Наша сеть партнеров Banwar
Дуже часто в процесі проектування конструкцій інженера стикаються з проблемою вибору матеріалів - ті матеріали, які ідеально підходять для виконання одних функцій конструкції, не володіють необхідними властивостями для забезпечення інших вимог експлуатації. Наприклад, матеріал може мати гарну корозійну стійкість, електропровідність і теплопровідність, але недостатньою твердістю або зносостійкість. Вирішити цю інженерну задачу допомагають матеріали, виготовлені методом зварювання вибухом.
Зварювання вибухом, як можливий технологічний процес, була виявлена під час другої світової війни, коли після розриву бомб були знайдені фрагменти гільз, зварені з іншими металевими предметами. На початку 1960-х років компанія DuPont розробила практичний процес зварювання вибухом і запатентувала його в США.
З тих пір технологія зварювання вибухом отримала швидкий розвиток і застосування в багатьох областях - від виготовлення біметалів для нафтової промисловості до герметичних з'єднань в електроніці. Деталі, одержувані методом зварювання вибухом, дозволили досягти раніше недосяжного межі терміну служби виробів - до 30 років.
Процес зварювання вибухом, на перший погляд, досить простий. Сполучаються метали потрібно розташувати близько один до одного з невеликим проміжком. Шар вибухової речовини рівномірно розподіляється на верхній пластині. Отримана сендвічнимі конструкція вибухає, і утворюється новий конструктивний матеріал.
Процес утворення з'єднань при зварюванні вибухом
З двох окремих, і часто абсолютно різнорідних матеріалів, можна отримати єдину металеву зварену композицію. біметалічна пластина потім може бути піддана подальшій обробці (наприклад, прокатці) для використання в різних виробах. Товщина плакуючого шару, що наноситься на основний метал, може коливатися від декількох десятих часток міліметра, до декількох десятків сантиметрів.
Приклади виробів, отриманих за допомогою зварювання вибухом
Після зварювання, як правило, потрібно правка отриманого з'єднання, яка проводиться в валках або на пресі. За нею йдуть операції контролю - механічні випробування і ультразвуковий контроль зварного шва.
Випробування зварного з'єднання за допомогою зубила показує, що руйнування відбувається не по зварному шву
Зразок з звареної нержавіючої сталі та алюмінію випробують на вигин. Злам стався в алюмінії, а не в звареному шві
Насправді, однак, цей процес набагато більш складніше. Для отримання якісного з'єднання без відшарувань потрібен ретельний контроль ряду технологічних параметрів, і для виробництва якісних композитів потрібно значний досвід в цій справі.
Найбільш поширеним вибуховою речовиною для зварювання є ігданіт (суміш аміачної селітри і вуглеводневої горючої речовини, найчастіше дизельного палива).
Кількість вибухової речовини може коливатися в широких межах, але більшість зварювальних робіт проводяться з використанням вибухівки масою 10 ... 1000 кг. Очевидно, що такі небезпечні роботи не можуть бути проведені в звичайному виробничому зварювальному цеху. Зварювання вибухом повинна виконуватися ліцензованими і досвідченими інженерами на віддалі від місцезнаходження людей. Повинні застосовуватися запобіжні заходи, пов'язані з вибуховими роботами і зберіганням вибухівки.
У процесі зварювання в зоні впливу вибухової речовини утворюється дуже високе зусилля, яке може досягати кілька сотень тисяч тонн. Поверхневі атомні шари кожного з матеріалів, що з'єднуються піддаються впливу струменя плазми. Плазма викликає утворення металевого зв'язку, при якій метали діляться між собою валентними електронами.
На більш макроскопічному рівні зварене з'єднання має вигляд хвилястої лінії вздовж напрямку вибуху. «Амплітуда» волнистости залежить від кута і швидкості детонації. У крайніх випадках вона може бути настільки великий, що може привести до утворення небажаних пустот під гребенями хвиль. Кут детонації зазвичай не перевищує 30 градусів.
Хвилеподібний характер з'єднання двох металів добре видно на цій фотографії
Процес зварювання вибухом має широкий діапазон матеріалів, що з'єднуються. У деяких випадках, якість зварного з'єднання композиту може бути покращено шляхом вставки тонкого прошарку між двома різнорідними шарами. «Сендвічі» з чотирьох або більше шарів металів також не є рідкістю. Загальна кількість можливих комбінацій біметалів, за підрахунками фахівців, становить понад 260 варіантів.
Використання біметалів, отриманих зварюванням вибухом, дозволяє істотно збільшити термін служби і підвищує надійність термічного, ливарного, нафтового устаткування, теплообмінників, ємностей в хімічній промисловості. Сталь-алюмінієві композити використовують при виробництві електродів.
Зварні біметалічні листи можуть бути використані в якості перехідних елементів при складанні конструкцій з різнорідних металів. Плакируют покриття з коштовних металів дозволяють істотно знизити собівартість деталей, раніше виготовлених цілком з дорогих матеріалів, при цьому не погіршуючи, а часом і отримуючи набагато більш високі експлуатаційні характеристики.
Конструкції, отримані зварюванням вибухом, успішно використовуються при будівництві морських споруд, так як при цьому вдається значно зменшити або зовсім усунути електрохімічної корозії в морській середовищі. Тонкі шари захисних матеріалів, нанесених цим методом зварювання, захищають від радіаційного випромінювання космічні супутники.