10.8 Сварка взрывом
Под сваркой взрывом принято подразумевать соединение металлов в твердом состоянии с образованием новых атомных связей в процессе высокоскоростного соударения тел, осуществляемого с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) либо других источников энергии с большой удельной мощностью.
Первоначально энергию взрыва применяли для штамповки или прессования, при этом обратили внимание на случайные приваривания штампуемых деталей к матрице, это явление дало начало развитию новой отрасли – сварке взрывом.
Патент на технологию сварки взрывом был получен американской фирмой Дюпон Де Немур в 1964 году. Принципиальная схема сварки взрывом, ставшая объектом первых исследований, изображена на рис.80 (детонирующая сварка по Дэвенпорту).
4
5
1
..
2
К
Vk
1
2
Vо
3
Рис. 80
Свариваемые пластины поз.1 и 2 устанавливаются на некотором начальном расстоянии hO друг от друга под начальным углом. Неподвижная пластина 2 обычно располагается на твердом основании 3, а заряд ВВ 4 – на поверхности метаемой пластины 1. После инициации заряда ВВ детонатором 5 метаемая пластина под действием продуктов взрыва приобретает скоростьVO порядка нескольких сотен метров в секунду. Так как скорость детонации ВВ конечна, точка контакта К передвигается с ускорением вдоль поверхности неподвижной пластины с конечной скоростьюVk. Высокоскоростное соударение метаемой пластины с неподвижной развивает давление контактирующих поверхностей до 102… 103кбар, которое заставляет металл совместно деформироваться, что приводит к тесному сближению свариваемых частей. При этом процессе окисные пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся и выносятся из вершины угла под действием кумулятивного эффекта.
Сварка взрывом происходит в результате интенсивного самоочищения контактных поверхностей, их сближения до расстояния действия межатомных сил притяжения и не имеет диффузионного характера, что позволяет производить сварку разнородных, не свариваемых обычными методами материалов. Граница раздела между свариваемыми материалами резко выражена и имеет вид регулярных синусоидальных волн (рис. 82).
Свариваемые материалы.
Углеродистые и высоколегированные стали, алюминий, медь, никель и их сплавы, тугоплавкие материалы, титан, цирконий, металлокерамика, пластмассы.
Толщина свариваемых деталей от 0,5 до 25мм, стыковая сварка – до 6мм.
Взрывчатые веществавыгорающие, например, черный порох, велокс (бездымный порох) илидетонирующие, например, тринитротолуол, тетрил, динамит, гексоген.
Заряд наносят плоским желатинообразным слоем (рис.80) либо в виде патронов (рис.81б,в ), с применением капсуля-детонатора.
Существуют дистанционный и контактный методы сварки взрывом. При первом - заряд взрывчатого вещества находится на определенном расстоянии от свариваемых деталей, перенос энергии осуществляется с помощью промежуточного тела. При втором - заряд находится непосредственно на свариваемых деталях, отделенный от них только переходным (поглощающим) слоем.
Область применения.
Плакирование листов, внешнее и внутреннее покрытие емкостей, трубные соединения в самолето- и ракетостроении, производстве реакторов, химическом приборостроении.
Особенности сварки взрывом.
Самоочищение контактных поверхностей, отсюда, практически отсутствие требований к подготовке поверхностей свариваемых деталей.
Упрочнение свариваемых металлов вблизи границы соединения.
Отсутствие значительных зон термического влияния и видимых прослоек диффузионного происхождения.
Б
ольшая
универсальность метода в части соединения
разнородных металлов.Отсутствие потребности в дорогостоящем оборудовании и оснастке.
Примеры технологических решений сварки взрывом приведены на рис. 81.
9
1
8
а)
7
5
2
4
1
б)
6
3
Ø 42,2
5
9
1
4
в)
Ø 48,2
5
Ø35
Ø 42
Рис. 81.