СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ

Особенности сварки крупногабаритных заготовок

Сварка крупногабаритных заготовок, площадь которых дости­гает нескольких квадратных метров, является одним из главных достоинств сварки взрывом. При сварке nb схеме с параллельным расположением пластин теоретически возможно получать соеди­нение неограниченных по размерам заготовок. Однако практичес­кое использование этих возможностей встречает серьезное зат­руднение из-за постепенного ухудшения прочностных свойств по мере удаления от начала заготовок. Основной причиной сниже­ния прочности является увеличение количества оплавленного ме­талла в зоне соединения, доходящего до сплошной прослойки, начиная с длины 1 520... 1 700 мм.

Увеличение толщины неподвижной пластины свыше 100 мм сопровождается появлением отколов на конечных участках непо­движных пластин.

Большие толщины свариваемых пластин значительно увеличи­вают размеры боковых непроваров. Для уменьшения этого эффек­та рекомендуют в метаемой пластине прорезать пазы по перимет­ру неподвижной пластины.

Сварка многослойных соединений и волокнистых армированных материалов. Сварку взрывом, как правило, применяют для со­единения металлов с резко отличающимися свойствами. Однако такие соединения, подвергаясь при эксплуатации многократным и длительным нагревам, снижают свои прочностные характерис­тики из-за образования хрупких интерметаллидных фаз. Для пред­упреждения их охрупчивания с помощью сварки взрывом изго­тавливают соединения, содержащие, кроме основных металлов, прослойку из одного или нескольких металлов, не образующих интерметаллидов с основными металлами. Таким образом, появи­лась необходимость создания многослойных соединений.

Сварка многослойных соединений возможна двумя способами:

• последовательной наваркой каждого слоя отдельным зарядом ВВ по обычным схемам сварки биметаллов;

• одновременной сваркой всего пакета за один подрыв (более технологичный способ).

Трудность одновременной сварки заключается в сохранении оптимальных режимов на всех соединяемых слоях, так как по мере нарастания сваренных слоев скорость метания пакета уменьшает­ся. Для выравнивания скоростей в качестве метаемой применяют тонкую фальшпластину. Между фальшпластиной и верхней плас­тиной свариваемого пакета вводят специальный демпфирующий слой, который переводит упругое соударение этих пластин в не­упругое и одновременно предотвращает их сварку (см. рис. 12.5). В качестве демпфера можно применять вакуумную резину, 2 — 3 слоя плотной бумаги (ватмана), лейкопластырь, металлический порошок.

Для выравнивания скоростей метания применяют также схему без фальшпластины, но при расчете высоты заряда #тах вместо массы метаемой пластины учитывают сумму всех масс пластин без последней.

Рассмотренные схемы сварки многослойных пакетов исполь­зуют для получения волокнистых армированных материалов.

Применение композиционных армированных материалов свя­зано с бурным развитием авиационно-космической техники, где на первое место выдвигается снижение массы конструкции при сохранении высоких прочностных свойств.

Для получения волокнистых композиционных материалов (ВКМ) сваркой взрывом собирают многослойный пакет из мат-

Рис. 12.9. Основные технологические схемы (приемы) изготовления свар­кой взрывом плоских биметаллических и многослойных материалов:

а — плоскопараллельная; б и в — угловая с постоянным и переменным углом; г — одновременная; д — одновременная угловая; е — с последовательным соеди­нением слоев; ж — сварка волокнистых композиционных материалов; з, и —

батарейные схемы

ричных листов, между которыми располагаются армирующие во­локна. Сварку осуществляют массивной фальшпластиной, т. е. схе­ма сварки отличается от представленной на рис. 12.9 только нали­чием волокон в зазорах между свариваемыми слоями, которые надежно удерживают листы матрицы на расстоянии диаметра во­локон друг от друга.

Особенности сварки цилиндрических заготовок. Сварка взры­вом цилиндрических образцов (биметаллические трубы, стерж­ни, трубчатые переходные элементы) выделена в отдельный раз­дел. Несмотря на общность принципов образования соединений и качественное повторение принципиальной схемы, имеются су­щественные отличия в количественных результатах при сварке с одинаковыми технологическими параметрами, которые всецело объясняются наличием исходной кривизны свариваемых загото­вок.

Принципы образования соединения остаются прежними: не­обходима определенная скорость метания, с которой наружная или внутренняя поверхности трубы соударяются в процессе свар­ки; необходима скорость контакта, с которой процесс сварки распространяется вдоль свариваемых труб. Причем эта скорость должна быть меньше скорости распространения звука в сварива­емых металлах. Для обеспечения этих условий свариваемые тру­бы устанавливают коаксиально с некоторым зазором между ними (рис. 12.10), а вот взрывчатое вещество можно располагать либо снаружи внешней трубы в виде кольцевого заряда, либо внутри меньшей из них в виде цилиндра, ось которого совпадает с осью свариваемых труб. В первом случае после подрыва заряда наружная труба обжимается вокруг внутренней, а во втором — внутренняя

Рис. 12.10. Схема сварки взрывом труб:

/ — детонатор; 2 — заряд взрывчатого вещества; 3 — направляющий конус; 4 — метаемая труба; 5 — неподвижная труба; 6 — легкоплавкая прослойка; 7 — опорный стержень; 8 — центрирующая подставка

труба под действием давления продуктов взрыва раздается в раз­мерах и изнутри ударяет по наружной трубе. В соответствии с этим схемы сварки труб разделены на два вида:

• сварка обжатием труб наружным зарядом',

• сварка раздачей внутренней трубы.

Контроль качества. Среди методов неразрушающего контроля металлических композиционных материалов, полученных сваркой взрывом, наиболее широкое распространение получила ультра­звуковая дефектоскопия, основанная на исследовании процесса распространения упругих колебаний с частотой 0,5...25 МГц в контролируемых сварных узлах. При дефектоскопии сваренных взрывом узлов целесообразно использовать эхометод, позволяю­щий надежно обнаруживать непровары на любой межслойной гра­нице композита площадью от нескольких квадратных миллимет­ров и более.

Находят применение также электромагнитные методы нераз­рушающего контроля с помощью регистрации изменения взаи­модействия электромагнитного поля с контролируемым и эталон­ным объектами контроля.

При разрушающих методах контроля оценку прочности соеди­нения слоев, прочности основных материалов композита в зоне упрочнения свариваемых металлов и выявление наименее проч­ной границы многослойного композиционного материала прово­дят с помощью испытания на отрыв слоев. Для определения проч­ности соединения слоев тонколистового биметалла с прямоли­нейной или близкой к ней конфигурацией межслойной границы применяются испытания на срез.

Испытание на изгиб характеризует главным образом пластич­ность основного и плакирующего металлов и в значительно мень­
шей степени — пластичность граничной зоны и прочность соеди­нения слоев. При этом методе образцы загибают вокруг оправки диаметром, равным удвоенной толщине листа, на углы 45; 60; 90 и 120° (плакирующим слоем внутрь или наружу). Нарушения сплош­ности биметалла при этом обычно не происходит.

Организация производства слоистых композиционных материа­лов сваркой взрывом. В современных процессах металлообработки взрывом применяют заряды ВВ массой от нескольких граммов до сотен килограммов. Большая часть энергии взрыва бесполезно выделяется в окружающую среду в виде ударной волны, сейсми­ческих возмущений и др. Эти обстоятельства обусловливают ис­пользование рассматриваемого процесса в следующих вариантах:

• сварку на открытых полигонах мощностью до 5 т ВВ и площа­дью 5...200 га обычно применяют для изготовления крупногаба­ритных заготовок и узлов;

• сварку в переносных и стационарных взрывных камерах и бро - неямах мощностью 0,02... 120 кг ВВ;

• сварку взрывом в подземных каменоломнях и отработанных шахтах;

• точечную сварку взрывом с помощью ручных инструментов, в которых используют малые заряды ВВ;

• в отдельных случаях возможно проведение взрывных свароч­ных работ непосредственно на готовом изделии в цеховых услови­ях или в условиях монтажа.

Основным достоинством работы на открытых полигонах при их достаточном удалении от жилых и промышленных объектов является возможность получения сваркой взрывом заготовок и изделий практически неограниченных габаритных размеров и массы. При этом наличие нескольких площадок для ведения процесса может обеспечить высокую производительность при незначитель­ных капитальных затратах.

Открытый полигон представляет собой одну или несколько площадок, на которых можно подрывать заряды ВВ массой в не­сколько тонн. Площадки имеют соответствующее оснащение, ук­рытия для тихоходной техники на период взрыва и работают круг­логодично. В комплекс полигона может входить склад ВВ и желез­нодорожная ветка.

В частности, особенностью работы полигона является то, что ■ вся подготовка заготовок к взрыву (очистка, мойка, сборка в па­кет) производится в цехе на комбинате. Собранные пакеты же­лезнодорожным транспортом доставляют на разгрузочные площад­ки полигона, откуда автотранспортом — к месту взрыва. После сварки взрывом по той же цепочке заготовки доставляют в цех, где они проходят контроль и термообработку.

Определенные достоинства есть у подземных полигонов, так как работа на них не зависит от времени года и погодных усло - вий, обеспечивая локализацию поражающих факторов. Один из таких полигонов фирмы «Дюпон» расположен в подземных каме­ноломнях в штате Пенсильвания, США. Лист основания в сборе с плакирующим листом, на котором уложен заряд В В, подают в камеру-тоннель специальным транспортом в виде массивной плат­формы по железнодорожным путям, снабженным надежными ус­тройствами для амортизации удара в момент взрыва. После взрыва и продувки камеры для удаления газообразных продуктов детона­ции платформу с плакированным изделием выкатывают из тон­неля.