Для создания конструкционных материалов с необходимыми физическими свойствами применяется сварка взрывом. Ученые задумались о таком способе соединения металлов, когда изучали фрагменты гильз времен второй мировой войны. В 1960-м американцами был разработан и запатентован метод применения детонации для взаимной деформации сплавов, обладающих разными физическими свойствами. Началась эра создания металлических многослойных «бутербродов» в виде пластин и цилиндров, поверхности стали покрывать металлами с высокими антикоррозионными свойствами.
Режимы и процесс сварки
На сегодняшний день сварка взрывом проводится без применения точных режимов и расчетов. Это связано с тем, что технология пока до конца не разработана. Именно поэтому сварку взрывом можно считать скорее экспериментальным методом обработки, нежели точным, подходящим для массового производства. Рассматривая процесс сварки взрывом следует уделить внимание следующим моментам:
- Не был разработан процесс, который позволяет получить точный результат. Сварка методом взрыва считается экспериментальным.
- После проведения рассматриваемой процедуры сложно предугадать конечный результат. Это связано с тем, что взрывную волну контролировать практически не возможно.
- Схема сварки взрывом разрабатывается исходя из особенностей применяемых материалов. Основные параметры выбираются в зависимости от конкретного случая.
Процесс сварки взрывом
Следует учитывать, что есть заранее разработанные параметры процесса. Они могут применяться для получения определенных результатов.
Подбор электродов
Технология ручной дуговой сварки покрытыми электродами требует применение качественного присадочного материала, это является важным условием. От выбора электродов зависит качество сварного шва. Стержни подбираются в соответствии с видом металла, который будет подвергаться свариванию.
При проведении ручной дуговой наплавки покрытыми электродами стоит учитывать свойства стержней, которые зависят от типа покрытия. Электроды, которые применяются для РДС, обычно имеют рутиловое или основное покрытие.
Данные электроды обладают важными особенностями:
- Электроды с рутиловым покрытием часто применяют новички. Это связано с тем, что при их применении намного легче можно разжечь и вести дугу.
- В продаже можно встретить огромный выбор электродов с рутиловым покрытием — бюджетные и дорогие марки. Опытные сварщики не рекомендуют применять для сварки дома слишком дорогие виды, потому что они не смогут до конца раскрыть потенциал.
- Рутиловые стержни имеют существенный недостаток — при их использовании в сварном шве наблюдается повышенное содержание водорода, это может сильно ухудшить качество соединения.
- При использовании электродов со рутиловым покрытием предотвращает сильное разбрызгивание металла во время расплавления.
- Стержни с основным покрытием часто выбирают профессиональные сварщики с большим опытом. С ними достаточно тяжело работать, потому что дуга разжигается достаточно тяжело, и в процесс сварочного процесса она постоянно должна быть короткой.
- Применение электродов с основным покрытием позволяют получить отличное качество сварного шва.
- Стержни, имеющие основное покрытие, прекрасно подходят для сваривания тонкого металла.
Электроды для РДС и других видов дуговой сварки должны подбираться в зависимости от экономических факторов. Ручной дуговой сварочный процесс достаточно медленный, поэтому рекомендуется знать скорость наплавки стержня, чтобы установить, сколько времени и электродов потребуется на формирование сварного шва.
Обратите внимание! В продаже встречаются высокопроизводительные швы, которые повышают производительность рабочего процесса. Однако они подходят для создания горизонтальных швов
Способы сварки взрывом
На сегодняшний день выделяют две основные схемы сварки взрывом. Подобная технология может применяться для различных сплавов и металлов. Изготовление биметаллических заготовок проводится следующим образом:
- Основная заготовка располагается на опорном фундаменте. Он может изготавливаться при изготовлении бетона, который упрочняется металлическими прутьями. Кроме этого, для гашения взрывной волны создается песчаная подушка.
- Технология предусматривает перемещение второго листа металла, который располагается под углом 3-10 процентов относительно первой.
- По длине второго листа равномерно распределяется взрывчатка. Для взрыва требуется детонатор.
- После контролируемого взрыва второй лист перемещается в течение нескольких долей секунд. За счет сильного удара происходит соединение отдельных металлических листов.
Подобная технология применяется в случае, когда требуется провести сопряжение листовых материалов.
Вторая технология касается плавки труб по стыку. В этом случае также применяется сварка с взрывом. К особенностям подобного метода можно отнести следующие моменты:
- На место стыка закладывается взрывчатое вещество. Стоит учитывать, что она должна располагаться в виде кольцеобразной полосы.
- Для того чтобы исключить вероятность деформации самой трубы внутрь вставляется металлический сердечник. Если этого не сделать, то труба может сплюснуться.
Схема сварки на стадии взрыва
Обе технологии могут привести к повреждению заготовки если неправильно выбрать количество и тип взрывчатки. Именно поэтому нужно проводить точные расчеты.
Как подготовиться
Перед началом работы выполняют следующие действия:
- Подготавливают соединяемые поверхности. С них удаляют окалину, следы масел, оксидную пленку или защитные напыления.
- Выпрямляют заготовки. Допускается кривизна в 2 мм/м².
- Создают незначительную шероховатость.
- Сопоставляют детали. При работе с листовыми изделиями нижнюю часть укладывают на подложку, верхнюю размещают параллельно или под углом. Наклон не должен превышать 30°. Полые детали закрепляют с помощью специальных приспособлений. В трубу вставляют сердечник, предотвращающий деформацию.
- Вычисляют требуемый объем заряда взрывчатки.
Сварку взрывом используют при изготовлении заготовок для проката биметалла.
Какое оборудование необходимо?
Для целенаправленного взрыва требуется специальное оборудование. Для проведения подобной работы потребуется:
- Взрывчатое вещество. Существует достаточно большое количество подобных веществ, которые могут использоваться для взрыва. Выбрать наиболее подходящий сможет исключительно специалист
- Две заготовки, которые нужно соединить. Они могут быть представлены листовым металлом или цилиндрическими заготовками.
- Детонатор, подающий ток для взрыва.
- Если проводится соединение небольших изделий, то можно использовать специальную камеру для проведения взрыва. Размещается она, как правило, на производственной площадке. При изготовлении применяются высокопрочные материалы, которые также выдерживаются воздействие высокой температуры.
Результат сварки — биметалл
Стоит учитывать, что для проведения работы нужно подготовить полигон и площадку для взрыва или специальную камеру. Некоторые элементы предназначены для перенаправления взрывной волны, за счет чего повышается эффективность применяемой технологии.
Перечень оборудования и расходников
Для выполнения сварки методом взрыва потребуются:
- 2 детали, которые будут соединяться. Они могут иметь вид листов или труб.
- Детонатор, выдающий ток, необходимый для взрыва.
- Камера для проведения процесса. Ее устанавливают на строительной или производственной площадке. Для изготовления камеры применяют ударопрочные материалы, нечувствительные к воздействию высокой температуры.
Для проведения масштабных работ потребуется полигон. Он снабжается элементами, перенаправляющими взрывную волну. Это повышает эффективность сварочных работ.
Выбор взрывчатки
Существует множество веществ, предназначенных для взрыва. Их выбирают с учетом физических свойств соединяемых металлов, условий использования. Применяют такие средства:
- Насыпную взрывчатку. С ее помощью можно создавать заряд любых объемов и форм.
- Твердую взрывчатку. Из-за некоторых особенностей применяется реже.
В большинстве своем взрывчатые вещества состоят из химических соединений.
Технология сварки взрывом
Стоит учитывать, что рассматриваемая технология характеризуется довольно большим количеством особенностей. Примером назовем следующие моменты:
- Для совершения соединения требуется всего несколько мгновений. За счет сильного механического воздействия создается прочное соединение, которое сможет выдержать серьезное механическое воздействие.
- Рассматриваемая технология не ограничивает размеры соединяемых заготовок. Если нужно провести плавку больших изделий, то обычная технология, связанная с использованием обычного инвертора, не подходит. Большей производительностью характеризуется именно рассматриваемый метод.
- Особенностью технологии также можно назвать то, что она применяется для соединения различных по химическому составу материалы.
- После применения сварки методом взрыва необходимо помнить о том, что при повторном подогреве зоны соединения может появится интенсивная диффузия.
- При воздействии высокой температуры свойства шва могут со временем пропасть. При этом показатель прочности и надежности существенно снизиться.
Виды сварки
При соединении стали и титана может применяться ванадий и ниобий в качестве прослойки. В противном случае со временем место соединения не выдержит сильное механическое воздействие.
Не стоит забывать о технике безопасности. Взрывная волна несет с собой опасность для самого исполнителя и окружающих. При разработке рассматриваемого метода уделили довольно много внимания технике безопасности. Ее особенностями назовем следующие моменты:
- Полигоны должны быть расположены вдали от жилых объектов и населенных пунктов. Это связано с тем, что взрывная волна может привести к повреждению построек.
- Рабочая площадка зачастую создается при применении песка. Рекомендуемая толщина песчаной подушки составляет 1 метр. Если расчетная сила воздействия составляет 200 килограмм, то проводится особая подготовка площадки.
- При обработке небольших изделий и применении заряда с воздействием 20 килограмм применяется взрывная камера. Подобная конструкция может быть расположена на заводе или в специальном помещении. Рекомендуемая толщина стенок составляет 25 см. При изготовлении подобной конструкции применяются материалы, которые могут выдерживать подобного рода воздействие.
- Оператор должен использовать специальную одежду и средства индивидуальной защиты. Особое внимание уделяется противопожарной безопасности, так как взрыв может привести к появлению очага возгорания.
Стоит учитывать, что технология может проводится исключительно лицами, которые получили соответствующее разрешение.
Что нужно знать
Главная особенность заключается в возможности обработки металлических поверхностей любых видов. Выбранные соединения могут обладать любыми размерами, что является дополнительным преимуществом. Сварка взрывом, схема которой представлена выше, обеспечивает моментальное получение качественного соединения, которое образуется менее чем за миллионную долю секунды.
Стоит отметить, что в случае необходимости вторичного нагрева готовых поверхностей следует помнить про высокий риск развития активной диффузии, она может появиться в месте полученного ранее соединения. Из-за этого присутствует высокая вероятность существенного понижения характеристик прочности и надежности, в особенности при условии воздействия высокого температурного диапазона.
Для предотвращения подобных пагубных изменений в процессе соединения используются специальные промежуточные прослойки на металлической основе, при этом поверхности, проходящие обработку, и применяемые дополнения не формируют химических соединений. В качестве примера можно привести сварку титана и стали, в данном случае такие материалы, как ванадий или тантал применяются в качестве специальной прослойки.
Подготовка к работе
Повысить качество сваренных металлов можно при тщательной подготовке к проводимому процессу. Для проведения сварки методом взрыва требуется:
- Более подходящее взрывчатое вещество к рассматриваемому случаю.
- Опорный фундамент, который должен выдержать сильное воздействие. Перед непосредственным проведением работы нужно проверить состояние опорного фундамента. Различные дефекты могут привести к тому, что основание не выдержит оказываемое воздействие.
- Детали, подвергаемые соединению. Они предварительно подготавливаются. Для этого поверхностный слой может сниматься абразивным материалом.
- Детонатор требуется для взрыва.
Стоит учитывать, что особенности подготовительного процесса во многом зависят от типа соединяемых материалов. Примером можно назвать нижеприведенные примеры:
- Крупногабаритные детали.
- Детали цилиндрической формы.
- Многослойные и волокнистые армированные детали.
Полигон для сварки
Не стоит забывать о том, что фундаментная плита может выдерживать всего несколько взрывов. После этого она разрушается и приходится проводить подготовку полигона повторно.
Преимущества и недостатки сварки взрывом
Как и у многих других технологий, у сварки методом взрыва есть довольно большое количество положительных и отрицательных сторон. Плюсами можно назвать:
- Высокая скорость обработки соединяемых элементов. Как ранее было отмечено, на соединение металла требуется всего несколько долей секунды. Однако, на подготовку полигона и самих материалов требуется довольно большое количество времени.
- Возможно получить качественные соединения биметалла. Стоит учитывать, что другие технологии не позволяют соединить материалы с различными физико-механическими параметрами.
- Технология позволяет проводить соединение материалов, которые характеризуются низкой степенью обрабатываемости.
- Можно создать изделие для дальнейшей ковки и штамповки. В последнее время для упрочнения поверхности проводится ковка и штамповка. Обычный шов характеризуется тем, что не может выдерживать воздействие переменной нагрузки.
- Можно получить изделие со сложной формой углов. Примером можно назвать изделия с изгибами.
Сварка взрывом считается сложным технологическим процессом, однако она может применяться для получения самых сложных изделий. Есть и несколько серьезных недостатков:
- Низкая степень безопасности при проведении взрыва. Это связано с тем, что контролировать взрывную волну достаточно сложно.
- Для того чтобы предоставлять рассматриваемые услуги нужно пройти специальное обучение и получить на это допуск. Несоблюдение технологии приводит к тому, что заготовка может быть повреждена.
- Работа может проводится только при условии наличия специальной защитной камеры или полигона.
- Автоматизировать рассматриваемый процесс практически невозможно. Именно поэтому к каждому процессу соединения изделий приходится тщательно подготавливаться.
Вышеприведенная информация определяет то, что положительных сторон у сварки взрывом намного больше, чем отрицательных.
Общая характеристика
Взрывная сварка — это один из вариантов сварочных технологий, при которых используется давление. С помощью кинетической энергии разогнанной до высокой скорости детали выполняется пластическая деформация контактирующих слоев металла на требуемых деталях.
Чтобы разогнать деталь до необходимого показателя скорости в несколько сотен метров в секунду применяется энергия взрыва. Для максимального эффекта одна деталь разгоняется, а вторая закрепляется в неподвижном состоянии. А в момент их соприкосновения выполняется требуемая деформация.
Стоит отметить! Чтобы произошло необходимое движение, на поверхность подвижной детали помещается взрывчатое вещество и детонатор. Взрывчатое вещество инициируется и происходит взрыв, который вызывает движение подвижной части.
Сварка взрывом позволяет получить композитные изделия, также при помощи нее можно изготовить элементы с многоуровневой и биметаллической структурой. Готовое изделие будет обладать высокой стойкостью к коррозийному поражению, механическим нагрузкам. Эту сварочную технологию используют в разных сферах производства — в нефтяной, машиностроительной и многих других.
Особенности микронеоднородности сварных соединений
Химическая и физическая микронеоднородность сварных соединений проявляется при применении практически всех разновидностей сварки. К особенностям можно отнести несколько моментов:
- Физическая неоднородность обнаруживается при применении металлографии. За счет этого прочность получаемой конструкции существенно снижается.
- Химическая неоднородность также может существенно снизить качество соединения.
Именно поэтому при воздействии высокой температуры на зону соединения коэффициент прочности и надежности может существенно снизится.
Соблюдение стандартов качества и проверка на соответствие
Для оценки прочности и однородности полученного способом взрыва сварного соединения применяют следующие методы:
- Ультразвуковую дефектоскопию. Способ используется для оценки прочности швов. Для проверки важных соединений применяют рентгеноскопический метод.
- Срез шва или его разрыв. Также используется для оценки прочности.
- Прогибы и кручение соединения. Помогают оценить пластичность полученной конструкции.
При возникновении сомнений требуется проверка на деформацию. Для этого в нескольких местах замеряют толщину материала.
Влияние исходного состояния свариваемых материалов
Исходное состояние изделий во многом отражается на качестве соединения. На состояние шва может отражаться:
- Наличие или отсутствие загрязнений. Кроме этого, коррозия на поверхности может существенно снизить качество соединения.
- Степень проявления микронеровностей. Если поверхность характеризуется сильной волнистостью, то нужно провести ее предварительное выравнивание.
- Тип соединяемых металлов. При необходимости можно провести соединение легированных сплавов и углеродистых сталей, цветных металлов.
Сварочный шов при сварке взрывом
Рассматриваемый способ сварки характеризуется тем, что подготавливать поверхность к обработке не нужно. За счет этого существенно упрощается процесс и снижаются расходы.
Взрывчатые вещества для сварки
Встречается довольно большое количество различных взрывчатых веществ, которые могут применяться при сварке. Среди особенностей их выбора отметим следующие моменты:
- Большей популярностью пользуются насыпные вещества, так как при их применении можно создать заряд требуемой формы и размеров.
- Уделяется внимание также выбору детонатора.
Для каждого случая выбирается вещество опытным путем. В специализированных магазинах можно встретить требуемые материалы.
Рис. 1. Схема сварки прокаткой:
1 — валик; 2 — свариваемые заготовки.
Деформация свариваемых заготовок начинается при входе в валки. На выходе из валков на металл действуют сжимающие напряжения (здесь — начальный уровень напряжений, соответствующий начальному моменту времени релаксации).
Под длительностью релаксации напряжений при сварке прокаткой понимают длительность деформации, по завершении которой
где — уровень критических напряжений в процессе релаксации, при котором образовавшиеся в зоне соединения межатомные связи не разрушаются.
Образование соединения в этом случае заканчивается схватыванием контактных поверхностей и релаксацией напряжений в той мере, в какой это необходимо для сохранения образовавшихся межатомных связей.
1.1 Технологические возможности.
Сваркой прокаткой получают коррозионно-стойкие, износостойкие, антифрикционные, электропроводные, инструментальные, жаростойкие, термоупругие, контактные, декоративные многослойные конструкции, поперечные сечения которых представлены на рис. 2.
Трудности взрывного процесса
Сварка взрывом характеризуется довольно большим количеством трудностей. Примером можно назвать следующую информацию:
- Главная трудность касается хранения и применения взрывчатых веществ.
- При взрыве нельзя исключить вероятность воздействия взрывной волны на окружающую среду.
- Для того чтобы исключить вероятность воздействия проводимой процедуры на окружающую среду сварка должна проводится на специальных полигонах. При этом они должны быть расположены вдали от промышленных и жилых зон.
- Если проводится соединение небольших изделий, то можно использовать специальные камеры.
- Соединение разнородных металлов также приводит к существенным проблемам. Примером можно назвать снижение прочности.
- Для повышения качества соединения рекомендуется провести тщательную подготовку соединяемых поверхностей. Проводится очистка до получения металлического блеска.
- Еще одной серьезной трудностью можно назвать расчет требуемого количества взрывчатого вещества. В некоторых случаях подобные параметры проверяются экспериментальным способом.
Пример изделий, полученных с помощью сварки взрывом
Обеспечить наиболее благоприятные условия для проведения сварки методом взрыва достаточно сложно.
Требования к материалам
При сварке металлов, обладающих низкой пластичностью, могут возникать затруднения. Для соединения деталей из легкоплавких материалов требуется меньшее количество энергии. Поверхности нужно защищать от негативного влияния взрывной волны. Достаточно сложно методом взрыва получать композиции из стали с титаном или алюминием. Процесс протекает при средних параметрах. При соединении толстых листов используют прослойки, не образующие хрупкие композиции со свариваемыми металлами. Прочность шва зависит и от твердости деталей.
Рекомендуем к прочтению Информация о сварке с помощью трения
Сварка взрывом позволяет получать качественные сварные соединения.
Области применения
Рассматриваемый метод применяется крайне редко. Это связано с большим количеством проблем, которые связаны с подготовкой полигона и хранением взрывчатого вещества. Сварка взрывом характеризуется эффективностью в нижеприведенных случаях:
- При создании качественных и надежных стыков труб.
- При объединении металлов с различными свойствами.
- При получении монолитных изделий сложной формы.
- При соединении металлических конструкций сложной конфигурации.
- При получении композитных заготовок, которые имеют цилиндрическую форму.
В целом можно сказать, что технология не используется для получения обычных изделий. Это связано с высокой стоимостью применяемых материалов и сложностями с подготовкой полигона для проведения работ.
В заключение отметим, что сварка методом взрыва должна проводится исключительно при соблюдении техники безопасности. Даже мельчайшие ошибки могут привести к деформации изделий и некоторым другим проблемам.
Слой, выполняющий функцию силового элемента, называется основным.
Слой, имеющий специальные свойства, которые определяются требованиями, предъявляемыми к конструкции, называется плакирующим. Основной слой, как правило, имеет большую по сравнению с плакирующим толщину и изготавливается из более дешевого материала.
Сварка может производиться при нагреве соединяемых материалов (горячая сварка прокаткой) и в холодном состоянии при получении многослойных материалов из пластичных металлов (холодная сварка прокаткой).
Сварка прокаткой является разновидностью сварки давлением и характеризуется тем, что соединение осуществляется в условиях принудительного деформирования при малых длительностях взаимодействия.
