Сварка взрывом. 
Технология конструкционных материалов. 
Сварочное производство

Сварка взрывом выполняется с применением давления. Соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызванного взрывом.

При сварке взрывом выделяется большое количество энергии. Взрывчатое вещество (ВВ) превращается в сильно нагретый газ с очень большим давлением. Энергия этого газа преобразуется в кинетическую энергию движущейся (метаемой) заготовки. Она перемещается с большой скоростью к неподвижной заготовке (мишени). При соударении заготовок происходит пластическая деформация их поверхностных слоев, что приводит к образованию сварного соединения.

Механическая энергия, затраченная на образование пластической деформации, переходит в теплоту, которая при адиабатическом характере 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 / (земляной грунт, дерево, металл и т. п.) расположена одна из свариваемых заготовок — 6 (в простейшем случае — пластина). Над ней параллельно, с определенным зазором А, на технологических опорах 5 расположена вторая заготовка — 2. На ее внешней поверхности находится заряд 3 В В заданной толщины Н и площади, как правило, равной площади заготовки 2. Наиболее широко применяемые для сварки взрывом насыпные Рис. 5.9. Схема сварки взрывом:

/ — основание; 2, 6 — заготовки; 3 — заряд В В; 4 — детонатор; 5 — технологические опоры; И — зазор; Н — толщина В В ВВ помешают в открытый контейнер соответствующих размеров. Во взрывчатое вещество помещают детонатор 4.

При инициировании заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны со скоростью D (составляющей для существующих ВВ 2000…8000 м/с). Образующиеся за фронтом волны газообразные продукты взрыва, находящиеся под давлением 10…20 ГПа, расширяются со скоростью У_р = (0,5…0,75)Z) по нормалям к свободным поверхностям заряда, сообщая находящемуся под ними участку металла импульс. Под действием этого импульса участки заготовки 2 последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной мишени и со скоростью У_р соударяются с ней. При установившемся процессе (рис. 5.10) метаемая пластина дважды перегибается. Ее наклонный участок со скоростью У_к = D движется за фронтом детонационной волны J, а участок под непродетонировавшей частью заряда В В под действием сил инерции продолжает занимать исходное положение.

При высокоскоростном соударении метаемой заготовки с неподвижной мишенью развивается давление до 10 ГПа. Вызываемое им всестороннее неравномерное сжатие обеспечивает наиболее благоприятные условия для пластического течения в направлении процесса сварки и возникновения тангенциальной составляющей скорости детонационной волны. Происходит сближение свариваемых частей. При этом оксидные пленки и поверхностные загрязнения дробятся, рассредоточиваются и выносятся из зоны сварки.

Рис. 5.10. Схема установившегося процесса сварки взрывом:

/ — фронт разлета продуктов взрыва ВВ; 2— волна разрежения; 3 — детонационная волна; 4 — ВВ; D — скорость распространения фронта детонации ВВ; V_H — нормальная составляющая скорости соударения контактирующих поверхностей; V_K — скорость движения вершины динамического угла встречи контактирующих поверхностей в направлении сварки D

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, практически неограниченных площадях (20 м²). Это позволяет применять сварку взрывом для изготовления композиционных изделий (например, слябов с высокопрочным соединением слоев из разнородных металлов, сплавов и сталей для прокатки в двухи многослойные листы), биметаллических листов металлов и сплавов в любых сочетаниях, а также сплошных и полых цилиндрических композиционных заготовок для профильного проката или непосредственного использования в деталях машин; облицовки заготовок деталей машин (например, лопастей гидротурбин, лемехов плугов) металлами и сплавами; изготовления из разнородных металлов и сплавов композиционных материалов в виде плоских карточек с высокопрочным соединением слоев для вырезки из них переходников необходимой конфигурации (полосы, кольца, фланцы и т. п.) и сварки их обычными способами при размещении между деталями из одноименных материалов; изготовления волокнистых композиционных заготовок с неограниченным.

Таблица 5.2

Характеристики некоторых взрывчатых веществ, применяемых для сварки взрывом.

числом слоев матрицы и волокон в виде плоских листов и цилиндрических обечаек, а также 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 используют насыпные ВВ, так как они позволяют легко создавать заряды требуемой формы и размеров. Наиболее важные характеристики основных выпускаемых промышленностью ВВ приведены в табл. 5.2. Показатель «критический диаметр» характеризует минимальную площадь поперечного сечения заряда, обеспечивающую его устойчивую детонацию с указанной скоростью. Из-за значительного разброса скоростей детонации целесообразно для каждой партии В В определять ее опытным путем.

Контрольные вопросы

• 1. Какие металлы можно соединять холодной сваркой и почему?
• 2. Какие заготовки можно соединять точечной и стыковой холодной сваркой?
• 3. Какие физические явления протекают в зоне ультразвуковой сварки?
• 4. Какова роль механической колебательной системы в процессе УЗС?
• 5. В чем состоят особенности УЗС пластмасс?
• 6. Каковы особенности физических явлений, протекающих при сварке трением?
• 7. Какие физические явления наблюдаются при установившемся процессе сварки взрывом?
• 8. Чем определяются перспективы и области применения сварки взрывом?