Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

15.5. Контроль качества

Используют визуальный или ультразвуковой контроль, механи­ ческие испытания образцов, вырезанных в шахматном порядке по всей площади листа. При необходимости прибегают к спе­ циальным видам контроля (электросопротивление, жаропроч­ ность, окалиностойкость, температурная чувствительность, об­ щая и межкристаллитная коррозия).

Г л а в а 16 СВАРКА ВЗРЫВОМ

Сварка взрывом (СВ) является новым революционным технологическим про­ цессом и получает в последние годы все более широкое применение в оте­ чественной и зарубежной практике благодаря ряду существенных преиму­ ществ в сравнении с традиционными методами.

По теории процесса выполнены многочисленные исследования, в кото­ рых теоретически и экспериментально установлены основные закономерности,

а также недостаточными объемами внедрения. Продолжает оставаться ак­ туальной проблема локализации побочного действия взрыва.

Дальнейшее расширение практического применения сварки взрывом свя­ зывается с созданием технологий с высокой степенью автоматизации и ме­ ханизации всех подготовительных операций и проведением процесса во взрыв­ ных камерах.

В настоящей главе излагаются общие сведения о процессе СВ и не за­ трагиваются фундаментальные вопросы теории образования соединения. Коротко рассмотрены технологические особенности, применяемое оборудо­ вание н оснастка. Приводятся отдельные примеры промышленного приме­ нения.

16.1. Общие сведения

16.1.1. Определения и основные схемы

Сварка взрывом — один из видов сварки давлением, осуществляемый под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества

под углом а на заданном расстоянии А от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд 2 ВВ. В вершине угла устанавливают детона­ тор /. Сварка производится на опоре 5 (металл, песок и т. д.). Площадь метаемой пластины, как правило, больше площади основной пластины. Навнсание метаемой пластины над основной необходимо для уменьшения влия­ ния эффекта бокового разлета продуктов взрыва при детонации плоского заряда ВВ [6].

На практике чаще всего применяется более простая, так называемая параллельная схема, когда угол а=0.

Эти базовые схемы положены в основу многочисленных технологических схем, разработанных для СВ конкретных изделий (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Технологические схемы сварки взрывом:

16.1.2. Физические основы

При инициировании взрыва по заряду ВВ распространяется де­ тонационная волна, скорость фронта которой D измеряется тысячами метров в секунду (см. рис. 16.1). Под действием вы­ сокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость v0 порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под определенным углом у=Р+«- В окрестности точки соударения

развиваются высокие давления, на порядок превосходящие пре­ делы прочности материалов, которые, согласно гидродинамиче­ ской теории, текут подобно жидкостям. Течение в зоне соуда­ рения определяется углом соударения у и скоростью точки контакта о„, которые связаны с исходными параметрами со­ ударения и позволяют изменять режим сварки. В определен­ ном диапазоне изменения этих двух параметров впереди точки контакта возникает стационарный поток массы соединяемых материалов в виде кумулятивной струи или облака дисперсных частиц. При этом производится самоочищение свариваемых по­ верхностей, а за точкой контакта создаются условия для их сближения под действием высоких давлений соударения и со­ вместного пластического течения. Длительность процесса со­ ставляет 10_6—10-5 с, поэтому диффузия на заметную глубину происходить не успевает. В оптимальных режимах соударения расплавы не фиксируются. При избыточной энергии соударения наблюдаются отдельные участки с расплавами. Соединение

Физические явления, сопутствующие сварке взрывом, струк­ тура и свойства соединений в значительной степени зависят от основных параметров сварки взрывом, которые классифици­ руют [2) на кинематические (скорость движения точки контакта vK, угол соударения у, скорость метания о0) и физические (дав­ ление, длительность и температура в зоне соударения).

Для создания в зоне соударения свариваемых пластин необ­ ходимых условий соединения их в твердой фазе (образование физического контакта и активных центров) необходимо, чтобы скорость точки контакта vK была меньше скорости распростра­ нения объемных волн сжатия с; в противном случае металл не успевает деформироваться и сварка не произойдет. Это усло­ вие осуществляется применением ВВ с соответствующей скоро­ стью детонации.

Энергия, необходимая для сварки двух поверхностей ме­ талла и затраченная на пластическую деформацию прилегаю­ щих к ним слоев, определяется из энергетического баланса [5]

тхт%

W ,= 2 (mt + тг) -Vo ['-(vTl

где т.\ и тг — соответственно массы метаемой и неподвижной пластин.

Кинематические параметры. Скорость движения точки кон­ такта ок определяет скорость распространения зоны высокого давления по свариваемым поверхностям. При угловой схеме сварки

vK= D $in(y— a)lsiny,

у = а + p = a + 2 a r c s i n o 0/2 D .

Коэффициент 1,2 применяют при работе со смесевыми ВВ, что обеспечивает расхождение экспериментальных и расчетных значений скоростей порядка 20 %.

Физические параметры. Теоретическое и экспериментальное определение давления при косом соударении пластин является весьма сложной задачей. Для оценки проще всего использо­ вать случай нормального соударения, при котором в момент удара пластины соприкасаются по всей площади одновременно и от контактной поверхности распространяются плоские удар­ ные волны. Расчет давления в области соударения Рк [1] про­ водится в этом случае по ударным адиабатам свариваемых ма­ териалов.

Иногда в зоне соединения наблюдаются включения литого металла, что свидетельствует о том, что в процессе сварки взрывом металл в этой зоне нагревается до высоких темпера­ тур. В работе [1] приведена зависимость для оценки темпеоатуры в зоне соединения.

16.1.3. Технологические возможности

Существенным преимуществом сварки взрывом является воз­ можность соединения между собой металлов и сплавов, сварка которых другими способами затруднена. Это относится, в ча­ стности, к металлам и сплавам, образующим твердые и хруп­ кие интерметаллиды, например стали с алюминием или тита­ ном. При этом прочность соединения в большинстве случаев не ниже прочности более слабого металла пара.

Сварка взрывом используется при получении как биметал­ лических заготовок, так и готовых деталей. При этом форма и размеры плакируемых изделий практически не имеют ограни­ чений. Так, имеются сведения о плакировании листов пло­ щадью до 50 м2, толщиной до 460 мм и массой до 40 т. Тол­ щины плакирующих слоев могут быть от 0,01 до 45 мм.

Весьма эффективным является использование сварки взры­

ники и др.).

При необходимости с помощью сварки взрывом можно осу­ ществлять частичное плакирование.

Из конструкционной сварки взрывом наиболее известны точечная и шовная.

16.2.2. Подготовка материалов к сварке

Перед сваркой взрывом соединяемые материалы должны быть соответствующим образом подготовлены. Загрязнения свари­ ваемых поверхностей масляными пленками, ржавчиной, окали­ ной и т. п. недопустимы при СВ, так как при скоростях дето­ нации 2000—2500 м/с с контактной поверхности удаляется только тонкий слой толщиной до 12 мкм [9].

Опыт,' полученный при СВ, показал, что свариваемые по­ верхности должны быть зачищены до металлического блеска или протравлены и обезжирены.

Исходные материалы не должны иметь внутренних дефек­ тов (включений, пор, трещин), в противном случае возможно разрушение. Практика СВ показала, что прогиб исходных ли­ стовых заготовок не должен превышать 5—10 мм на погонный метр. Несоблюдение этого требования приводит к недопусти­ мому колебанию сварочного зазора и, как следствие, к неста­ бильности свойств биметаллических заготовок по площади вплоть до отсутствия прочности или появления непроваров.

16.2.3. Выбор параметров режима СВ

Из-за специфических особенностей процесса универсального ре­ жима СВ пока не найдено. В связи с этим при выборе парамет­ ров сварки взрывом в настоящее время в основном применяют экспериментальные методы.

Для приближенного определения нижней границы области

Скорость точки контакта определяет время протекания де­ формационных процессов в зоне соударения, поэтому для по­ лучения качественной сварки необходимо ее выдерживать в оп­ ределенном интервале. Анализ опытных данных показывает,, что лучшие результаты достигаются при о„= (0,4-т-0,6)с.

Скорость точки контакта можно регулировать изменением скорости детонации путем применения соответствующих ВВ

(табл. 16.1).

Для расчета угла соударения на практике удобнее всего использовать зависимость [10]:

• р — насыпная плотность; dR^ — критический диаметр; D — скорость детонации.

Метаемая пластина приобретает максимальную скорость на расстоянии fits б, поэтому на практике сварочный зазор выдер­ живают в пределах А = (1ч-2)б.

Некоторые исследователи при выборе режима СВ базиру­ ются на энергетическом подходе,к природе процесса. Считается [5], что минимальная энергия пластической деформации, необ­

16.3. Оборудование и оснастка

Оборудование и оснастка для сварки металлов взрывом зави­ сят от места проведения работ. В настоящее время процесс осуществляется в полевых условиях (на полигонах) и на теР' ритории промышленных предприятий.

16.3.1.Оборудование и оснастка при ведении работ

вполевых условиях

Под полигон отводится территория, удаленная от промыШлен' ных баз и населенных пунктов. Размеры ограждаемой зоны рассчитываются, исходя из массы единовременно подрывае*<ого заряда [11]. Полигоны оборудуются минными станциями И Ук‘ рытиями для техники.