Сварка взрывом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный аэрокосмический университет имени М.Ф.Решетнева»

 

 

 

 

Кафедра: Сварка летательных аппаратов

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Тема: Сварка взрывом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка группы БТС12-01

Атакишиева Ю.О.

Проверил: профессор Козловский С.Н.

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2014

Содержание:

 

 

Введение……………………………………………………………………………3

 

Сварка взрывом……………………………………………………………………5

Технологический процесс………………………………………………………...6

Область применения………………………………………………………………9

Технико-экономические преимущества………………………………………....11

Достижения последних лет……………………………………………………….13

 

Заключение………………………………………………………………………...14

 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Сваркой называется процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

В 1802 году впервые в мире профессор физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии В.В.Петров (1761-1834гг.) открыл электрическую дугу и описал явления, происходящие в ней, а также указал на возможность её практического применения. Сварку взрывом впервые наблюдал академик М.А.Лаврентьев в 1944 году. Тогда это явление не вызвало особого интереса - шла война. Вплотную сварку взрывом стали изучать лишь 20 лет спустя. Долгие годы одной из мучительных проблем техники было соединение пар металлов: молибден - молибден, цирконий - латунь, вольфрам - стал. Возможность нетрадиционного использования энергии взрыва для соединения металлов в твердой фазе была открыта еще в начале 60 годов минувшего столетия практически одновременно в России и США. В Волгоградском техническом университете за сравнительно короткий срок была создана научная школа сварки взрывом.

На Алтае исследования процесса сварки взрывом были начаты в 1963 году. С самого начала исследования носили прикладной характер, то есть проводились применительно к разработке конкретных технологических процессов. Первая задача, которая была успешно решена, плакирование нержавеющей сталью поверхности литых лопастей рабочих колёс гидротурбин Красноярской ГЭС, имеющих переменное сечение и сложную криволинейную поверхность с площадью плакирования 3 м2. Эти колёса успешно эксплуатируются уже более 30 лет.

Количество решаемых задач непрерывно росло. Объём производимого сваркой взрывом биметалла достигал 15000 тонн в год. Приоритет в области сварки взрывом подтверждён более 100 авторскими свидетельствами и семью патентами в США, ФРГ, Франции, Швеции. Сотрудники коллектива  "Уралхиммаш" участвовали в комплексе работ по плакированию взрывом уникальных крупногабаритных изделий (лопасти турбин Красноярской, Чарвакской, Саяно-Шушенской ГЭС, ГЭС Сайт 1 (Канада), трубные решётки весом до 40 т, барабаны сепараторы пара Билибинской и Чернобыльской АЭС и др.).

В настоящее время научный потенциал имеет возможность выполнения любого заказа по производству биметаллов и плакированию готовых изделий.

На сегодняшний день разработано и освоено свыше 20 технологий производства биметалла и плакирования изделий. Имеется практическая возможность производить сваркой взрывом листы биметалла неограниченной площади, объединяющие в себе любые пары металлов, плакировать готовые детали и заготовки. Возможна, например, сварка закалённой броневой стали с алюминием. Разработанные технологии основаны на использовании простейшего бинарного взрывчатого вещества (ВВ), составные части которого аммиачная селитра и дизельное топливо по отдельности не относятся к ВВ и только после смешивания на месте работ становятся взрывчатыми веществами. 

В период с 1987 по 1990 годы  были произведены работы по созданию производства коррозионно-стойких электросварных и бесшовных труб. Технология предусматривала получение сваркой взрывом двух или трёхслойной заготовки, прокатки её в штрипс и последующую сварку труб. Технология была успешно апробирована при выпуске опытных партий труб на Выксунском, Северском и Челябинском трубопрокатном заводах, Новосибирском металлургическом заводе.

В последующие годы в стране стали применяться: сварка ультразвуком, электронно-лучевая, плазменная, диффузионная, холодная сварка, сварка трением и др.

Сварка во многих случаях заменила такие трудоёмкие процессы изготовления конструкций, как клёпка и литьё, соединение на резьбе и ковка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сварка взрывом

 

    Было замечено, что при взрывах разлетающиеся куски металла, ударяясь об окружающие металлоконструкции, иногда прочно привариваются к ним. Проведенные исследования позволили создать промышленно пригодный способ сварки взрывом. Сущность же сварки взрывом сводится к тому, что ударяющаяся или привариваемая заготовка с большой скоростью бросается к детали, на которую определённым образом воздействует удар. При этом скорость движения ударяющей детали должна к моменту соударения обязательно достигать нескольких сотен метров в секунду, что практически равносильно скорости снаряда огнестрельного оружия.

Когда происходит соударение соединяемых между собой деталей, в этом месте металл расплавляется и течёт подобно обычной жидкости. Спустя какое-то время, свариваемые детали сливаются в единое целое, образуя в результате монолитную конструкцию. Следует отметить, что ударяющая заготовка бросается на другую деталь посредством взрывчатого вещества. В свою очередь, вес данного вещества должен составлять не менее десяти – двадцати процентов веса самой ударяющей заготовки. Ударяемая же деталь может иметь абсолютно любую массу.

В случаях, когда ударяемая деталь имеет недостаточную массу, способную выдержать сильный удар, её укладывают на специальное массивное основание. Подобным образом происходит увеличение ударяемой массы детали, что существенно увеличивает применении энергии, возникающей вследствие взрыва. Если в этом возникает необходимость, то ударяемую деталь не только укладывают на массивное основание, но и прикрепляют к нему посредством особых крепёжных элементов. В результате ударяемая деталь, наряду с увеличением веса, получает и дополнительную устойчивость.

определение:

Сварка взрывом — сварка, при которой соединение образуется за счет совместной пластической деформации в результате вызванного взрывом соударения быстродвижущихся деталей. Кинетическая энергия соударения соединяемых частей затрачивается на работу совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к образованию сварного соединения. При этом часть работы пластической деформации переходит в теплоту, которая может разогревать металл в зоне соединения до высоких температур, вплоть до плавления локальных объемов. Это сравнительно новый перспективный технологический процесс, позволяющий получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими способами затруднена.

 

Технологический процесс

 

    Сварка взрывом — процесс получения соединения под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ). Принципиальная схема сварки взрывом приведена на рис. 1. Неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом α = 2–16° на заданном расстоянии h = 2–3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд ВВ 2. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5. При возбуждении с помощью детонатора заряда ВВ по нему распростроняется фронт детонационной волны со скоростью детонации D, составляющей 2000-8000 м/с (детонация — процесс разложения ВВ с выделением газа и тепла). Образующиеся позади фронта детонации газообразные продукты взрыва в начальный период создают давление 100-200 Гпа,сохраняя в течение короткого времени по инерции прежний объем ВВ, а затем со скоростью 0,5-0,75D расширяются, сообщая находящемуся под ним участку металла импульс движения. Под действием этого импульса объемы заготовки последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной части металла и с большой скоростью соударяется с ней. При установившемя процессе метаемая пластина на некоторой длине дважды перегибается, ее наклонный участок по углом движется со скоростью D за фронтом детонационной волны. При соударении из вершин угла выносятся тонкие поверхностные слои, окислы и загрязнения. То есть в месте соударения возникает эффект кумуляции — из зоны соударения выбрасывается с очень высокой скоростью кумулятивная струя, состоящая из металла основания и облицовки. Эта струя обеспечивает очистку свариваемых поверхностей в момент, непосредственно предшествующий их соединению. Со свариваемых поверхностей при обычно применяемых режимах сварки удаляется слой металла суммарной толщиной 1–15 мкм. Высокоскоростное соударение метаемой части металла с неподвижной пластиной вызывает течение металла в их поверхностных слоях. Поверхности сближаются до рассояния действия межатомных сил сцепления и происходит схватывание по всей площади соединения с характерной волнообразной границей раздела соединяемых деталей. Продолжительность сварки взрывом не превышает несколько микросекунд. Прочность соединений, выполняемых сваркой взрывом, выше прочности соединяемых деталей. Это объясняестя упрочнением тонких слоев металла , прилегающих к соседним поверхностям, при их пластической деформации. Исследование пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки показало, что прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал, и в частности в зоне инициирования взрыва, прочного соединения не было получено. Очевидно, что «лобовой» удар метаемой пластины в основание без тангенциальной составляющей скорости и сдвиговой деформации в зоне соединения не приводит к сварке.

Рис. 1. Угловая схема сварки взрывом до начала (а) и на стадии взрыва (б)

Вторым примером использования сварки взрывом могут служить стыки соединяемых труб.  Применяется телескопический или нахлесточный стык (см рис.2), где 1 и 2 - соединяемые трубы, 3 - взрывчатка, 4 - детонатор. Взрывчатка располагается по стыку кольцеобразной полосой. Для устранения смятия труб при взрыве может быть применен достаточно прочный сердечник (не показан на рисунке).

Рис.2. Соединение труб сваркой взрывом.

В современных процессах металлообработки взрывом применяют заряды ВВ массой от нескольких граммов до сотен килограммов. Большая часть энергии, выделяющейся при взрыве, излучается в окружающую среду в виде ударных волн, сейсмических возмущений, разлета осколков. Воздушная ударная волна — наиболее опасный поражающий фактор взрыва. Поэтому сварку взрывом производят на полигонах (открытых и подземных), удаленных на значительные расстояния от жилых и промышленных объектов, и во взрывных камерах (см. рис. 3).

Рис. 3. Общий вид камеры для сварки взрывом

 

 

Сварка взрывом применяется для плакирования стержней и труб, внутренних поверхностей цилиндров и цилиндрических изделий  При плакировании стержней трубу 1 (рис.4, а) устанавливают с зазором на стержень 2. Внутреннюю поверхность трубы и наружную поверхность стержня механически обрабатывают и обезжиривают. На наружную поверхность трубы помещают заряд взрывчатого вещества 3, инициирование которого производят по всему сечению одновременно так, чтобы взрыв распределялся по заряду нормально его оси. Для создания такого фронта используют конус из ВВ с детонатором 4 в его вершине. Для изоляции зазора от продуктов детонации и центрирования трубы относительно стержня в верхней ее части устанавливается металлический конус 5. В случае плакирования трубных заготовок 6 внутрь их устанавливается стержень 2. Толщина плакирующей трубы может быть от 0,5 до 15 мм, а диаметр теоретически не ограничивается.

При плакировании внутренних поверхностей используется схема, показанная на рис. 4, б. Она предусматривает размещение плакируемой трубы 1 в массивной матрице 2. Внутрь трубы 1 с зазором устанавливают плакирующую трубу 3 с зарядом ВВ 4, инициируемого детонатором 5. Для внутреннего плакирования крупногабаритных труб и цилиндрических изделий ответственного назначения применяют вместо массивной матрицы 2 дополнительный заряд, расположенный на наружной поверхности плакируемого цилиндра и взрываемый одновременно с внутренним зарядом.

Рис.4 Схема плакирования взрывом стержня(а) и внутренней поверхности трубы(б).