120

а) - сварка детонирующая по Пирсону,

б), в) -сварка с помощью продуктов выгорающего заряда.

1 – свариваемые детали,

2 - картонная емкость,

3 – стальная плита,

4 – заряд взрывчатого вещества,

5 – вода (в качестве промежуточной среды для получения равномерного усилия),

6 – канавка (для формирования сварного соединения в направлении от центра к краям),

7 – поглощающий слой,

8 – запальное устройство,

9 – взрывчатое вещество.

Параметрами режима сварки являются скорость соударения контактных поверхностей V_C и кинетическая энергия соударения, отнесенная для удобства к единице площади соединения.

P

W

S

В свою очередь V_C зависит от скорости детонации V_О, плотности ВВ, толщины и плотности метаемого металла. Величина Р для получения равнопрочного сварного соединения должна быть на порядок выше, чем требуемый предел текучести сварного соединения (см. табл. 11).

Таблица № 11.

Свариваемые металлы	Давление при сварке Р, кгс/см^2	Предел текучести т, кгс/ см^2
Al + Al	6300	300
Cu + Cu	24600	1700
Ст3 + Ст3	60000	2400

К недостаткам метода следует отнести особую опасность проведения работ вследствие применения взрывчатых веществ. Поэтому сварку взрывом применяют в тех случаях, если вследствие ряда технологических причин исключено использование обычных способов сварки, при сварке небольшого количества деталей, а также при решении специальных задач.

В СССР значительный вклад в развитие исследований и технологических решений внесли М. Лаврентьев, Я.Б. Зельдович, Л.В. Альтшулер, А.А. Дерибас, В.М. Кудинов, Ф.И. Матвеенков

1

3

2

Рис. 82. Типичная граница раздела металлов в соединениях, сваренных сваркой взрывом.

1 – ниобий, 2 – медь, 3 – граница раздела.

Увеличение – 100раз.

10.9. Сварка в особых условиях

1. Сварка под водой

Используется, в основном, сварка плавящимся электродом. Впервые сварку под водой разработал Хренов К.К. в1932г. Способ основан на открытии, что дуга, несмотря на интенсивное охлаждение водой, нагревает и плавит металл почти так же, как и на воздухе.

Применяется постоянный ток обратной полярности. Дуга горит в газовом пузыре, образуемом и непрерывно возобновляемом в результате испарения и разложения воды. Устойчивое горение дуги объясняется принципом минимума энергии Штеенбека, который гласит, что если усилить охлаждение какого-либо участка дуги, то выделение энергии на нем увеличится и компенсирует усиленное охлаждение. У сварочной дуги под водой напряжение должно быть на 6…7 В больше, чем на воздухе, этот избыток напряжения компенсирует охлаждающее действие воды. Созданы специальные электроды для сварки под водой:ЭПС-АН1 и резки под водой АНДР-1. В них для получения устойчивого горения дуги на электродную проволоку из НУС наносят толстый слой водонепроницаемого покрытия с пропиткой лаками, чтобы предотвратить разрушение покрытия. При горении дуги под водой вокруг дуги образуется взвесь из окислов железа и пузырьков водорода, которая мешает наблюдению за дугой. Шов отличается грубой чешуйчатостью, глубина расплавления несколько выше, чем при сварке на воздухе.

В ИЭС имени Патона разработан полуавтомат для сварки под водой, работающий со специальной легированной проволокой без газовой зашиты, т.е. открытой дугой. Металл шва соответствует по прочности сварке электродом типа Э42.

В принципе, под водой можно выполнять сварку в любом пространственном положении.

Из-за усиленного охлаждения шов имеет несколько закаленную структуру, т.е. высокий предел прочности и заниженные показания угла загиба, относительного удлинения, и ударной вяэкости. Подводная сварка создает значительные сложности для сварщика-водолаза из-за ограниченности движения и неприспособленности человеческого организма к долгому пребыванию под водой, поэтому при сварке возникают дефекты, редко встречающиеся при сварке на воздухе, например, смещение с оси шва, пропуски, непровар одной из кромок и т.п. Зато из-за ослабленного излучения дуги под слоем воды сварщик зачастую может не пользоваться защитным стеклом. Сварка под водой применяется на глубинах до 100м, сварка на больших глубинах наталкивается на неприспособленность человеческого организма к таким условиям.

2. Сварка в космосе.

Основные отличия космических условий от земных – прежде всего глубокий вакуум (до10 ^-12мм рт. ст.) при практически неограниченной скорости диффузии газов из зоны сварки, широкий интервал температур, при которых может находиться свариваемое изделие (+100°С…-100°С), невесомость. Кроме того, на качество сварки влияет ряд второстепенных факторов, например, ограниченная подвижность оператора, различные излучения. При выборе методов сварки в космосе руководствовались общепринятыми для космической техники критериямиработоспособность в космических условиях, универсальность метода, простота и безопасность оборудования, возможность выполнения не только сварки, но и резки. Этими методами оказались:электроннолучевая сварка, дуговая сварка принудительно сжатой дугой плавящимся и неплавящимся электродами, контактная, диффузионная. Наиболее перспективными в этой области сварки являются методы, не связанные с наличием газов в зоне сварки, т.е. контактная, холодная, диффузионная. Однако, эти методы малоуниверсальны и требуют тщательной подготовки поверхности под сварку. Исследования возможности сварки в космосе проводили в условиях, имитирующих космические (в специальных термобарокамерах с глубоким вакуумом и большим перепадом температур), а исследования в условиях невесомости – в летающих лабораториях, оборудованных на самолетах. Эти исследования показали, что сварка в невесомости возможна лишь при наличии силового воздействия со стороны источника питания (электронного луча или сжатой дуги) и при соблюдении

определенной максимальной массы сварочной ванны. Например, сварка на ЭЛУ алюминиевых и титановых сплавов толщиной до 3-х мм выполняется совершенно стабильно.

Другие методы дуговой сварки не дают качественных швов из-за крупнокапельного переноса металла при сварке, что свидетельствует об отсутствии действия на каплю сил, кроме силы поверхностного натяжения (основная сила – сила тяжести отсутствует).

Впервые сварка в космосе была произведена летчиками-космонавтами Г.А. Шониным и В.Н. Кубасовым на космическом корабле «Союз-6» в 1969 году.

Они подтвердили сделанные в лаборатории исследования: «Процесс сварки и резки электронным лучом в космосе протекает стабильно, обеспечиваются необходимые условия для нормального формирования сварного шва и резки».

3. Сварка при низких температурах.

На территории России иногда возникает необходимость в проведения сварочных работ при температуре свариваемого металла до -50º С.

Понижение температуры отрицательно сказывается на физиологическом состоянии рабочего, снижая его трудоспособность, Ухудшаются условия работы аппаратуры. По мере понижения температуры прочность шва несколько повышается, а пластичность незначительно снижается, также снижается стойкость металла против образования кристаллизационных трещин и пор. Все это повышает вероятность хрупкого разрушения конструкции в процессе её изготовления, монтажа или ремонта. Поэтому надо стремиться к выполнению работ при небольших морозах, а при больших - расчленять крупные сборки на транспортабельные элементы и выполнять сварку последних в отапливаемых помещениях. Сборку и сварку на морозе выполнять организациями, специально подготовленными для этих условий работы.

Сущность дополнительных мероприятий, которые необходимо проводить при сварке на морозе, сводится к следующему.

- Применять основной металл, специально предназначенный для конструкций, работающих при низких температурах. Такой металл в состоянии поставки имеет повышенную стойкость против перехода в хрупкое состояние.

- При проектировании конструкций необходимо избегать резкого изменения сечения сопрягаемых элементов и сосредоточения большого числа швов в одном месте. Особое внимание следует обращать на доступность швов, правильный выбор режимов сварки и типа подготовки кромок. Стыковые швы должны быть двусторонними, применение прерывистых швов не рекомендуется. Следует выбирать марку проволоки или электрода, устойчивых к понижению свойств в условиях мороза. Для ручной сварки предпочтения заслуживают электроды с фтористо-кальциевым покрытием.

- Сварочное оборудование должно быть специально приспособлено для работы при низких температурах, механизмы необходимо смазывать специальными маслами, а перед сваркой разогревать до температуры, обеспечивающей нормальную работу, любыми способами, не повреждающими эти механизмы. Следует применять источники питания постоянного тока.

- Место сварки должны быть защищено от ветра и осадков. Желательно оборудовать тепляки для периодического обогрева рабочих, а рабочее место - устройством для обогрева рук, применять одежду с электрическим подогревом, при температуре ниже - 40ºС для дыхания сварщика следует подавать разогретый воздух.

- Непосредственно перед сваркой место наложения швов должно быть очищено от льда и масла. При сварке на морозе сохраняются режимы, применяемые в нормальных условиях.

Желательно все швы сваривать без перерыва. При замыкании круговых швов необходим сопутствующий подогрев основного металла до 180…200ºС. В первую очередь сваривают швы, дающие максимальную усадку (например, поперечные стыковые швы).

- Не следует применять правку деталей в холодном состоянии, вырубку зубилом выполнять только после подогрева до 100…120ºС, прихватку заменить на сплошные швы малого сечения и также применять при этом подогрев до 220…240ºС для повышения пластичности швов.