Меню Рубрики

Установки для сварки взрывом

Сварка металлов взрывом, её сущность, определение, технология. Оборудование для сварки и её применение

Содержание

Сварка взрывом — это относительно новый и во многих смыслах революционный вид сварки, который рядом существенных преимуществ, по сравнению с другими видами сварки, благодаря чему он получил достаточно широкое распространение на практике, как в России, так и за рубежом.

Дальнейшее развитие данного вида сварки предполагает применение новых технологий, обеспечивающих более высокую степень автоматизации и механизации всех стадий процесса, начиная от стадии подготовки и до непосредственного протекания процесса в специальных камерах.

Сущность сварки взрывом

Определение сварки взрывом

Сварка взрывом — это один из видов сварки давлением, который происходит за счёт воздействия энергии, выделяющейся при взрыве специальных взрывчатых веществ.

Схемы сварки и описание процесса

Принципиальная схема сварки взрывом показана на рисунке 1. Неподвижная пластина (поз. 4) и метаемая пластина (поз. 5) располагаются под углом ? друг к другу, на расстоянии h от вершины угла. На метаемой пластине располагается взрывчатое вещество (поз. 2), а на вершине угла располагается детонатор (поз. 1). Процесс сварки происходит на опоре (поз. 5). В качестве опоры может быть металл, земля, песок и другие вещества.

Метаемая пластина превосходит по площади основную пластину, это необходимо для минимизации эффекта бокового разлёта частей металла в процессе взрыва.

На практике наиболее распространена схема, когда угол равен 0°, так называемая, параллельная схема. Эти базовые схемы являются основой для всех технологических схем, разработанных для каждого конкретного случая (см. рис. 2).

Схема а — параллельная, для сварки многослойных изделий; б — плакирование наружной поверхности труб; в — эквидистантная схема; г — плакирование внутренней поверхности труб: д — плакирование крупногабаритных обечаек с противозарядом.

Позициями на рисунках обозначены: 1 — детонатор; 2 — заряд взрывчатого вещества; 3 — метаемый элемент; 4 — неподвижный элемент; 5 — опора; 6 — установочный элемент; 7 — стержень; 8 — конус; 9 — матрица.

Физическая основа сварки взрывом

В процессе взрыва по заряду взрывчатого вещества распространяется детонационная волна. Скорость её распространения измеряется тысячами метров в секунду. Под действием этой волны метаемая пластина приобретает скорость порядка нескольких сотен метров в секунду и происходит её соударение с неподвижной пластиной под определённым углом.

В окрестности точки соударения возникает высокое давление, которое в десятки раз превышает предел прочности материалов. Под воздействием такого давления, согласно гидродинамической теории, свариваемые материалы текут подобно жидкостям. Их течение определяется углом соударения и скоростью точки контакта.

В процессе соударения сварные поверхности самоочищаются и создаются условия для их сближения под воздействием высокого давления и совместного пластического течения. Весь процесс длится порядка 10 -6 с, поэтому взаимная диффузия не успевает распространиться на большую глубину.

Технологические возможности сварки взрывом

Сварка взрывом позволяет соединять между собой такие материалы и сплавы, сварка которых другими способами затруднена. Это касается, к примеру, сварки стали с алюминием или титаном. При этом, по прочности сварной шов таких соединений не уступает прочности наиболее слабого металла в паре.

Сварка взрывом позволяет получать как заготовки, так и уже готовые детали различной формы и разных габаритов. На практике были случаи успешного плакирования листов площадью до 50м 2 , толщиной до 460мм и массой до 40т. Толщины плакирующих слоёв могут колебаться от 0,01 до 45мм.

Данный способ сварки очень хорошо подходит для плакирования труб или цилиндров, а также деталей с криволинейной поверхностью, таких как лопасти турбин, подпятники и других.

Технология сварки взрывом

Требования к свариваемым материалам

Ка уже отмечалось, сварка взрывом позволяет сваривать почти любые разнородные материалы и сплавы. Количество возможных композиций исчисляется несколькими сотнями. Но при сварке материалов с пониженной пластичностью, таких как молибден, вольфрам, закалённые стали, при сварке чугуна и сварке высокопрочных сталей могут возникать определённые трудности.

Для легкоплавких и пластичных металлов, например, для сварки свинца, олова или сварке алюминия требуется минимальное количество энергии и необходима защита поверхности от воздействия взрывчатого вещества.

Достаточно сложно получить сваркой взрывом такие композиции, как сталь-алюминий и сталь-титан. Сваривание этих металлов происходит на умеренных режимах и при сварке толстых листов применяют специальные промежуточные прослойки из материалов, не образующих хрупкие соединения со сварными деталями.

Твёрдость свариваемых материалов оказывает сильно влияние на прочность соединения структуру шва. Для успешной сварки закалённых сталей с алюминием и титаном необходим специальный технологический приём, суть которого состоит в том, чтобы месте контакта создать давление, намного превышающее прочность соединяемых материалов.

Подготовка к сварке

Перед сваркой взрывом поверхности соединяемых изделий должны быть очищены от загрязнений (масляных плёнок, краски, ржавчины и других), потому что при скоростях детонации 2000-2500м/с с поверхностей удаляются только плёнки, толщиной доя 12мкм. Результаты, полученные на практике, показали, что поверхности необходимо зачистить до зеркально блеска, или же протравить и обезжирить.

Кроме того, свариваемые поверхности не должны иметь дефектов (пор, раковин, различных инородных включений), иначе, при сварке возможно разрушение. Также практические данные говорят о том, что прогиб исходных заготовок не должен быть более 5-10мм на погонный метр. Несоблюдение этого требования может повлечь такой дефект, как непровар сварного соединения.

Читайте также:  Установка кнопки открывания багажника приора

Выбор режимов сварки

Так как процесс сварки взрывом довольно специфичен, универсального режима для данного вида сварки не существует. Исходя из этого, параметры режимы сварки выбирают экспериментально, исходя из каждого конкретного случая.

Минимальную скорость метания можно определить по формуле:

Vmin=1,14*(НV/р) 0,5 , где НV — твердость по Виккерсу, а р — плотность материала.

Скорость точки контакта влияет на продолжительность протекания процессов деформации в области соударения, поэтому, для получения качественного сварного соединения необходимо выдерживать её в определённом диапазоне. На практике наилучшие результаты получаются при vк=0,4-0,6м/с. Скорость точки контакта зависит от скорости детонации, которую можно регулировать, применяя различные взрывчатые вещества.

Наибольшая скорость метаемой пластины получается на расстоянии L=g, где g — относительное удлинение, в %. На практике сварочный зазор выдерживают в интервале L=(1-2) g.

Минимальную энергию пластической деформации, необходимую для образования сварного соединения, можно рассчитать по формуле:

W=0,606+0,184 ln (НВ/ g), где НВ — твёрдость по Бринеллю, g — относительное удлинение, %.

Характеристика взрывчатых веществ для сварки взрывом

Наиболее распространённые взрывчатые вещества, применяемые для сварки взрывом и их характеристики, представлены в таблице:

Оборудование и оснастка для сварки взрывом

Оборудование и оснастка для проведения сварки взрывом зависит от того, где будут выполняться работы. Сварку можно производить в полевых условиях на специально подготовленных полигонах, а также на промышленных объектах.

Оборудование и оснастка для сварки в полевых условиях

Специальные полигоны для сварки в полевых условиях оборудуются вдали от промышленных баз и населённых пунктов. Такие места обязательно ограждаются, и размеры ограждаемой зоны зависят от массы подрываемого за один раз заряда. На полигоне обязательно должны быть в наличии минные станции и укрытия для техники.

Свариваемые изделия обрабатывают на специальных опорах. Они должны быть долговечными и не допускать чрезмерной деформации изделий.

Подготовка опор проводится с использованием бульдозеров и погрузчиков. Сооружают опоры из смеси грунта, песка и щебня. Для размещения изделий на опоре необходимы самоходные краны требуемой грузоподъёмности. Недостатками сварки в полевых условиях является влияние климатических условий на качество сварки, а также трудность в достижении высокого уровня механизации процесса.

Оборудование и оснастка для сварки на промышленных предприятиях

В условиях промышленных предприятий, для защиты от поражающих факторов взрыва, процесс проводится в подземных выработках, где для этой цели оборудованы специальные бетонные и металлические взрывные камеры.

Наиболее перспективными для промышленности являются металлические взрывные камеры. Они изготавливаются в виде замкнутых оболочечных конструкций, имеющих форму цилиндра или сферы. Эти камеры оснащаются загрузочным люком, внутренней опорой, вытяжной вентиляцией и системой подрыва взрывчатого вещества. Есть варианты конструкции взрывных камер, в которых предусмотрены внутренние защитные экраны, которые ослабляют силу ударной волны, воздействующей на оболочку.

Для взрывчатого вещества в количестве нескольких килограммов, используются оболочки небольших размеров (с радиусом, не превышающим 1,5м) толщиной 50-100 мм. Для взрывных камер повышенной мощности изготавливают оболочки больших габаритов, или же применяют комбинированные оболочечные конструкции. Многолетний опыт применения взрывных камер на заряд в количестве 0,25-50 кг взрывчатого вещества, подтвердил их высокую степень надёжности и удобство в эксплуатации и обслуживании.

Контроль качества сварных соединений

Основными критериями для оценки качества биметалла, полученного при сварке взрывам, являются сплошность (отсутствие или наличие дефектов в сварном шве) и прочностные свойства сварного соединения, общая прочность биметалла, а также деформация изделия.

Сплошность соединения определяют методом ультразвукового контроля. Для ответственных изделий применяют метод рентгеноскопии сварного шва. Прочностные свойства определяют по результатам испытания на срез и разрыв.

Пластичность оценивают по результатам испытаний на гиб с перегибом и изгиб. Все механические свойства полученного биметалла определяют такими же способами, которые применяются для определения аналогичных свойств обычного монометалла.

Под воздействие взрывной волны могут происходить серьёзные деформации изделий при сварке. Степень деформации можно оценить обычными измерениями с помощью мерительного инструмента.

Видео: Сварка взрывом на Новосибирском заводе

источник

Сварка взрывом

Технология литья применяется для получения самых различных изделий. Однако, зачастую приходится применять другой метод соединения отдельных изделий, который предусматривает сварку. Было разработано довольно большое количество различных методов сварки. Сегодня сварка взрывом встречается все чаще. Подобный технологический процесс может применяться для получения биметаллических заготовок. В качестве заготовки могут применяться самые различные материалы.

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:

  1. Не был разработан процесс, который позволяет получить точный результат. Сварка методом взрыва считается экспериментальным.
  2. После проведения рассматриваемой процедуры сложно предугадать конечный результат. Это связано с тем, что взрывную волну контролировать практически не возможно.
  3. Схема сварки взрывом разрабатывается исходя из особенностей применяемых материалов. Основные параметры выбираются в зависимости от конкретного случая.
Читайте также:  Установка зажигания мопеда карпаты

Следует учитывать, что есть заранее разработанные параметры процесса. Они могут применяться для получения определенных результатов.

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:

  1. 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.
  2. Технология предусматривает перемещение второго листа металла, который располагается под углом 3-10 процентов относительно первой.
  3. По длине второго листа равномерно распределяется взрывчатка. Для взрыва требуется детонатор.
  4. 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:

  1. На место стыка закладывается взрывчатое вещество. Стоит учитывать, что она должна располагаться в виде кольцеобразной полосы.
  2. 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.

Какое оборудование необходимо?

Для целенаправленного взрыва требуется специальное оборудование. Для проведения подобной работы потребуется:

  1. Взрывчатое вещество. Существует достаточно большое количество подобных веществ, которые могут использоваться для взрыва. Выбрать наиболее подходящий сможет исключительно специалист
  2. Две заготовки, которые нужно соединить. Они могут быть представлены листовым металлом или цилиндрическими заготовками.
  3. Детонатор, подающий ток для взрыва.
  4. 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.

Технология сварки взрывом

Стоит учитывать, что рассматриваемая технология характеризуется довольно большим количеством особенностей. Примером назовем следующие моменты:

  1. Для совершения соединения требуется всего несколько мгновений. За счет сильного механического воздействия создается прочное соединение, которое сможет выдержать серьезное механическое воздействие.
  2. 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.
  3. Особенностью технологии также можно назвать то, что она применяется для соединения различных по химическому составу материалы.
  4. После применения сварки методом взрыва необходимо помнить о том, что при повторном подогреве зоны соединения может появится интенсивная диффузия.
  5. При воздействии высокой температуры свойства шва могут со временем пропасть. При этом показатель прочности и надежности существенно снизиться.

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:

  1. Полигоны должны быть расположены вдали от жилых объектов и населенных пунктов. Это связано с тем, что взрывная волна может привести к повреждению построек.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Подготовка к работе

Повысить качество сваренных металлов можно при тщательной подготовке к проводимому процессу. Для проведения сварки методом взрыва требуется:

  1. Более подходящее взрывчатое вещество к рассматриваемому случаю.
  2. 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.
  3. Детали, подвергаемые соединению. Они предварительно подготавливаются. Для этого поверхностный слой может сниматься абразивным материалом.
  4. Детонатор требуется для взрыва.

Стоит учитывать, что особенности подготовительного процесса во многом зависят от типа соединяемых материалов. Примером можно назвать нижеприведенные примеры:

  1. Крупногабаритные детали.
  2. Детали цилиндрической формы.
  3. Многослойные и волокнистые армированные детали.
Читайте также:  Установка кивка для зимней удочки

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:

  1. 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.
  2. Возможно получить качественные соединения биметалла. Стоит учитывать, что другие технологии не позволяют соединить материалы с различными физико-механическими параметрами.
  3. Технология позволяет проводить соединение материалов, которые характеризуются низкой степенью обрабатываемости.
  4. 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.
  5. 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:

  1. Низкая степень безопасности при проведении взрыва. Это связано с тем, что контролировать взрывную волну достаточно сложно.
  2. 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.
  3. Работа может проводится только при условии наличия специальной защитной камеры или полигона.
  4. 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.

Особенности микронеоднородности сварных соединений

Химическая и физическая микронеоднородность сварных соединений проявляется при применении практически всех разновидностей сварки. К особенностям можно отнести несколько моментов:

  1. Физическая неоднородность обнаруживается при применении металлографии. За счет этого прочность получаемой конструкции существенно снижается.
  2. Химическая неоднородность также может существенно снизить качество соединения.

Именно поэтому при воздействии высокой температуры на зону соединения коэффициент прочности и надежности может существенно снизится.

Влияние исходного состояния свариваемых материалов

Исходное состояние изделий во многом отражается на качестве соединения. На состояние шва может отражаться:

  1. Наличие или отсутствие загрязнений. Кроме этого, коррозия на поверхности может существенно снизить качество соединения.
  2. Степень проявления микронеровностей. Если поверхность характеризуется сильной волнистостью, то нужно провести ее предварительное выравнивание.
  3. 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:

  1. Большей популярностью пользуются насыпные вещества, так как при их применении можно создать заряд требуемой формы и размеров.
  2. Уделяется внимание также выбору детонатора.

Для каждого случая выбирается вещество опытным путем. В специализированных магазинах можно встретить требуемые материалы.

Трудности взрывного процесса

Сварка взрывом характеризуется довольно большим количеством трудностей. Примером можно назвать следующую информацию:

  1. Главная трудность касается хранения и применения взрывчатых веществ.
  2. При взрыве нельзя исключить вероятность воздействия взрывной волны на окружающую среду.
  3. 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.
  4. Если проводится соединение небольших изделий, то можно использовать специальные камеры.
  5. Соединение разнородных металлов также приводит к существенным проблемам. Примером можно назвать снижение прочности.
  6. Для повышения качества соединения рекомендуется провести тщательную подготовку соединяемых поверхностей. Проводится очистка до получения металлического блеска.
  7. 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.

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:

  1. При создании качественных и надежных стыков труб.
  2. При объединении металлов с различными свойствами.
  3. При получении монолитных изделий сложной формы.
  4. При соединении металлических конструкций сложной конфигурации.
  5. 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.

источник