Сварка взрывом это: технология, плюсы и минусы, техника безопасности

Детонирующая система может быть установлена в одной точке края, в нескольких точках или вдоль линии. Например, при сварке двух плоских прямоугольных деталей линия детонации устанавливается по ширине края плакирующей детали.

После окончания процесса сварки важно убедиться, что на плакирующей детали не осталось невзорвавшегося вещества. Для этого поверхность детали очищается механически и обрабатывается нейтрализующими пирозаряд реагентами.

Счищенные остатки сгоревшего пирозаряда утилизируются как взрывоопасные вещества, при необходимости подвергаясь контрольной детонации.

Оценка качества соединений

Качество сварки взрывом оценивается по следующим критериям:

• прочность;
• сплошность;
• окисляемость;
• равномерность соединения;
• чувствительность к воздействию тепла и удара.

Прочность соединения плоских деталей в композитных изделиях оценивается испытанием на изгиб и перегиб – при изгибе сваренные детали не должны смещаться относительно друг друга и толщина в месте соединения не должна увеличиваться.

Сплошность – это качество соединения деталей из разных материалов, проверяется ультразвуковым дефектоскопом. Окисляемостью называют наличие окисной пленки вследствие теплового воздействия на поверхность плакирующей детали. Допустимость и максимальная толщина такой пленки зависит от конкретных деталей и назначения готового изделия. Под равномерностью подразумевается отсутствие типичных для сварки дефектов – раковин, наплывов по краям и т. д.

Достоинства и недостатки метода

К плюсам сваривания деталей взрывом с использованием пирозаряда можно отнести:

• высокую скорость сварки;
• возможность сваривания деталей из разных поверхностей;
• возможность сваривать детали в труднодоступных местах;
• высокую однородность и прочность соединения при малой диффузии.

Равномерно нанесенное взрывчатое вещество соединяет хорошо обработанные детали с одинаковой прочностью по всей площади в отличие от обычной сварки, где большое влияние имеет человеческий фактор.

Кроме того, отсутствие необходимости касания поверхностей электродом и зрительного наблюдения за процессом дает возможность соединять тонкие детали сложной формы в узких полых пространствах.

К минусам метода сварки взрывом относят:

• сложность технологической подготовки;
• повышенную опасность;
• неприменимость способа для легкоплавких и горючих деталей.

Несмотря на высокую скорость самого процесса сваривания, подготовка может занимать значительное время. При этом использование взрывчатого вещества создает высокий риск повреждения деталей температурой или ударной волной, поэтому перед свариванием новых материалов нужно подбирать подходящее вещество для пирозаряда и толщину его нанесения опытным путем.

Сварка взрывом видео

Когда разговор заходит о таком технологическом процессе, как сварка взрывом, необходимо понимать, что взрыв на самом деле в нем присутствует, но основа всего процесса – это резкое смещение двух металлических заготовок относительно друг друга. Скорость настолько большая, что между заготовками появляется огромное давление, соединяющее их на молекулярном уровне. Эта сварочная технология появилась в середине прошлого столетия, и ее сразу же стали использовать, особенно для соединения металлов, которые другими видами сварки невозможно было состыковать.

Технология сварки взрывом

Необходимо отметить, что по чисто технологической составляющей сварка взрывом относится к механическому соединению металлов. Выделяемая при взрыве тепловая энергия (она же является и химической энергией) под действием большого количества газов превращается в механическую. То есть, под действием взрыва происходит смещение одной заготовки, на которую был он направлен, относительно другой.

Скорость смещения заготовки огромна. Сами детали устанавливаются под определенным углом относительно друг друга, одна из них закреплена прочно к несущей конструкции. При смещении контакт происходит по линии, а не по всей поверхности контакта. При такой скорости выделяется кинетическая энергия, которая образуется в процессе трения одной металлической заготовки о другую. С помощью этого вида энергии происходит деформация верхних слоев металла на обеих заготовках. То есть, происходит сваривание.

Основное условие качества сварочного шва – это необходимая скорость, придаваемая незакрепленной заготовке взрывом. Скорость должна быть определенного значения, меньший или повышенный показатель – это низкое качество конечного результата.

Подготовительный этап

Итак, для проведения сварки взрывом потребуются две металлические заготовки, взрывчатое вещество с детонатором, фундамент, на который закрепляется неподвижная деталь. Сам процесс сварки будет зависеть от габаритов деталей, от их формы (листовая или цилиндрическая), марки металла, его структуры (монолит или многослойность). Обязательно в процессе учитывается расстояние между свариваемыми деталями и угол наклона между ними же.

Конечно, проводя сварочный процесс, необходимо учитывать все условия. Но технология одинаковая для любых изделий с некоторыми изменениями в плане величин заряда.

• Неподвижную деталь необходимо установить на массивную плиту. Это может быть железобетон или металл, песок или дробь. После каждого взрыва основание разрушается или деформируется. Кстати, два последних материала лучше всех поддаются ремонту. С ними и проблем меньше. Металлическую плиту можно использовать для сварки несколько раз.
• Подвижную заготовку устанавливают относительно неподвижной под углом 3-10 градусов. Зазор между ними – 2-10 мм.
• На поверхность подвижной детали равномерно укладывается взрывчатое вещество, как показано на видео. Равномерность укладки – основной принцип качества взрыва. Именно оно позволяет избежать смещений и изгибов самой подрываемой детали.
• В качестве взрывного вещества можно использовать достаточно широкую линейку взрывчатых материалов. К примеру, тол, аммонал, гексоген и прочие.

Установка взрывчатки – очень важный этап, касающийся сварки. Для того чтобы установка прошла точно, необходим специальный контейнер, изготовленный из прочного картона. По сути, это коробка без крышки, в днище которой делаются отверстия. Именно последние и создают плотное соприкосновение взрывчатки с плоскостью подвижной детали. Сама коробка точно должна повторять размеры плоскости подвижной детали, как показано на видео.

И последний этап – это установка детонатора. Все готово, можно производить взрыв. Как только прошла активация взрывчатого вещества, образуется взрывная волна, у которой скорость распространения составляет 2000-8000 м/с. Диапазон достаточно большой, потому что многое будет зависеть от химического состава взрывчатки, а также от физического ее состояния (влажность, плотность и так далее).

Трудности взрывного процесса

Основная трудность – это хранение и использование взрывчатки. Любой взрыв – это негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому сварка взрывом производится на открытых полигонах, которые располагаются далеко от промышленных и жилых построек, а также в районах сейсмически безопасных, как показано на видео. Если использовать данную технологию для сварки небольших деталей, то ее можно применять в специальных металлических камерах (см. видео) или в подземных укрепленных помещениях.

Как и в случае с другими видами сварки, при соединении взрывом нужно обязательно зачистить места стыковки деталей. Это зачистка до металлического блеска, плюс обезжиривание растворителем.

И еще одна достаточно серьезная трудность, встречаемая при сварке взрывом – это точно соблюсти все технологические величины. Как показала практика, в основном используются экспериментальные способы подбора. Все дело в том, что взрыв – процесс моментальный, остановить его в какой-то определенный момент невозможно, а значит, и изучить его не под силу пока. Именно поэтому автоматизировать этот сварочный процесс не получается.

Сварка взрывом дает возможность соединять между собой любые детали из любых металлов. Однако высокая тепловая энергия, выделяемая при взрыве, может изменить структуру мягких металлов. Обычно происходит диффузия в зоне сваривания, что приводит к снижению качества сварного шва. И если в дальнейшем конструкция из соединенных металлов будет при эксплуатации подвергаться нагрузке высокими температурами, то прочность соединения постепенно снизится до нуля. А это разрушение конструкции в целом.

Поэтому в технологию сварки взрывом вносятся изменения. А именно между свариваемыми заготовками устанавливаются пластины из металлов, которые при взрыве не вступают в химическое взаимодействие с основными заготовками. К примеру, сварка взрывом между сталью и титаном может привести к тем самым ослабевающим последствиям. Поэтому между ними укладываются пластины из ванадия, ниобия или тантала.

И все же сварка при помощи взрыва сегодня для некоторых позиций – единственно возможный вариант соединения. Поэтому эту технологию используют, ее изучают и усовершенствуют. Обязательно посмотрите видео, где показано технология сварки взрывом.

Поделись с друзьями

0

0

0

0

Сварка взрывом — уникальный метод создания биметаллических конструкций

Для соединения металлов с разными теплофизическими характеристиками требуются особые условия, которые не всегда можно получить путем применения стандартных сварочных технологий. Например, для прочной связи алюминия и стали необходимо создать сверхвысокое давление в месте их контакта, что позволяет реализовать только сварка взрывом. Этот метод имеет достаточно специфические требования к рабочей среде и расходным материалам. Вместе с тем, для некоторых сфер промышленности он является незаменимым, поскольку работает там, где другие варианты оказываются бессильны.

История возникновения и сфера применения технологии

Идея создания металлических соединений взрывным методом впервые возникла в период Второй мировой войны, когда были обнаружены гильзы отработанных снарядов, приваренные к другим металлическим конструкциям. При этом соединение было таким же прочным, как и у однородных материалов.

Спустя десятилетие американская химическая компания «Дюпон» стала целенаправленно использовать сварку взрывом для получения биметаллических изделий, которые отличались высокой стойкостью к коррозии и механическим нагрузкам. Таким образом, удалось поставить на поток производство материалов со значительно увеличенным сроком службы.

Поскольку взрывная технология позволяет получить композиты, способные более 30 лет сохранять свои свойства в достаточно агрессивных условиях, сегодня она активно применяется в нефтехимической промышленности для плакирования листовых и цилиндрических деталей (стержней, труб, емкостей). Кроме того, такой метод используется при изготовлении термостойких и коррозиестойких конструкций для литейного производства, машиностроения и судостроения.

Так выглядит биметаллическая деталь

Как выполняется сварка взрывом

Чтобы из разнородных деталей получить цельное изделие, реализуют следующий алгоритм:

1. Основной металл размещают на неподвижном основании.
2. Сверху на небольшом расстоянии укладывают плакирующий металл, который покрывают равномерным слоем взрывчатого вещества (ВВ).
3. При детонации ВВ происходит взрыв, фронт которого распространяется от одного края заготовки к другому.
4. В результате взрывного воздействия плакирующий элемент получает сверхвысокую кинетическую энергию, что приводит к образованию усилия, достигающего нескольких сотен килотонн.
5. Соударение соединяемых материалов вызывает нагрев поверхности слоев и образование струи плазмы, что приводит к обмену электронами и получению прочных связей.

Физика данного процесса несколько схожа с процессом электронно-лучевой сварки, где за счет высокой кинетической энергии электроны проникают вглубь металлической поверхности, вызывая ее нагрев. Однако если при реализации ЭЛС источником энергии является луч высокой мощности, то в данном случае электронный обмен достигается за счет энергии, высвобождаемой при детонации ВВ. Кстати, подробнее про электронно-лучевую технологию можно прочитать здесь.

Надежность видна невооруженным взглядом

Прочность сварного соединения по большому счету зависит от количества и скорости детонации взрывчатого вещества. Данные показатели обычно подбирают экспериментальным путем, при этом негативный эффект может иметь как нехватка, так и переизбыток ВВ. Также для улучшения прочности конструкции между основными материалами иногда вставляют тонкую прослойку из ванадия, ниобия или тантала, которая во время эксплуатации не поддается коррозии и способствует сохранению цельности сварного шва.

Как это делают на западе (en) :

Специфические особенности сварочного процесса

В теории, взрывная методика получения биметаллических связей не отличается большой сложностью, однако на практике ее реализация зачастую затруднена. Связано это с пагубным влиянием ударной волны на окружающую среду и необходимостью хранения взрывчатых веществ. Для соблюдения безопасности процесса подобные работы проводят на полигонах, расположенных в районах с невысокой сейсмической активностью. Если свариваемые детали имеют небольшие габариты, допускается применение специальных камер, стены которых должны выдерживать нагрузку, создаваемую ударной волной.

Как уже отмечалось, подбор количества взрывчатого вещества осуществляют экспериментально. Очень сложно произвести точные расчеты, так как нельзя просто остановить или замедлить процесс на определенном этапе, чтобы подробно его исследовать и выработать определенную схему. Поэтому к каждому изделию применяется индивидуальный подход, что делает невозможной автоматизацию работы.

Учитывая сложность реализации подобной технологии, ее применяют только в тех случаях, когда взрыв является единственной возможностью соединения двух металлов. В иной ситуации технологи отдают предпочтение более доступным методам сварки, среди которых MAG, FCAW и TIG, выполняемые в среде защитного газа. Например, TIG-сварка тоже позволяет создавать биметаллические изделия, однако для этого очень важно осуществить правильный подбор газовой смеси. Подробнее о видах и ценах на сварочные газы можно узнать по этой ссылке.

Сварка взрывом — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Сварка взрывом, или взрывная сварка — метод сварки на основе использования энергии взрыва; разновидность обработки металлов взрывом^[1].

При сварке взрывом привариваемая (подвижная) деталь располагается под углом к неподвижной детали-мишени (основанию) или параллельно ей (в большинстве случаев) и приводится в движение контролируемым взрывом, в результате чего с большой скоростью соударяется с ней; соединение образуется за счет совместной пластической деформации поверхностей.

При этом из-за скоротечности процесса не успевает развиваться объемная диффузия, вследствие чего этот вид сварки применим для соединения разнородных металлов и сплавов. Перед сваркой детали должны зачищаться до металлического блеска и быть обезжирены.

Сварка взрывом применяется для соединения деталей из разнородных металлов^[2], в частности для плакирования^[3].

Способ плакирования криволинейных поверхностей сваркой взрывом разработан в Алтайском научно-исследовательском институте технологии машиностроения^[4][5][6].

В качестве взрывных веществ используются насыпные вещества: гранулотол, гранулит, аммониты, аммонал, аммиачная селитра, гексоген.

Примечания

Литература

Ссылки

Что такое сварка взрывом?

Сварка взрывом (EXW) — это процесс металлообработки, который иногда также называют сваркой взрывом или наплавкой взрывом. EXW, рассматриваемый как твердотельный процесс, позволяет соединять два разных типа металлов вместе с чистым герметичным сварным швом. Это делается без нагрева любого типа металла до точки плавления и без нарушения их первоначальных свойств. Это достигается, когда скорость от контролируемых детонаций используется для создания атомной связи, что часто невозможно, если бы использовались другие процессы сварки.Исторически этот процесс не был одним из самых широко используемых, но часто считается специальным.

Worker

EXW — это сварочный процесс, который был внедрен во второй половине 20 века. Говорят, что идея сварки взрывом была вдохновлена ​​событиями Первой мировой войны.Считается, что этот процесс возник в результате наблюдений за тем, как осколки приваривались к солдатской броне.

Сварка взрывом считается твердотельным процессом, потому что два разных металла можно соединить, не достигнув точки плавления.Одним из основных преимуществ EXW является то, что его можно использовать для сварки практически любой пары металлов и большинства сплавов. Эта возможность важна, потому что многие пары металлов или сплавов считаются несовместимыми, если сварка проводится с использованием других процессов.

Сварочный шов в процессе EXW достигается за счет использования энергии, вырабатываемой в результате контролируемых взрывов.Сила от этих взрывов заставляет внешние слои каждой металлической поверхности принимать плазмоподобную форму, которая допускает слияние. Хотя ни один из предметов не достигает точки плавления, поверхности могут казаться расплавленными, и обычно выделяется некоторое количество тепла. Частично тепло выделяется из-за удара двух поверхностей.

Сварка взрывом дает несколько заметных преимуществ.Во-первых, металлы не теряют своих первоначальных индивидуальных свойств. Во-вторых, соединение, полученное в результате этого взрывного процесса, имеет тенденцию быть исключительно чистым и герметичным. В-третьих, процесс выполняется очень быстро и может применяться на больших поверхностях.

В последующие десятилетия после ее появления сварка взрывом в целом стала считаться более специализированным процессом.Использование этого метода считается минимальным по сравнению с его потенциалом. Частично это может быть связано с тем, что этот процесс требует обширных знаний о взрывчатых веществах, которых нет у многих рабочих-металлистов.

.

Процесс сварки взрывом, использует взрывную детонацию в качестве источника энергии для создания металлургической связи между металлическими компонентами

Принцип

Подготовка: Первым этапом операции облицовки является подготовка двух поверхностей, которые необходимо склеить вместе. Эти поверхности шлифуются или полируются для достижения однородной чистоты поверхности с шероховатостью Ra 3 мкм
(140 RMS) или ниже, в зависимости от комбинации металлов и толщины.

Монтаж: плакирующего пластина расположена параллельно и выше опорной плиты, на расстоянии зазора, который был предварительно определенной для комбинации конкретных металлов, которые соединены.Это расстояние выбрано для обеспечения того, чтобы пластина оболочки сталкивалась с пластиной основания после ускорения до определенной скорости столкновения. Расстояние зазора обычно варьируется от 0,5 до 4-кратной толщины листа облицовки в зависимости от выбора параметров удара. Ограниченный допуск скорости столкновения приводит к аналогичному контролю допуска расстояния зазора.

Расстояние зазора регулируется опорными прокладками на краях пластины и внутри по мере необходимости. Внутренние защитные устройства рассчитаны на потребление струей.

Рамка для сдерживания взрывчатых веществ размещена по краям металлической пластины оболочки. Высота рамы установлена ​​так, чтобы в ней содержалось определенное количество взрывчатого вещества, обеспечивающее выделение определенной энергии на единицу площади.

Операция связывания: Состав и тип взрывчатого вещества выбираются для получения определенного энерговыделения и определенной скорости детонации (скорости, с которой фронт детонации проходит через слой взрывчатого вещества). Скорость детонации должна быть дозвуковой по отношению к акустическим скоростям металлов.

Взрывчатое вещество, обычно гранулированное, равномерно распределяется по поверхности облицовочной плиты, заполняющей защитную рамку. Он воспламеняется в заданной точке на поверхности пластины с помощью высокоскоростного взрывного ускорителя. Детонация распространяется от точки инициирования по поверхности пластины с заданной скоростью детонации. Расширение газа при взрыве взрывчатого вещества ускоряет пластину оболочки через зазор зазора, что приводит к угловому соударению с заданной скоростью столкновения.Результирующий удар создает очень высокое локальное давление в точке столкновения.

Эти давления распространяются от точки столкновения с акустической скоростью металлов. Поскольку столкновение движется вперед с дозвуковой скоростью, на непосредственно приближающихся соседних поверхностях создаются давления, достаточные для того, чтобы отколоть тонкий слой металла от каждой поверхности и выбросить его струей. Поверхностные загрязнения, оксиды и примеси удаляются струей. В точке столкновения вновь созданные чистые металлические поверхности сталкиваются под высоким давлением в несколько ГПа.Хотя при взрыве взрывчатого вещества выделяется много тепла, для передачи тепла металлам нет времени. В результате получается идеальная связь металл-металл без плавления или диффузии.

Индустриализация

Процесс плакирования взрывом обычно используется для плоских листов. Этот процесс также может быть использован для изготовления концентрически связанных труб и труб. В оболочке трубы взрывчатое вещество может быть размещено внутри канала или снаружи внешней трубы, в зависимости от диаметра, толщины стенки и других факторов.Процесс не подходит для облицовки поверхностей сложной формы. Когда требуются фасонные изделия, такие как головки, оболочка изготавливается в виде плоской пластины, которой после склеивания формуют изделие требуемой конфигурации.

Покрытие и основные металлы

На приведенном выше рисунке показан широкий спектр комбинаций, которые могут быть получены с помощью взрывного соединения.

Общие размеры листов облицовки

Общие размеры облицовки обычно ограничиваются только наличием плоского металлического листа или пластины и транспортными ограничениями.Максимальный размер пластины также может быть ограничен пределами детонации взрывчатых веществ, такими как шум и ограничения окружающей среды. Редко размер ограничен ноу-хау в области облицовки. Обычно могут производиться пластины следующих максимальных размеров:

• Длина 12000 мм
• Ширина 5000 мм
• Толщина основания 500 мм
• Толщина покрытия 25 мм
• Площадь 35 м²

Производство

Плакированный металл можно легко формовать и сваривать при необходимости создания технологического оборудования.Многие производители оборудования по всему миру обладают обширным опытом и ноу-хау в этой области. Формовка головки и оболочки и сварка плакированных листов хорошо известны производителям, специализирующимся на плакировании.

Общие соображения

Для многих применений, особенно для больших сосудов под давлением, предназначенных для высоких температур и давлений, стальная конструкция, плакированная титаном или цирконием, может быть очень экономичной по сравнению с прочной конструкцией. Стоимость тантала настолько высока, что плакированная конструкция является единственной экономичной альтернативой для большинства технологического оборудования.Кроме того, тантал не признан, по крайней мере, Кодексом ASME в качестве конструкционного материала, что ограничивало бы его применение, даже если бы экономические показатели прочной конструкции были благоприятными.

Плакировка должна быть более экономичной, чем сплошная конструкция, у которой толщина стенок превышает 19–32 мм для титана и от 16 до 19 мм для циркония.

Для титана или циркония обычно указывается минимальная толщина футеровки 2,0 мм, исходя из опасений по поводу загрязнения железа из материала основы из-за нагрева при сварке или прожига, если сварщик неосторожен.Использование более тонкой футеровки, безусловно, возможно при тщательном выборе процесса сварки и параметрах сварки, выбранных таким образом, чтобы минимизировать проплавление, но экономия средств настолько минимальна, что от этой практики по большей части отказались.

Тантал обычно используется толщиной 1,0 мм. Из-за высокой стоимости и более высоких температур плавления в танталовой оболочке часто используется медная прослойка, которая отводит тепло и сводит к минимуму риск загрязнения сварных швов даже при очень тонких гильзах.

Конструкция с плакировкой становится относительно более дорогой, если есть больше деталей, таких как сопла и отверстия, требующие значительного детального изготовления.Облицовка может быть очень низкой для больших непрерывных поверхностей.

Твердая конструкция может быть лучше, если требуется гладкая внутренняя поверхность, поскольку обычные детали конструкции из планок обрешетки приводят к неровной поверхности.

Преимущества плакированной конструкции

• Основная причина облицовки — экономия.
Оболочка
• также позволяет наносить титан или цирконий при температурах, превышающих их расчетные, допустимые в конструкции кода.

Недостатки плакированной конструкции

• Угловым сварным швам, используемым для выполнения соединений в самой гильзе, присуща структурная слабость. Самый большой недостаток заключается в том, что при выходе из строя одного из этих сварных швов коррозионные соединения выделяются по всему материалу основы. Это может привести к необнаруженной коррозии. Кроме того, жидкие загрязнения за футеровкой делают качественный ремонт очень трудным, если не невозможным. Свободные футеровки обычно не подходят для работы в вакууме.
• Плакированная конструкция по своей сути сложна по сравнению с прочной конструкцией, особенно в конструкциях с множеством сопел, насадок или сложных внутренних устройств.
• По крайней мере, из титана облицованное оборудование может быть тяжелее, чем сплошная конструкция, что может увеличить стоимость фундаментов и опор и может быть учтено, например, в некоторых критических по весу приложениях на морских платформах.
• Внешний вид облицованного сосуда может потребовать покраски и подкраски, а также постоянного обслуживания системы окраски.

Источник (частично): Dynamic Materials Corporation и Titanium Fabrication Corporation

Большой сосуд высокого давления с титановым покрытием

.

Взрыв — Склеивание — Плакировка — Сварка

Принцип

Подготовка: Первым этапом операции облицовки является подготовка двух поверхностей, которые необходимо склеить вместе. Эти поверхности шлифуются или полируются для достижения однородной чистоты поверхности с шероховатостью Ra 3 мкм
(140 RMS) или ниже, в зависимости от комбинации металлов и толщины.

Монтаж: плакирующего пластина расположена параллельно и выше опорной плиты, на расстоянии зазора, который был предварительно определенной для комбинации конкретных металлов, которые соединены.Это расстояние выбрано для обеспечения того, чтобы пластина оболочки сталкивалась с пластиной основания после ускорения до определенной скорости столкновения. Расстояние зазора обычно варьируется от 0,5 до 4-кратной толщины листа облицовки в зависимости от выбора параметров удара. Ограниченный допуск скорости столкновения приводит к аналогичному контролю допуска расстояния зазора.

Расстояние зазора регулируется опорными прокладками на краях пластины и внутри по мере необходимости. Внутренние защитные устройства рассчитаны на потребление струей.

Рамка для сдерживания взрывчатых веществ размещена по краям металлической пластины оболочки. Высота рамы установлена ​​так, чтобы в ней содержалось определенное количество взрывчатого вещества, обеспечивающее выделение определенной энергии на единицу площади.

Операция связывания: Состав и тип взрывчатого вещества выбираются для получения определенного энерговыделения и определенной скорости детонации (скорости, с которой фронт детонации проходит через слой взрывчатого вещества). Скорость детонации должна быть дозвуковой по отношению к акустическим скоростям металлов.

Взрывчатое вещество, обычно гранулированное, равномерно распределяется по поверхности облицовочной плиты, заполняющей защитную рамку. Он воспламеняется в заданной точке на поверхности пластины с помощью высокоскоростного взрывного ускорителя. Детонация распространяется от точки инициирования по поверхности пластины с заданной скоростью детонации. Расширение газа при взрыве взрывчатого вещества ускоряет пластину оболочки через зазор зазора, что приводит к угловому соударению с заданной скоростью столкновения.Результирующий удар создает очень высокое локальное давление в точке столкновения.

Эти давления распространяются от точки столкновения с акустической скоростью металлов. Поскольку столкновение движется вперед с дозвуковой скоростью, на непосредственно приближающихся соседних поверхностях создаются давления, достаточные для того, чтобы отколоть тонкий слой металла от каждой поверхности и выбросить его струей. Поверхностные загрязнения, оксиды и примеси удаляются струей. В точке столкновения вновь созданные чистые металлические поверхности сталкиваются под высоким давлением в несколько ГПа.Хотя при взрыве взрывчатого вещества выделяется много тепла, для передачи тепла металлам нет времени. В результате получается идеальная связь металл-металл без плавления или диффузии.

Индустриализация

Процесс плакирования взрывом обычно используется для плоских листов. Этот процесс также может быть использован для изготовления концентрически связанных труб и труб. В оболочке трубы взрывчатое вещество может быть размещено внутри канала или снаружи внешней трубы, в зависимости от диаметра, толщины стенки и других факторов.Процесс не подходит для облицовки поверхностей сложной формы. Когда требуются фасонные изделия, такие как головки, оболочка изготавливается в виде плоской пластины, которой после склеивания формуют изделие требуемой конфигурации.

Покрытие и основные металлы

На приведенном выше рисунке показан широкий спектр комбинаций, которые могут быть получены с помощью взрывного соединения.

Общие размеры листов облицовки

Общие размеры облицовки обычно ограничиваются только наличием плоского металлического листа или пластины и транспортными ограничениями.Максимальный размер пластины также может быть ограничен пределами детонации взрывчатых веществ, такими как шум и ограничения окружающей среды. Редко размер ограничен ноу-хау в области облицовки. Обычно могут производиться пластины следующих максимальных размеров:

• Длина 12000 мм
• Ширина 5000 мм
• Толщина основания 500 мм
• Толщина покрытия 25 мм
• Площадь 35 м²

Производство

Плакированный металл можно легко формовать и сваривать при необходимости создания технологического оборудования.Многие производители оборудования по всему миру обладают обширным опытом и ноу-хау в этой области. Формовка головки и оболочки и сварка плакированных листов хорошо известны производителям, специализирующимся на плакировании.

Общие соображения

Для многих применений, особенно для больших сосудов под давлением, предназначенных для высоких температур и давлений, стальная конструкция, плакированная титаном или цирконием, может быть очень экономичной по сравнению с прочной конструкцией. Стоимость тантала настолько высока, что плакированная конструкция является единственной экономичной альтернативой для большинства технологического оборудования.Кроме того, тантал не признан, по крайней мере, Кодексом ASME в качестве конструкционного материала, что ограничивало бы его применение, даже если бы экономические показатели прочной конструкции были благоприятными.

Плакировка должна быть более экономичной, чем сплошная конструкция, у которой толщина стенок превышает 19–32 мм для титана и от 16 до 19 мм для циркония.

Для титана или циркония обычно указывается минимальная толщина футеровки 2,0 мм, исходя из опасений по поводу загрязнения железа из материала основы из-за нагрева при сварке или прожига, если сварщик неосторожен.Использование более тонкой футеровки, безусловно, возможно при тщательном выборе процесса сварки и параметрах сварки, выбранных таким образом, чтобы минимизировать проплавление, но экономия средств настолько минимальна, что от этой практики по большей части отказались.

Тантал обычно используется толщиной 1,0 мм. Из-за высокой стоимости и более высоких температур плавления в танталовой оболочке часто используется медная прослойка, которая отводит тепло и сводит к минимуму риск загрязнения сварных швов даже при очень тонких гильзах.

Конструкция с плакировкой становится относительно более дорогой, если есть больше деталей, таких как сопла и отверстия, требующие значительного детального изготовления.Облицовка может быть очень низкой для больших непрерывных поверхностей.

Твердая конструкция может быть лучше, если требуется гладкая внутренняя поверхность, поскольку обычные детали конструкции из планок обрешетки приводят к неровной поверхности.

Преимущества плакированной конструкции

• Основная причина облицовки — экономия.
Оболочка
• также позволяет наносить титан или цирконий при температурах, превышающих их расчетные, допустимые в конструкции кода.

Недостатки плакированной конструкции

• Угловым сварным швам, используемым для выполнения соединений в самой гильзе, присуща структурная слабость. Самый большой недостаток заключается в том, что при выходе из строя одного из этих сварных швов коррозионные соединения выделяются по всему материалу основы. Это может привести к необнаруженной коррозии. Кроме того, жидкие загрязнения за футеровкой делают качественный ремонт очень трудным, если не невозможным. Свободные футеровки обычно не подходят для работы в вакууме.
• Плакированная конструкция по своей сути сложна по сравнению с прочной конструкцией, особенно в конструкциях с множеством сопел, насадок или сложных внутренних устройств.
• По крайней мере, из титана облицованное оборудование может быть тяжелее, чем сплошная конструкция, что может увеличить стоимость фундаментов и опор и может быть учтено, например, в некоторых критических по весу приложениях на морских платформах.
• Внешний вид облицованного сосуда может потребовать покраски и подкраски, а также постоянного обслуживания системы окраски.

Источник (частично): Dynamic Materials Corporation и Titanium Fabrication Corporation

Большие сосуды высокого давления с титановым покрытием

Изображение выше является собственностью Coek Engineering NV, Liessel 13-2440 Geel, Бельгия.

Развитие технологии сварки взрывом

Новые разработки в области современной сварки

Дж. БАНКЕР, Dynamic Materials Corporation, США

3.1 Введение

Технология сварки взрывом (EXW) использует энергию детонирующего взрывчатого вещества для создания условий, в результате которых происходит сварка металлических компонентов. Обычно считается, что эта технология представляет собой холодную сварку без плавления. Для практических целей процесс обычно ограничивается созданием сварных швов между гранями или плоскими поверхностями металлических компонентов.Обычно он не применяется для изготовления традиционных стыковых швов. Он наиболее подходит для выполнения плоских сварных швов большой площади, типичных для плакированных металлов. Существует множество хороших публикаций, в которых обсуждаются технологии EXW, к которым читатель может обратиться для более глубокого обсуждения; В этой главе будет представлена ​​только первичная базовая информация о процессе, новых разработках и практических приложениях. 1-6

3.2 Возможности и ограничения

3.2.1 Применяемые металлы

EXW — это универсальная технология благодаря применимости материалов

перспектива.Он подходит для соединения как комбинаций металлов схожего состава, так и комбинаций металлов сильно различающегося состава. Последнее стало основным стимулом для коммерческого развития технологии. Сегодня два основных применения сварки взрывом — это создание надежных сварных швов между алюминием и сталью, а также между титаном и сталью. Успех этих металлических систем является результатом отсутствия какого-либо значительного объемного нагрева металлов. Температурно-временные условия, вызывающие образование хрупких интерметаллидов, отсутствуют.Следовательно, сварку взрывом можно использовать для соединения практически любой комбинации металлов. Факторы, ограничивающие пригодность EXW, в основном механические. В процессе EXW металлы подвергаются высоким ударным нагрузкам и значительной холодной деформации. Минимальная пластичность 15% и минимальная вязкость разрушения 50 Дж обычно считаются практическими пределами для успешных сварных швов EXW.

3.2.2 Размеры и толщина

EXW идеально подходит для выполнения плоских сварных швов между металлическими пластинами или листами.Толщина листовой пластины, часто называемой оболочкой, может составлять от 0,1 мм до примерно 50 мм. По практическим коммерческим соображениям затраты минимальны, когда толщина листовой пластины составляет около 2-3 мм. Толщина опорной пластины может быть в диапазоне от 0,1 мм до более 1 м. В случае основного металла, затраты сводятся к минимуму, когда толщина опорной пластины составляет около 12 мм.

Поперечный размер плакированных листов, длина и ширина, в первую очередь ограничиваются размером металлических листов или пластин, которые имеются в продаже, а не техническими пределами процесса.Доступные коммерческие размеры металлов значительно различаются для разных типов металлов. Для большинства обычных металлических листовок ширина 3 мм и менее ограничена 1,2 м; более толстые калибры обычно производятся шириной от 2,5 до 3,5 м в зависимости от типа сплава. Для многих типов металлов два или более листа могут быть сварены стыковым швом с использованием обычных процессов плавления, чтобы увеличить варианты размеров листа. Например, для производства плакированных листов из никелевого сплава 3 мм на сталь толщиной 25 мм нередки случаи, когда размер листа до 4 x 10 м.

3.2.3 Контур продукта

Из-за направления струи в процессе EXW его нельзя использовать для сварки на трехмерных фасонных поверхностях. EXW ограничивается плакировкой плоских поверхностей пластин или плакировкой концентрических круглых поверхностей прямых стержней, труб или труб.

3.2.4 Производственные мощности и коммерциализация

Для производства большинства компонентов требуется значительное количество взрывчатого вещества. Хотя очень маленькие сварные швы могут быть выполнены в типичных производственных условиях, большинство сварных швов взрывом производятся в условиях, когда сотни или тысячи килограммов взрывчатого вещества могут быть взорваны без ущерба для окружающей среды.Обычно используются удаленные подрывные площадки под открытым небом или массивные камеры для стрельбы. Ограничения на коммерческую доступность взрывчатых веществ еще больше ограничивают широкое применение процесса. На момент написания во всем мире насчитывалось от 30 до 40 компаний, коммерчески использующих EXW.

3.3 История EXW

В течение более чем столетия нечасто поступали сообщения о «сварке» металлических деталей во время взрывов в военных целях. В конце 1950-х годов несколько организаций по всему миру увеличили объем НИОКР в области взрывной металлообработки.В 1960 году DuPont подала первый международно признанный патент на EXW.7 В течение следующих 20 лет в отношении этой технологии проводились обширные исследования. В 1962 году DuPont коммерциализировала промышленность по нанесению взрывных покрытий, первым из которых стало производство трехслойных монет для правительства США. В конце 1960-х годов DuPont систематизировала производственные процессы и лицензированных производителей во многих развитых регионах мира. Параллельно с этими усилиями ряд организаций независимо друг от друга разработали варианты технологии, наиболее обширными и известными из которых были операции на территории бывшего Советского Союза.

За эти годы разработки были разработаны решения EXW для широкого спектра сварочных ситуаций. Сюда входили точечные сварные швы на микрочастицах для электронной промышленности, стыковые сварные швы между трубами для газотранспортной промышленности, сварные швы между трубами и трубными решетками для энергетики, одновременно формованные и плакированные электролизеры и сковороды, а также несколько видов точечных сварных швов. сварные швы и стыковые швы внахлест. Хотя технология EXW оказалась весьма универсальной с технической точки зрения, большинство ее приложений не оказались коммерчески жизнеспособными.Основными исключениями были производство плакированных листов и вариант процесса сварки переходных соединений.

В сегодняшних отраслях промышленности около 80% мирового производства EXW — это плакированные листы, которые в основном используются в обрабатывающей промышленности для коррозионно-стойкого или износостойкого оборудования. Остальное — это, в основном, биметаллические переходные соединения, используемые в качестве стыков для выполнения промышленных сварных швов плавлением между «несвариваемыми» металлическими компонентами, преимущественно между алюминием и сталью.

3.4 Процесс EXW

3.4.1 Описание процесса

На рис. 8.1 представлено схематическое описание процесса EXW, в котором используется высокая энергия от взрывного взрыва для создания металлургического шва между металлическими пластинами. Основная последовательность технологических операций следующая:

1 Поверхности металлов шлифованные

.

No related posts.