ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Сварка взрывом

Сварка взрывом - сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соуда­рения свариваемых частей.

При сварке взрывам химическая энергия превращения заряда взрывчатого вещества (ВВ) в газообразные продукты взрыва транс­формируется в механическую энергию их расширения, сообщая одной из свариваемых заготовок большую скорость перемещения. Кинети­ческая энергия соударения движущейся части с поверхностью непод­вижной части затрачивается на работу совместной пластической де­формации контактирующих слоев металла, приводящей к образова­нию сварного соединения.

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

Принципиальная схема сварки взрывом показана на рис. 5.9. На основании 1 (земляной грунт, дерево, металл и т. п.) расположена од­на из свариваемых заготовок 6 (в простейшем случае пластина), над ней параллельно, с определенным зазором h, на технологических опо­рах 5, расположена вторая заготовка 2. На ее внешней поверхности находится заряд ВВ 3 заданной высоты Н и площади, как правило, равной площади заготовки 2 (наиболее широко применяемые для сварки взрывом насыпные ВВ помещаются в открытом контейнере соответствующих размеров). В одном из концов заряда ВВ находится детонатор 4.

При инициировании заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны со скоростью D (лежащей для существующих ВВ в пределах 2000... 8000 м/с). Образующиеся позади него газооб­разные продукты взрыва в течение короткого времени, по инерции сохраняют прежний объем ВВ, находясь в нем под давлением 100..200 тыс. ати. Затем со скоростью Vc = (0,5. 0,75)D расширяются по нор­малям к свободным поверхностям заряда, сообщая находящемуся под ними участку металла импульс. Под действием этого импульса объе­мы заготовки 2 последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной части металла (к заготовке 6) и со скоро­стью Vc соударяются с ней. При установившемся процессе (рис. 5.10) метаемая пластина на некоторой длине дважды перегибается, ее на­клонный участок со скоростью V = D движется за фронтом 3 детона­ционной волны, а участок перед ее фронтом с непродетонировавшей частью заряда ВВ под действием сил инерции продолжает занимать исходное положение.

Высокоскоростное соударение метаемой части металла с непод­вижной развивает в окрестностях движущейся вершины угла встречи их контактирующих поверхностей давления до 100 тыс. атм. ати. Вы­зываемое им всестороннее неравномерное сжатие (с наиболее благо­приятными условиями для пластического течения в направлении про­цесса сварки благодаря наличию свободной поверхности перед вер­шиной угла у и возникновению тангенциальной составляющей скоро­сти взрыва) заставляет металл поверхностных слоев обеих соударяю­щихся частей совместно деформироваться в этом же направлении со скоростью VK. Происходит тесное сближение свариваемых частей.

При этом оксидные пленки и. другие поверхностные загрязнения дро­бятся, рассредоточиваются, а также выносятся из вершины угла у под действием кумулятивного эффекта.

Таким образом, реализуется известная способность металлов образовывать прочные металлические связи в твердой фазе при созда­нии между соединяемыми поверхностями физического контакта и ус­ловии для электронного (химического) взаимодействия между ними. Требующаяся для второй стадии процесса энергия активации обеспе­чивается за счет работы пластической деформации и вызываемого ею нагрева. Объемная диффузия из-за скоротечности процесса, даже, не­смотря на нагрев, развиваться не успевает, что позволяет широко применять сварку взрывом для соединения разнородных металлов и сплавов.

Перспективы и области применения сварки взрывом определя­ются способностью создавать в твердой фазе прочные соединения за счет поверхностных металлических связей без развития объемной диффузии вследствие скоротечности процесса на больших, практиче-

л

ски неограниченных площадях (20 м ). Это позволяет применять свар­ку взрывом для: Изготовления композиционных изделий (например, слябов с высокопрочным соединением слоев из разнородных метал­лов, сплавов и сталей для прокатки в двух и многослойные листы). Непосредственного изготовления биметаллических листов металлов и сплавов в любых сочетаниях. Изготовления сплошных и полых ци­линдрических композиционных заготовок для профильного проката или непосредственного использования в деталях машин. Непосредст­венной облицовки заготовок деталей машин (например, лопастей гид­ротурбин, лемехов плугов) металлами и сплавами. Изготовления из разнородных металлов и сплавов плоских композиционных карточек с высокопрочным соединением слоев, вырезки из них поперек слоев переходников необходимой конфигурации (полос, колец, фланцев и т. п.) и вварки их обычными способами между деталями из одноимен­ных материалов. Изготовления волокнистых композиционных загото­вок с неограниченным числом слоев матрицы и волокон в виде пло­ских листов и цилиндрических обечаек. Изготовления оригинальных типов сварных соединений между элементами конструкций из одно­родных и разнородных материалов (например, труб с трубными дос­ками). Нанесения порошковых покрытий на металлические поверхно­сти.

Для сварки взрывом чаще всего применяют насыпные ВВ, так как они позволяют легко создавать заряды требуемых форм и разме­ров. Наиболее важные характеристики основных выпускаемых про­мышленностью ВВ приведены в табл. 5.2. Показатель «критический диаметр» в ней характеризует минимальную площадь поперечного се­чения заряда, обеспечивающую его устойчивую детонацию с указан­ной скоростью. Из-за значительного разброса скоростей детонации целесообразно для каждой партии ВВ определять ее опытным путем.

Таблица 5.2