Изделия обрабатывают на специальных опорах. Они дол жны иметь достаточную дол говечность и обеспечивать минимальную деформацию из делий [9]. Например, при пла кировании уникальных изде лий—лопастей гидротурбин, применялась опора с наполни телем из металлической дроби (а. с. № 330702, рис. 16.4).
Подготовку опор из грун тово-песчаных смесей и щебня для очередного взрыва ведут с использованием бульдозера,
погрузчика. Размещение изделий на опоре осуществляется при помощи автокранов соответствующей грузоподъемности. Для укладки заряда при больших размерах заготовок (несколько квадратных метров) или криволинейной поверхности плаки рующего листа используют различного рода приспособления.
В стране имеются три крупных специализированных поли гона, выпускающих биметаллические заготовки. СВ на ОрскоХалиловском и Кузнецком металлургических комбинатах и на Гилевском опытно-экспериментальном заводе НПО АНИТИМ
Ц2].
За рубежом крупные полигоны имеются в Швеции [13], США, Японии и др.
Недостатком полигонов является влияние погодных условий на качество, а также трудность обеспечения достаточно высо кого уровня механизации.
16.3.2.Оборудование и оснастка при ведении работ
вусловиях промышленных предприятий
При ведении СВ в условиях промышленного предприятия в Качестве локализаторов поражающих факторов взрыва ис пользуют подземные выработки, бетонные и металлические взрывные камеры [9]. Работа в подземных выработках осуще ствляется, например, на участке сварки взрывом фирмы «Дю пон» (США) [14] и Зыряновского свинцового комбината [9]. Бе тонные взрывные камеры применяют, например, в Колумбий ской лаборатории (США) [15], где используют заряды массой до 23 кг ВВ. Однако для создания промышленных установок сварки взрывом наиболее перспективны металлические взрыв ные камеры. Они представляют собой замкнутые оболочечные конструкции цилиндрической или сферической формы, снаб жены загрузочным люком, внутренней опорой, системой венти
ляции и подрыва заряда. В ряде конструкций взрывных камер применяются внутренние защитные экраны, ослабляющие удар ную волну, воздействующую на оболочку.
Значительный вклад в конструирование и расчет на проч ность металлических взрывных камер внесли Институт гидро динамики и СКВ ГИТ СО АН СССР [16]. Камеры их конструк ции на заряд в несколько килограммов ВВ, как правило, имеют толстостенную (50—100 мм) оболочку небольших раз меров (/?mai^l,5 м).
Для взрывных камер повышенной мощности используют крупногабаритные оболочки, а также комбинированные оболо чечные конструкции. Примером последней может служить ка мера в ИЭС им. Е. О. Патона, имеющая полусферический кор пус (Я= 7 м), образованный заглушенными снаружи обрезками труб.
Известно применение крупногабаритных камер для сварки металлов взрывом за рубежом. Так, в ФРГ используется ка мера объемом 600 м3. оснащенная рабочим столом размером 3X6 м [17].
Большой объем исследований проведен в НПО АНИТИМ при создании взрывных камер на базе тонкостенных крупно габаритных оболочечных конструкций. Оболочки этих камер имеют толщину 5—20 мм при диаметре 0,5—10,5 м, но для уве личения их мощности в конструкцию введены защитные экраны. Многолетняя эксплуатация взрывных камер на заряд от 0,25
до 50 кг ВВ подтвердила их высокую |
надежность |
и удобство |
||
в обслуживании. |
на базе тонкостенных |
|||
|
Методика |
расчета взрывных камер |
||
сферических |
оболочечных конструкций |
изложена |
в работах |
|
[9, |
18—20]. |
|
|
|
16.4.Промышленное применение
Вотечественном машиностроении накоплен значительный опыт плакирования взрывом и изучены служебные свойства полу чаемых биметаллических заготовок и деталей.
Непосредственное плакирование взрывом плоских изделий является высокорентабельным процессом, особенно при боль шой толщине основного слоя. В частности, освоено плакирова ние листов толщиной 70—100 мм, площадью 10—20 м2 для со судов давления ответственного назначения [13]. Биметалл тех нологичен, не требует изменения принятой на заводе технологии изготовления сосудов высокого давления. Установлено, что не посредственно плакированный взрывом биметалл (сталь 22К+ сталь 08Х18Н10Т) по комплексу изученных свойств (статиче ской, циклической, повторно-статической, термоциклической
прочности, стойкости к коррозии) не уступает биметаллу, по
лученному наплавкой, а по ряду свойств превосходит его [9]. Сепараторы пара, изготовленные из такого биметалла, успешно эксплуатируются на Билибинской АЭС с 1972 г.
Технология непосредственного плакирования взрывом дета лей со сложной криволинейной поверхностью была разработана и впервые внедрена на Ленинградском металлическом заводе при изготовлении колес радиально-осевых турбин Красноярской ГЭС [13]. Всего плакировано взрывом и эксплуатируется свыше 150 литых и профилированных лопастей рабочих колес на крупнейших гидроэлектростанциях (Чарвакской, Усть-Илим ской, Саяно-Шушенской, ГЭС Сайт 1 — Канада).
В стране разработано и внедрено несколько десятков тех нологий получения биметалла СВ, дающих положительный эф
фект. |
|
|
производству |
На заводе «Сиблитмаш» создан участок по |
|||
СВ узлов |
трения, оснащенный взрывными |
камерами конструк |
|
ции СКВ |
гидроимпульсной техники СО |
АН |
СССР. ИЭС |
им. Е. О. Патона разработан и освоен в промышленном произ водстве ряд технологий конструкционной и локальной СВ, в ча стности СВ проводов контактной сети железных доро^. В це ховых условиях во взрывной камере на Усольском заводе гор ного оборудования изготовляются сваркой взрывом сталеалю миниевые штыри электролизеров алюминия.
Гамму биметаллов различного назначения для цветной ме таллургии производит Белорусское республиканское НПО по рошковой металлургии.
Серийно по технологии Института гидродинамики и СКБ ГИТ СО АН СССР производится биметалл сталь—медь, при этом резко снижен расход меди, повышена стойкость сводов рудотермических печей.
В промышленных масштабах на трех полигонах страны (ОХМК, КМК и ГОЭЗ НПО АНИТИМ) освоено производство СВ трехслойных заготовок размером 4200X1200x125 мм с тол щиной плакирующих листов коррозионностойкой стали 12,5 мм. Технология обеспечивает круглогодичное ведение работ в по левых условиях при высоких производительности и качестве заготовок.
Номенклатура и объемы производства биметалла, полу ченного СВ, постоянно растут, что объясняется эффектив ностью его применения. Это подтверждает и зарубежный опыт.
Процесс широко используется в США, Японии, ФРГ, Шве ции, Англии и др. За рубежом применяют как непосредствен ное плакирование, так и плакирование с последующей прокат кой [6]. В 1980 г. объем производства биметалла, полученного СВ, в США, ФРГ, Швеции достиг 30—50 % от общего объема выпуска биметалла в этих странах.
16.5.Контроль качества соединений
Косновным показателям качества биметалла, полученного сваркой взрывом, относятся сплошность и прочность соедине ния, общая прочность биметалла, деформация изделия.
Сплошность соединения оценивают по данным УЗК [6, 13]. Для ответственных изделий возможно применение рентгенов ских методов контроля. Прочность сцепления слоев определяют по результатам испытания на срез и отрыв по известным мето дикам [6, 13]. Испытания на отрыв предпочтительнее из-за вол нового характера соединения. Оценку пластичности получают из испытаний на гиб с перегибом и изгиб [6]. Механические и технологические свойства биметалла определяют способами, применяемыми для определения аналогичных свойств мономе талла [9].
Сварка взрывом может вызвать значительные деформации изделий, которые оценивают общеизвестными способами и ме рительным инструментом.
Г л а в а 17 МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ СВАРКА
Магнитно-импульсная сварка (МИС) относится к способам сварки с высокоинтенсивным силовым воздействием и является одним из самых новых и перспективных технологических про цессов. Она характеризуется высокой скоростью соударения соединяемых деталей и малой длительностью процесса, ста бильностью воспроизведения рабочих режимов, высокой произ водительностью.
17.1. Общие сведения
17.1.1. Определения, терминология и основные схемы
Магнитно-импульсная сварка — сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызванного воздействием импульсного магнитного поля (ГОСТ 2601—84, СТ СЭВ 527—85).
Рнс. 17.2. Схемы МИС:
/ —метаемая деталь; 2 — неподвижная деталь; 3 — индуктор; 4. 5 — металлические обойма и оправка; б —тяга; 7 — стержень; б — опора
МИС выполняется по разным схемам (рис. 17.1 и рнс. 17.2). Сваривае мые метаемую 1 и неподвижную 2 детали с зазором 6 вводят в рабочую зону индуктора 3 (рис. 17.1, а), питаемого током от мощной батареи кон денсаторов С. При разряде конденсаторных батарей ток, протекающий через индуктор, образует в окружающем его пространстве электромагнитное поле, которое наводит вихревой ток в подвижной детали. Взаимодействие двух
Рис. 17.1. Принципиальная схема магнитно-импульсной сварочной установки:
/ —метаемая деталь; 2 — неподвижная деталь; 3 — индуктор-концентратор; 4 — центри
рующая металлическая |
оправка; б — фторопластовая втулка; З У — зарядное |
устрой |
||||
ство; |
С —емкость |
накопителя (батареи |
конденсаторов); |
Р — коммутирующее |
устрой |
|
ство |
(разрядник); |
Lc, |
^ —собственная |
индуктивность |
н сопротивление разрядного |
|
контура
встречно направленных токов приводит в движение деталь /, которая мгно венно с большой скоростью перемещается до соударения с неподвижной деталью 2, обеспечивая их сварку. При сварке индуктор устанавливают
снаружи |
(рис. |
17.2, |
б, |
г, |
е) |
или |
внутри трубчатой детали |
(при диаметре |
>25 мм) |
(рис. |
17.2, |
а, |
в, |
д) |
[1]. |
Свариваемые трубы можно |
одновременно |
приводить во встречное движение путем использования двух индукторов, включенных в цепь установки последовательно (рис. 17.2, ж) [2]. Для сварки плоских деталей по наружному и внутреннему контуру используются плос кие индукторы (рис. 17.2, э) [1]. Свариваемые детали устанавливаются либо под острым углом ао одна к другой, который создается за счет метаемой (рис. 17.2, а, б, з) или неподвижной (рис. 17.2, в, г) детали, либо взаимно параллельно (рис. 16.2, д —ж).
Основными управляемыми параметрами МИС являются энергия маг нитного импульса W , толщина метаемой детали s, зазор между неподвиж ной и метаемой деталями б, а также величина ввода метаемой детали в ра бочую зону индуктора b и длина ее метаемого участка /о-
17.1.2. Физические основы
При МИС соединение образуется в результате высокоскорост ного косого соударения свариваемых поверхностей, приводя щего к интенсивным пластическим деформациям и волнообра зованию на контактных поверхностях. Малая длительность процесса МИС и отсутствие рекристаллизации или образова ния новых фаз в зоне соединения позволяет предположить, что прочность соединения определяется числом атомов, образовав ших химические связи и релаксации упругих напряжений в той мере, в какой это необходимо для возникновения связей [3].
17.1.3. Технологические возможности
Размеры свариваемых, изделий
МИС соединяют трубчатые детали диаметром до 100 мм как между собой, так и с другими деталями, а также плоские де тали по внутреннему и наружному контуру с толщиной метае мых деталей от 0,5—2,5 мм при минимальной толщине непо движных деталей 0,3 мм. МИС сваривают алюминий АД1, алю миниевые сплавы АМц, АМг-3, АМг-5, АМг-6, медь Ml, М3, не ржавеющую сталь 12Х18Н10Т и титановый сплав 0Т4 в одно родном и разнородном сочетаниях [1—4].
Свариваемость однородных и разнородных материалов
На образование сварного соединения влияет взаимосвязь сле дующих основных динамических параметров — нормальной ско рости соударения метаемой детали vB, скорости движения точки контакта свариваемых материалов vK, нормального (ра диального) давления соударения Рк, длительность движения t и угол соударения а.
зоо