится для соединения деталей и является одним из способов обработки разного рода металлоконструкций. Она осуществляется под действием направленной взрывной энергии на поверхность свариваемых заготовок. Используя сварку взрывом, детали для спайки укладываются под определенным наклоном по отношению к заготовочной части или же располагается в параллельном направлении.

Особенности процесса

Взрывная сварка относится к методу соединения двух металлических частей под давлением. Данная технология позволяет получить на выходе композитный материал разного назначения.

Неподвижную часть пластины размещают на заданном уровне, к ней примыкают и подвижную часть заготовки. На вращающуюся часть укладывают взрывчатое вещество с детонатором. Метод соединения осуществляется на бетонной платформе. При инициировании взрывчатого элемента зона детонации расширяется. Под мощным давлением ударной волны пластина приобретает скоростную дорожку в несколько сотен метров за секунду, соприкасаясь с недвижимой частью. Такое действие приобретает сварное соединение.

Технологический подход для соединительного действия взрывом имеет ряд схем, по которым проводится соединение плоских и геометрических изделий. Такого рода соединение дает возможность спаять любые металлические заготовки с примесями других элементов. Соединение масштабных стальных конструкций возможно, если использовать только взрывную технологию. Такая методика является универсальным способом, который направлен на получение сплошного участка, соединяя части нескольких металлоконструкций, доходя до десятков квадратных метров.

Сварка взрывом начинается со скоростного вращения одной металлической заготовочной пластины. Набрав определенную скорость, одна часть детали ударяется об другую, образуя неразъемное состояние. Происходит это за счет деформационного процесса, протекающего между этими частями.

Данным методом можно получить многоуровневые, композитные и биметаллические изделия, обладающие антикоррозийностью и стойкостью к растрескиванию.

Такой материал будет незаменимым в отрасли нефтепромышленности, машиностроения. Изделия, получаемые в ходе взрывной технологии, имеют расширенную номенклатуру. С этого можно сделать заключение, что сварка взрывом наиболее востребована и практична.

Преимущества и недостатки

Достоинством такого типа технологии являются:

• высокоскоростной сварочный процесс;

• возможность соединения биметалла;

• способность к плавлению особых элементов металла;

• создание ровного участка заготовок, имеющих изгибочные края;

• изделия для ковки и штамповки;

• удобство в работе.

Среди отрицательных факторов использования можно отметить:

• низкое свойство по безопасности объекта от волн детонации;

• подготовительное обучение;

• наличие защитных камер для закладки взрывного вещества;

• отсутствие автоматических и механических условий.

Подготовка к сварочному процессу

Участки поверхностей заготовочных деталей перед сварочным действием должны подвергаться обработке. Это необходимо для прочного их скрепления, так как соударяющее действие металлокомуляции способно снизиться из-за частиц пыли или мелкого сора.

Сварка взрывом позволяет скрепить любой металл, но процесс накала на поверхности дает нестабильное состояние структуризации, приводящее к разрушению металловолокон. Процесс химического изменения под действием высокого температурного влияния изменяет качество сварки, что в итоге не дает необходимую прочность. Чтобы не допустить диффузий металла, спайка проводится с интервальным воздействием на волокна металла, не вызывающим химический процесс двух соединительных участков.

Условия для работ

Чтобы конструкция имела качественное и долговечное соединение, действие должно быть проведено по таким правилам:

1. В ходе процесса вращения подвижной стороны заготовки должен происходить плотный прижим со вторым элементом.

2. Детали, требуемые спайки, должны иметь зачищенную, гладкую поверхность.

3. Высокий температурный показатель, снижающий процесс работы.

Выполняя вышеперечисленные условия, взрывная сварка пройдет без разрушающего фактора в металлоструктуре. В период воздействия ударной волны подвижная пластина по отношению к неподвижной сохраняет запас удельной энергии на единицу соединения двух боковых элементов конструкции в зоне соударения. После того как прошло скрепление, пластина продолжает вращение, но как одна составляющая часть. Сварка взрывом подразумевает некачественное сварное действие.

На итоговый результат сварки влияет скорость вращающей пластины. Если она замедлена, то надежное скрепление заготовок не произойдет. Прочное и ровное соединение можно получить при влиянии на металлоповерхность колеблющегося импульса, с расчетом метательной скорости. Данная скорость является важным условием при сварке взрывом, так как имеет прямое соотношение с соединительным участкам.

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.

Сварка взрывом | Scientific.Net

Авторы: И. Чудаков, Н. Федотова, И. Сайков

Аннотация: Исследованы особенности формирования высокозатухающего состояния в биметаллических материалах, полученных сваркой взрывом.В качестве демпфирующей основы биметаллического композита использовался высокозатухающий сплав Mn-Cu, а для формирования слоя покрытия — высокопрочная сталь (марка: 30HGSA). Обсуждается влияние планарных растягивающих напряжений (наблюдаемых в демпфирующей составляющей биметалла и вызванных значительной разницей в коэффициентах теплового расширения компонентов биметалла). Было обнаружено, что демпфирующие свойства биметаллических материалов сопоставимы с демпфирующими характеристиками монолитных высокозатухающих сплавов.Высокопрочная сталь обеспечивает высокопрочные характеристики поверхностного слоя биметалла, где уровень прочности достигает 1100 МПа, а твердость равна 50 HRC. Полученное сочетание высокого демпфирования и высокой прочности в разработанных биметаллических материалах дает реальные возможности для практического применения этих материалов в промышленности.

28 год

Авторы: Леонид М.Гуревич, Олег Васильевич Слаутин, Дмитрий Васильевич Проничев

Аннотация: Результаты исследования влияния изотермического отжига на структурные, фазовые превращения и температуропроводность в диффузионной зоне слоистого металл-интерметаллического композита Cu-Al (LMIC), полученные с использованием технологий, включающих сварку взрывом, обработку давлением и термообработку. , представлены. Установлено, что при 530 ° C (максимальная температура, исключающая образование жидкой фазы в данной системе) с выдержкой до 1000 ч структурно-фазовые превращения в системе Al (Cu) / CuAl _{отсутствуют. 2} металл-интерметаллидный состав, и небольшое увеличение его массы связано с образованием на поверхности тонкой плотной защитной оксидной пленки.Температуропроводность Cu-Al LMIC, полученная после удаления остатков меди с поверхности диффузионной зоны, составляет 50–60 Вт / м × К, что значительно ниже, чем у меди (410 Вт / м × К) и алюминий (220 Вт / м × К).

857

Авторы: В.Кузьмин И. Лысак, Э. Кузьмин

Аннотация: Работа посвящена изучению возможных причин снижения прочности соединения при сварке взрывом металлов с резко различающимися физико-механическими свойствами. Показано влияние кинематических и энергетических параметров на структуру и прочность сталеалюминиевого композита при различных условиях взрывного нагружения.

62

Авторы: Александр Шаповал, Владимир Драгобецкий, Юрий Савченко, Анна Гуренко, Олег Марков

Реферат: Основная трудность получения переходников из комбинации нержавеющая сталь + металл цирконий заключается в образовании хрупких интерметаллических соединений на границе сварного шва.По своим свойствам цирконий очень близок к титану, поэтому изготовление трубок из этого сочетания, как и чистого титана, значительно затруднено. Были разработаны оптимальные параметры сварки взрывом, обеспечивающие наивысшую прочность сцепления по сравнению с существующими методами производства. На границе шва выявлена ​​структура, характерная для соединений разнородных металлов. Определяются допустимые температуры нагрева для этой комбинации. Показана принципиальная возможность использования энергии взрыва как фактора, стимулирующего соединение разнородных металлов для получения высококачественных многослойных труб, заготовок и изделий различного назначения, результатом чего является внедрение экологически чистых технологий.Проведен экономический анализ технологии изготовления биметаллических труб сварочным взрывом. Проведена оценка экономической эффективности технологии изготовления сопел из биметаллической смеси нержавеющая сталь + металлический цирконий, основанной на использовании градиентов высокого давления и скоростей нагружения для создания продукции.

285

Авторы: В.Кузьмин, В.И. Лысак, Е.В. Кузьмин

Аннотация: В работе представлено исследование влияния схемы динамического нагружения пластины на формирование биметаллического соединения при сварке взрывом с одновременной штамповкой. Приведены результаты исследования влияния технологических параметров и материала матрицы на радиальную деформацию и качество прессованного взрывом биметалла железо + сталь 3. Экспериментально установлено, что дополнительная штамповка в обычных для сварки взрывом режимах без их интенсификации позволяет добиться значительных деформаций и изготавливать качественные биметаллические заготовки с высоким коэффициентом формы детали.

733

Авторы: Андрей Ю. Малахов, И. Сайков, Игорь Васильевич Денисов, Никита Павлович Черезов

Аннотация: Исследовано формирование зоны сварки в длинных трубных заготовках, полученных сваркой взрывом.Исследовано распределение зоны расплава по диаметру трубной заготовки. Зоны расплава в основном образуются на концах образца. Их толщина увеличивается с увеличением условий сварки. В данной работе показано, что при сварке взрывом трубных заготовок из стали (08Х28Н10Т и 37Г2Ф) длиной 1 метр формируется сплошная прослойка смешанного состава. Сравнение данных, полученных для зон сварки трубных и листовых заготовок, показало, что в трубных заготовках меньшей длины по сравнению с листовыми заготовками образовывались сплошные прослои расплавов.Для теоретической оценки максимальной толщины зон плавления в зоне сварки при определенных условиях использовалась методика оценки воздействия ударно-сжатого газа на поверхность листов, подвергаемых сварке, с адаптацией расчетов для сварки цилиндрических изделий. режим сварки взрывом по длине заготовок. Расчеты показали, что геометрические размеры и термодинамические параметры ударно-сжатого газа будут линейно увеличиваться в зависимости от пути, пройденного точкой контакта.

119

Авторы: Д.Н.Гурулев, Л.В. Палаткина

Аннотация: Трехслойный композит АМг6 – АД1 – ВТ1-0, полученный сваркой взрывом, широко используется в качестве переходных элементов при создании ответственных конструкций из титановых и алюминиевых сплавов.В сварных соединениях разнородных металлов, которые ограниченно растворимы друг в друге и образуют интерметаллические соединения, взаимная диффузия может происходить при повышенных температурах, и при достижении концентрации, соответствующей пределу растворимости при данной температуре, создаются условия для зародышеобразования. и рост интерметаллических фаз. При изучении влияния термической обработки на свойства сварных соединений таких металлов необходимо учитывать структуру, свойства и особенности образования интерметаллических фаз, а также факторы, способствующие их появлению и интенсивному росту. .К последним относятся упрочнение, полученное композитным материалом после взрывных работ и дальнейших технологических операций, связанных с обработкой давлением, которые ускоряют диффузионные процессы за счет фрагментации и развития блочной структуры.

118

Авторы: Виктор Георгиевич Шморгун, Артем И.Богданов Виталий Петрович Кулевич

Аннотация: Предложен и экспериментально подтвержден механизм взаимодействия слитка чугуна с расплавленным алюминием. Показано, что трехслойное покрытие формируется на поверхности чугуна в условиях жидкофазного взаимодействия и состоит из прослоек пучков интерметаллидов Fe ₂ Al ₅ и FeAl ₃ и гетерогенного структура на основе твердого раствора и FeAl ₃ .Микротвердость структурных составляющих гетерогенной структуры колеблется от 1 (для Al (Fe)) до 6–9 ГПа (для FeAl ₃ + Al (Fe)). Увеличение времени выдержки при термообработке сопровождается увеличением количества структурно свободных фрагментов FeAl ₃ + Al (Fe) в его составе.

914

Авторы: Виктор Георгиевич Шморгун, Дмитрий В.Проничев Виталий Петрович Кулевич

Реферат: Показано, что для образования интерметаллических покрытий Fe ₂ Al ₅ на поверхности стали алюминизированный слой, полученный сваркой взрывом, необходимо подвергнуть двойной термообработке (660 ° C, 3 ч + 640 ° C. , 3 ч). Первая термообработка обеспечивает необходимый размер диффузионной зоны, а вторая приводит к образованию магистральной трещины на границе раздела интерметаллидов Fe ₂ Al ₅ и FeAl ₃ , что позволяет отделить непрореагировавший слой. из алюминия и образуют покрытие твердостью 10 ГПа.Для образования интерметаллического покрытия Fe ₂ Al ₅ на стальной поверхности алюминизированный слой, который погружают в расплав, необходимо подвергнуть термообработке при 800 ° C. Легирование диффузионной зоны Si и Cu с заменой алюминия сплавом АК12М2 приводит к уменьшению толщины диффузионной зоны и появлению дополнительных фаз Al ₇ Fe ₂ Si и (Al, Si) ₅ Fe ₃ в его составе. Продолжительность последующей термообработки при 800 ° С для полного растворения поверхностного слоя увеличивает твердость получаемого покрытия на основе твердого раствора Si в Fe ₂ Al ₅ составляет 7.5-8 ГПа.

298

Авторы: Джироламо Костанца, Мария Элиза Тата, Диего Чоккари

Аннотация: Развитие технологии сварки взрывом (EXW) было остановлено, как только она была введена, однако в последние годы был обнаружен растущий интерес в связи с широким спектром материалов, которые можно сваривать, как схожих, так и особенно разнородных.Помимо высокого качества, такие сварные соединения демонстрируют хороший компромисс между свойствами используемых материалов. Литература не дает исчерпывающего понимания всего механизма и происходящих явлений, но в основном ограничивается анализом только некоторых параметров процесса, таких как исследования совместных свойств, которые могут быть достигнуты, если процесс происходит в вакууме или на открытом воздухе. В этой работе обсуждаются некоторые ключевые моменты для описания этапа эволюции процесса и инноваций, таких как композиты MIL (металлический интерметаллический ламинат) для аэрокосмической промышленности.Параметры процесса анализируются, чтобы выделить положительные и отрицательные аспекты, будут описаны эксперименты в лаборатории, чтобы ограничить взрыв суставом и, в частности, минимизировать энергию взрыва и повысить эффективность метода. Наконец, показаны некоторые важные приложения, в которых широко используется эта методика.

1558

Сварка взрывом и ее механизм

Сварка взрывом и ее механизм

Понимание сварки взрывом зависит от множества смежных дисциплин, таких как взрывчатые вещества, взаимодействие взрывчатых веществ с металлической поверхностью, с которой они контактируют, поведение металлов при высокоскоростном косом ударе и параметры, которые контролируют весь процесс.

Применение сварки взрывом имеет уникальные преимущества при соединении различных металлов, которые часто были бы несовместимы, но существуют большие ограничения на геометрию, которая может быть удовлетворительно свариваема из-за усиления напряжений, возникающих из-за отражения ударных волн при изменении сечения.

Облицовка из больших пластин для формирования композитных пластин для использования в конструкции сосудов высокого давления и трубных пластин в теплообменниках хорошо известна и признана.

И его приложения широко расширяются из-за его уникальных физических свойств.

Важное значение имеют механические и металлургические свойства сварных швов взрывом. Прочность и качество связи между тонким плакированным слоем и основной пластиной трудно определить независимо от метода изготовления, и сварка взрывом не является исключением. Хотя сварка взрывом не конкурирует с обычным процессом сварки, она является полезным дополнительным процессом в арсенале сварщика.

Цель этой книги — дать представление об этом новом процессе сварки.

ВВЕДЕНИЕ

Сварку можно определить как процесс соединения двух или более металлов, часто металлических, путем локализованного слияния или объединения на границе раздела.

Кузнечная сварка и пайка были единственными видами сварки до девятнадцатого века, когда открытие электрических батарей, генераторов, ацетилена и кислорода привело к процессу сварки плавлением.

В течение этого столетия были достигнуты огромные успехи и внедрено много новых процессов, таких как дуговая сварка в защитном флюсе, сварка в среде защитного газа, ударная сварка, контактная сварка и лазерная сварка.

Большинство сварочных процессов включают плавление поверхностей соединяемых компонентов или плавление металла с низкой температурой плавления для соединения двух компонентов, но было разработано несколько процессов сварки, которые не включают плавление, и они известны как процесс фазовой сварки. .

Кузнечная сварка — это твердофазный процесс, и в последние десятилетия старый процесс склеивания мягкого металла привел к сварке холодным давлением; другие недавно разработанные твердотельные процессы — это ультразвуковое трение, стыковая сварка оплавлением, сварка взрывом и диффузионная сварка.

Для объединения двух поверхностей необходимо приблизить две поверхности достаточно близко друг к другу, чтобы они находились в пределах диапазона сил межатомного притяжения.

Существенной проблемой при соединении двух металлов является получение чистой поверхности без оксидов или других загрязняющих поверхностных пленок.Такое состояние чистоты невозможно достичь обычными механическими или химическими процессами, так как очищенная поверхность немедленно подвергается повторному окислению.

Можно добиться требуемого состояния чистоты при очень высоком вакууме, и если поверхности, полученные в этих условиях, соединить вместе под вакуумом, то между неровностями произойдет адгезия. Таким образом, сварка должна обеспечивать плотный контакт между соединяемыми компонентами.В основном это может быть достигнуто двумя способами, которые образуют две различные группы сварочных процессов.

Сварка трением и твердофазная сварка.

(Здесь будет объяснено сварка взрывом, относящаяся к твердофазной сварке)

При сварке взрывом происходит косой удар с большой скоростью между двумя свариваемыми компонентами, в результате чего металлы ведут себя как жидкости. В результате с двух поверхностей обоих компонентов образуется высокоскоростная струя, которая оставляет два первичных элемента. очистить поверхности, которые прижаты друг к другу, образуя сварной шов.

Похоже, что осознание потенциальной коммерческой ценности сварки взрывом стимулировало начало работы в России, Японии и Великобритании.

Сварка взрывом в основном нашла коммерческое применение при наплавке больших пластин одного металла на другой, сварке трубы с пластиной, облицовке одной трубы на другую, закупорке теплообменников, различных электрических соединителях, особенно между медью и алюминием, переходных деталях, особенно для трубопроводов в криогенных системах, сварки труб и т. д.

МЕХАНИЗМ ВЗРЫВОЧНОЙ СВАРКИ

Принято считать, что взрыв происходит при высокоскоростном косом ударе, хотя можно использовать энергию взрыва для получения традиционной сварки под давлением в холодном состоянии.

Совершенно очевидно, что есть несколько проблем, связанных с анализом динамики процесса.

Во-первых, необходимо понять взаимодействие между взрывчатым веществом и летательной пластиной.Это требует знания уравнения состояния взрывчатого вещества, но для взрывчатых веществ, обычно используемых при сварке взрывом, это еще не установлено.

Во-вторых, необходимо понять реакцию скорости и деформации листовой пластины на взрывную нагрузку, чтобы определить скорость и деформацию пластины-крыльчатки до столкновения с основной пластиной.

Наконец, необходимо понять, что происходит во время столкновения между листовым и родительскими пластинами.

Именно на этом заключительном этапе возникает основная трудность в понимании, поскольку возникают высокие мгновенные давления с соответствующими очень высокими скоростями деформации, и в этих условиях практически невозможно определить свойства материала.

Именно в этих обстоятельствах необходимо сделать некоторые упрощающие предположения, чтобы начать понимать, что происходит.

Механизм линейного схлопывания для клиновидной полости показан на рис.2-2.

Очень высокое давление, оказываемое детонационной волной на лайнер, вызывает его схлопывание. Силы настолько велики, что прочностью материала футеровки можно пренебречь, и можно предположить, что этот материал ведет себя как невязкая жидкость, хотя это не означает, что он обязательно находится в жидком состоянии, и действительно есть доказательства того, что это нет.

Слева за движущейся вершиной находится участок полностью сложенного клина, который фактически содержит металл с внешней поверхности гильзы клина.Внутренняя часть клина образует струю, которая выдавливается из внутренней вершины гильзы и движется с очень высокой скоростью вдоль оси вправо. В нулевой момент времени предполагается, что волна детонации достигла плоскости, проходящей через точку P на рис. 2.3, и за единицу времени она переместится в плоскость через Q, поэтому горизонтальное расстояние между плоскостями будет равно скорости детонации. , В.Д.

В нулевой момент лайнер находится в положении APQ, а в единицу времени он находится в положении BQ, поэтому вершина клина переместилась из A в B.

Наблюдатель, движущийся с A, увидел бы P, приближающийся к нему со скоростью, представленной вектором DP, который будет

С точки зрения наблюдателя в точке А, процесс кажется установившимся, и, поскольку материал облицовки можно считать несжимаемым, можно применить уравнение Бернулли.{2} = const

Таким образом, давление в любой точке жидкости определяет скорость жидкости в этой точке. Если предположить, что давление взорванных газов быстро спадает, то давление на разрушающихся поверхностях, удаленных от P, будет очень низким и может считаться постоянным.

Абсолютная скорость струи составит

, а абсолютная скорость пули будет

Заготовка представляет собой пример сварки взрывом, поскольку она образована с двух сторон вкладыша клина.В основном, поверхность гильзы была удалена из форсунки, оставив две совершенно чистые поверхности, которые были прижаты друг к другу, образуя твердый сварной шов.

Однако в случае полого заряда взрывная нагрузка намного больше, чем это необходимо для сварки, поскольку цель состоит в том, чтобы произвести эффективную струю, и в результате снаряд будет очень серьезно поврежден.

В рассмотренном до сих пор анализе проблема столкновения рассматривалась как одна из классических гидродинамических характеристик несжимаемой совершенной жидкости, и не учитывалась роль ударных волн в потоке.

Анализ основан на предположении о жидкоподобном поведении в условиях высокоскоростного удара, и это, по-видимому, справедливо для экстремальных условий, достигаемых в полом заряде.

И это столкновение можно разделить на две категории, а именно, столкновения без струй и соударения с образованием струи.

Сверхзвуковое столкновение

Струя происходит за оторвавшимися ударными волнами из-за давления, действующего на неподдерживаемые боковые стороны основной струи.Поскольку оторвавшиеся ударные волны стремятся отклонить поток от точки столкновения, угол столкновения несколько меньше, и, следовательно, можно ожидать, что масса в струе будет меньше, чем для дозвукового случая для того же угла.

Эти предположения были расширены до более конкретных условий.

В асимметричном случае мы предполагаем, что он включает в себя столкновение пластин из разных материалов и толщины, движущихся с разными скоростями потока относительно области столкновения.Для параллельной установки они рассчитали критический угол распыления для различных металлов и комбинаций металлов в зависимости от скорости детонации,

Vd (= Vw = Vf).

Если две пластины изготовлены из разных материалов или приближаются к точкам столкновения с разными скоростями, то давления торможения двух потоков различны.

Необходимо понимать, что схема потока идеальных жидкостей может даже не иметь смысла для реальных жидкостей, тем более для металлов, по крайней мере, по двум причинам.

Во-первых, предусмотренная схема потока содержит области, в которых эффекты вязкости могут быть особенно важны для изменения потока жидкости, такие как область высокой относительной скорости между входящей струей и исходной пластиной.

Во-вторых, что, возможно, более важно, наблюдаемый поток часто нестабилен, и на границе раздела возникают колебания.

Есть два предоставленных физических описания формирования волн.

На рис. 2-14а показано сочетание деформации исходной пластины, вызванной импульсом струи летучей пластины, в сочетании со скоростью движения исходной пластины относительно S вместе со сдвигом поверхности исходной пластины. пластина возвратной струей. Как следствие, перед точкой удара образуется горбинка. Этот горб отклоняет входящую струю вверх в летучую [позднюю струю. Fif.2-14b. и в конечном итоге он полностью блокирует втягивающуюся струю.2-14c.

Захваченная возвратная струя образует вихрь в задней части выступа, в котором высокие температуры, вероятно, будут созданы за счет рассеивания кинетической энергии захваченной струи, что может привести к фазовым изменениям и локальному плавлению.

Когда втекающая струя полностью перекрывается, точка застоя перемещается от впадины к гребню волны, рис. 2-14d, и высокое давление, связанное с точкой застоя, будет понижать и удлинять горбину так, что вперед ствол сформирован.По мере того как горб продолжает двигаться вниз по потоку, точка застоя зависит от наклона горба вперед. 2-14e, и, как следствие, втекающая струя будет увеличивать угол наклона между струей и наклонной стороной горки. В то же время скорость втекающей струи снижается. По мере того, как втекающая струя спускается по переднему склону горки, в точке S ‘образуется вторая точка торможения. и часть струи попадает в полость под стволом, вызывая еще один вихрь.

ПРОГНОЗ МНОГОЧИСЛЕННЫХ ИСПОЛЬЗОВАНИЙ ДЛЯ ВЗРЫВОЧНОЙ СВАРКИ

Ларри Бемент собирает все вместе, взрывая их взрывчаткой.

Г-н Бемент, инженер-пиротехник в Исследовательском центре Лэнгли Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, разработал технику сварки, в которой для соединения металлов в опасных или недоступных условиях используются крошечные количества хорошо контролируемого взрывчатого вещества, вдвое мощнее динамита.

В рамках проекта НАСА были разработаны способы ремонта частей ядерного реактора, выполнения сварных швов на резервуарах для хранения токсичных газов и сборки конструкций в космосе, что исключает использование обычных методов сварки.

«В области малых взрывчатых веществ Бемент — один из самых выдающихся людей, которых я знаю», — сказал Питер Л. ДеМарш, президент Demex International, консультационной компании по разоблачению в Пикаюне, штат Миссисипи.

Проект ядерного реактора

НАСА разрабатывает для компании Demex метод вставки и приваривания металлических гильз в охлаждающие трубы ядерного реактора, из которых произошла утечка радиоактивного материала.

В другом проекте НАСА и E. I. du Pont de Nemours & Company изучают способы, которыми программа может сделать сварные швы на резервуарах, используемых для хранения химических технологических газов.По словам Бемента, внутренние части резервуаров покрыты танталом, защитной оболочкой, которая, если ее сжечь другими методами сварки, может позволить кислотам в резервуарах разъедать стенки резервуара.

Г-н Бемент и его команда из трех человек из Planning Research Corporation, инженер-консультант из Маклина, штат Вирджиния, разрабатывают решения технических проблем от частного сектора и иностранных правительств. Пиротехническая сварка — это лишь одна из областей исследования взрывчатых веществ, в которой участвует команда.

Запросы на техническую помощь обрабатываются Управлением по использованию технологий НАСА в Вашингтоне, которое направляет запросы в соответствующие исследовательские лаборатории НАСА по всей стране.

Компании-клиенты или государственные учреждения реализуют технологию, изобретенную исследователями.

Взрывчатое вещество, используемое в процедуре

Центральным элементом процесса пиротехнической сварки является взрывчатое вещество, циклотриметилентринитрамин, производное тротила, которое остается стабильным в диапазоне температур от 450 градусов по Фаренгейту до минус-320 градусов.

Взрывчатое вещество, завернутое в обернутую свинцом полосу шириной в четверть дюйма, приклеивается изолентой к одной металлической пластине, помещается на нее или прижимается к стыкуемой пластине.

Капсюль-детонатор приводит в действие взрывчатое вещество, которое движется по полосе в форме клина со скоростью 26 000 футов в секунду.

Тепло, выделяемое при взрыве, выжигает оксидные пленки на металлических поверхностях, которые обычно препятствуют склеиванию. Когда два «чистых» металла сжимаются, образуется межатомное соединение вдоль вновь созданного шва.

Взрыв с силой в два миллиона фунтов на квадратный дюйм, оставляя вмятину в верхней пластине вдоль узкого пути, где столкнулись металлы.

Длина сварного шва может составлять от четырех сотых дюйма до нескольких сотен футов.

Случайное открытие

Г-н Бемент обнаружил этот процесс случайно 18 лет назад, когда он экспериментировал со способами разрезания металлических пластин с помощью клина, приводимого в действие взрывным устройством.

Поскольку процесс не меняет физических свойств металлов, сварщик может соединить кусок нержавеющей стали толщиной в одну тысячную дюйма с другой металлической пластиной, не прожигая никаких отверстий в металлическом листе.

«Со 100% сталью сварка плавлением — это хорошо», — сказал г-н Бемент. «Но со сталью и алюминиевыми сплавами это не работает. Мы можем соединять материалы, которые в противном случае не соединялись бы ».

В случае сплавов, по его словам, сварка взрывом образует герметичное уплотнение, которое более прочное и эластичное, чем клеевые соединения или другие виды сварных швов.

Технология сварки взрывом (EXW) — Atlas Technologies

Биметаллическое соединение для сверхвысокого вакуума
За последние 16 лет Atlas Technologies сосредоточила свои усилия на разработке методов и процессов, специально предназначенных для соединения разнородных металлов для использования в сверхвысоком вакууме (UHV).Детали этого процесса являются собственностью, но следующий отчет дает рабочее понимание процесса. Компания Atlas получила патенты на несколько применений этой технологии, включая фланец Atlas CF ™ с металлическим уплотнением и фитинг Atlas ATCR ™.

Металлургическая связка
Фланец Atlas CF ™ металлургически скреплен сваркой взрывом (EXW). Затем с помощью процесса гидроабразивной резки вырезают заготовки фланцев из приклеенной пластины. Окончательная обработка заготовок обеспечивает высочайшее качество материалов.Подготовка к склеиванию требует, чтобы пластины прилегали друг к другу. Флаерная пластина находится на опорной пластине и разделена небольшим зазором. Взрывчатое вещество, такое как нитрат аммония, помещается на верхнюю часть листовой пластины и взрывается из точки на одном крае пластины. Взрыв представляет собой управляемое постепенное возгорание, начинающееся с одной точки на поверхности пластины летательного аппарата и распространяющееся по ней, как рябь на пруду, созданная из капли камня. Энергия от взрыва разгоняет летную пластину о опорную пластину при скорости удара 1800-2200 м / сек.Между пластинами образуется поверхностная плазма высокой энергии, которая движется впереди точки столкновения, отделяя электроны от двух соединяемых поверхностей. Затем электронно-голодные металлы прижимаются друг к другу под экстремальным давлением, образуя связь, разделяющую электроны. Сварка взрывом (EXW) — это холодный процесс, который вызывает холодную обработку листовой стали и небольшое увеличение магнитных свойств при приклеивании к нержавеющим сталям. Этот эффект может быть уменьшен по запросу клиента.

Параметры склеивания
Atlas может склеивать многие похожие и / или разнородные металлы, но в первую очередь концентрируется на металлах, которые обычно необходимы для сверхвысоковольтных применений.Формирование многослойных материалов с помощью сварки взрывом требует практического знания переменных процесса и умения их контролировать. Эти параметры связывания включают скорость детонации взрывчатого вещества, взрывную нагрузку и расстояние между границами раздела. Понимание металлургии разнородных металлов на границе раздела связей является дополнительным фактором, который следует учитывать. Эти три параметра склеивания поддаются количественной оценке и при тщательной подготовке металлов для склеивания обеспечивают успешное склеивание. Можно представить, что два составляющих металла действуют как вязкая жидкость в зоне реакции (граница раздела линий связи).Благодаря точному контролю параметров связывания также контролируется турбулентность на границе раздела фаз. Интерфейс сверхвысокого вакуума требует создания гладкой текущей волновой структуры. Чрезмерная турбулентность приводит к путям утечки и возможностям виртуальной утечки.

Многослойные композиты
Металлы, такие как медь и нержавеющая сталь, легко склеиваются. Однако другие металлы, такие как алюминий и нержавеющая сталь, несовместимы, если соединены напрямую друг с другом. Многие материалы не склеиваются напрямую без образования хрупких интерметаллических соединений.Компания Atlas разработала запатентованные технологии создания многослойных композитов, которые обеспечивают металлургическую совместимость алюминия и нержавеющей стали, а также других металлов. Многослойные композиты также обеспечивают диффузионные барьеры, исключающие возможность образования хрупких интерметаллических соединений во время сварки или в результате повторяющихся циклов нагрева, таких как отжиг и процессы сильного нагрева. Титан и медь являются типичными материалами, которые используются для защиты от диффузии фланцев из алюминия / нержавеющей стали.Все используемые материалы совместимы с UHV и металлургически связаны, клеи не используются.

При внимательном рассмотрении вы заметите волновую структуру на линии связи. Рисунок создается в процессе склеивания, когда листовая пластина ускоряется относительно опорной пластины, как рябь в пруду. Волновая картина более заметна в зависимости от того, наблюдаете ли вы поперечное сечение или параллельное сечение. Волновой рисунок увеличивает механическую прочность склеивания при сдвиге за счет механического натяжения и растяжения за счет увеличения площади склеиваемой поверхности.Цветные металлы ломаются до того, как рухнет облигация Сварка взрывом — это твердотельный процесс. Продолжительность процесса сварки взрывом мала, а зона реакции между металлами микроскопична. Оставшаяся толщина металла остается близкой к температуре окружающей среды и действует как теплоотвод для зоны реакции. Следовательно, линия связи представляет собой резкий переход между металлами с незначительной деградацией металлов или вообще без нее. Этот процесс позволяет Atlas производить фланцы из нержавеющей / алюминиевой и нержавеющей / медной стали, сохраняя при этом состояние алюминия T-6, а в случае меди — полутвердое состояние RF78.Другие процессы отжигают эти материалы, делая их слишком мягкими для многих применений сверхвысокого вакуума

Bondline Wander
Процесс склеивания взрывом является интенсивным, оставляя склеенную пластину с явными выдавливаниями, деформациями и короблениями. Atlas тщательно выравнивает пластину после склеивания. При изготовлении каждого фланца особое внимание уделяется позиционированию соединительной линии. Обычно это может быть от ± 0,04 дюйма до ± 0,012 дюйма. Но при внимательном рассмотрении, сравнивая один фланец с другим, вы заметите, что, хотя фланцы имеют одинаковые размеры, нет двух одинаковых фланцев, когда дело доходит до расположения соединительной линии.Деформация соединительной линии не влияет ни на механическую целостность, ни на функцию фланца для сверхвысокого вакуума.

Возможность склеивания металлов в сверхвысоком вакууме
Процесс склеивания взрывом используется в качестве промышленного процесса более 40 лет. Однако промышленные применения для больших теплообменников и судостроения не подходят для сверхвысокого напряжения, где соединения должны работать при скоростях утечки от 1 × 10-9 до 1 × 10-12 Торр. Компания Atlas Technologies разработала процессы связывания в сверхвысоком вакууме для группы металлов, обычно используемых в сверхвысокого вакуума.(См. Матрицу склеивания). Хотя чаще всего используются фланец Atlas CF ™ и фитинги Atlas ATCR ™, компания Atlas также разработала успешные архитектуры соединения для многих комбинаций металлов. Общие приложения по физике полупроводников и элементарных частиц:

Архитектура склеивания:
Соединение пластины с пластиной было рассмотрено выше. Также была разработана технология коаксиального соединения трубки с трубкой.

Каталожные номера:
По дополнительным вопросам по теме взрывного соединения в настоящее время существует множество отличных обзоров, описывающих этот процесс.

Cowman, G.R., O.O. Бэгмен и А.Х. Хольцман. Metal Transitions, 1971, том 2, стр 3145-55

Шрибман В., А.С. Bahrani and B. Crossland, Production Engineering, февраль 1969, стр 69-83

Блазински Т.З., Сварка взрывом, формование и уплотнение, Applied Sciences Ltd., Нью-Йорк, Лондон (1983), стр. 189-343

Dynamic Materials покупает немецкую сварку взрывом и

Контактная информация: Контакты: Pfeiffer High Investor Relations, Inc. Джефф Хай 303-393-7044

Янне Киттанен представляет сваренный взрывом стол из метсидиана

Design Miami 2015: Пионер 3D-печати Янне Киттанен использовал сварку взрывом для создания скульптурного стола, который сплавил металл и вулканическую породу (+ слайд-шоу).

Киттанен, объединив 3D-печать со сваркой взрывом — процесс, в котором химические взрывчатые вещества используются для соединения материалов, которые нельзя соединить с помощью обычной сварки, — для создания стола метсидиана.

Это одна из двух новых работ, представленных финским дизайнером на выставке Design Miami 2015 в партнерстве с лос-анджелесской галереей All и роттердамской галереей Vivid.

По форме напоминающий нос корабля, стол построен из блока обсидиана — темного стекла, похожего на вулканическую породу. Материал постепенно превращается в медную сетку, напечатанную на 3D-принтере.

Янне Киттанен напечатал на 3D-принтере необходимые для путешествий предметы из набора для утерянного багажа

«Результатом стала потрясающая метаморфоза; невозможное становится реальностью», — сказал дизайнер, основавший в 2000 году компанию по 3D-печати Freedom of Creation.

. «Мецидиан пересекает границу между скульптурой и мебелью, гармоничное сочетание потусторонних форм и повседневных функций», — добавил он.

«В настоящее время мы можем использовать сварку взрывом для соединения материалов, которые не сливаются естественным образом — что, если бы мы могли контролировать эту силу в цифровом виде? Какую гибридную материю мы могли бы создать?»

. Дизайнер также показывает отражающий бронзовый стол, который ссылается на образования песчаника Аризоны.

Стол Sedona состоит из неправильной треугольной решетки и имеет ножки, которые сужаются от столешницы и образуют цельные части.

Киттанен известен своими экспериментами с 3D-печатью и использовал этот процесс для создания всего, от волнообразного металлического дивана до комплекта одежды. и аксессуары, которые могут быть изготовлены из одного цифрового файла.

Другие предыдущие работы, которые он демонстрирует в Майами, включают Avoid light — напечатанную на 3D-принтере лампу в форме пончика, сформированную из полой металлической сетки и покрытой 24-каратным холодным покрытием — и его медь Табурет Avoid с покрытием, вдохновленный геометрической теорией.

«Я начал свою компанию с полностью поддельным бизнес-планом» — Янне Киттанен

Бронзовый поднос Киттанена для Македонии, созданный по форме мыльных пузырей, также представлен на выставке.

. Все работы будут доступны ограниченным тиражом по восемь экземпляров во время Design Miami 2015, которое продлится со 2 по 6 декабря.

Дизайнеры постоянно расширяют границы 3D-печати металлом. Голландский дизайнер Йорис Лаарман работает над проектом пешеходного моста в Амстердаме, напечатанного на 3D-принтере. В прошлом году он разработал робота, который может рисовать металлические конструкции в воздухе.

Инженерная фирма Arup также экспериментирует с металлическими конструктивными элементами, напечатанными на 3D-принтере, которые могут привести к созданию новых форм зданий.

Сварка взрывом алюминия со стальной плакированной плитой

Мы производим сварку взрывом алюминия со сталью , слой алюминиевого сплава изготовлен из алюминиевого сплава 5083, а стальной слой — из CCS. Алюминиевый сплав 5083 — это типичный нержавеющий алюминий, устойчивый к коррозии, хорошо сформированный и подходящий для использования в морской среде. Стальные и алюминиевые композиты Мы используем процесс сварки взрывом.

Взрывчатые вещества, детонаторы, алюминиевые пластины и стальные пластины устанавливаются на земле в полевых условиях. После того, как взрывчатка между стальными пластинами и алюминиевыми пластинами детонирует детонаторами, взрывная химическая реакция взрывчатых веществ распространяется вперед со скоростью детонации после периода ускорения. С распространением детонационных волн и быстрым расширением взрывчатых веществ химическая энергия взрывчатых веществ в основном преобразуется в кинетическую энергию высокоскоростных детонационных волн и взрывчатых веществ.В то время как газ между стальной пластиной и алюминиевой пластиной быстро и полностью выпускается, алюминиевая пластина и стальная пластина немедленно сталкиваются в точке контакта. При этом на контактных поверхностях двух пластин из-за образования волн металл претерпевает сильную деформационную деформацию из-за воздействия удара.

Сварка взрывом обычно относится к сварке взрывом между металлическими пластинами большой площади. Сварка взрывом металлических материалов других форм и форм, таких как трубы и трубки, трубы и пластины, сварка взрывом деталей и деталей и частичная сварка взрывом, хотя и не идентичны по форме, процесс сварки взрывом аналогичен.

Наша компания специализируется на разработке и производстве сварки металлов взрывом.