Зварювання металу вважається важливою характеристикою металопрокату. Існують методики, що дозволяють проводити зварювальні роботи з виробами, які мають індивідуальні характеристики. Одна з них – технологія зварювання вибухом. У статті ми розглянемо, як зародилася ідея зварювання вибухом, сучасний підхід до методу, які матеріали й устаткування застосовуються в методиці, а також розкриємо переваги та недоліки.

 

Суть зварювання вибухом

Ідея зварювання вибухом з'явилася в середині двадцятого століття, коли в процесі вивчення наслідків бомбардувань було виявлено, що за допомогою вибуху металеві вироби щільно з'єднувалися між собою. Відтоді це явище активно почало вивчатися і до 60-х років почалося застосування методу зварювання вибухом.

Ця технологія застосовується для зварювання металів з різними властивостями, які не дозволяють з'єднати їх класичними способами. В процесі вибуху металеві вироби піддаються дії високих температур і ударної хвилі, що створює умови для міцного з'єднання металу. У момент вибуху деталь набуває прискорення, що досягає тисячі метрів в секунду, а також виникає високий тиск. Згідно гідродинамічної теорії, при таких показниках тверді тіла можуть набувати властивість текучих об'єктів, що міцно сполучає вироби.

Технологічні особливості зварювання вибухом

Спершу розберемо схеми, які застосовуються в процесі зварювання. Існують такі стандартні схеми:

  • зварювання під кутом;
  • паралельне зварювання;
  • метод плакування.

У будь-якому з варіантів є присутніми нерухома пластина і метальна пластина. Нерухома пластина – надійно закріплений метал, який в процесі вибуху не повинен зміщуватися. Метальна пластина не закріплена і в процесі зварювання може знаходитися під кутом або паралельно до нерухомої пластини. Відмітимо, що вибухова речовина і детонатор знаходяться на поверхні метальної пластини, тоді як нерухома пластина закріплюється на опорі. На практиці найбільш популярною схемою є паралельна.

Процесу зварювання передує етап підготовки виробів. Необхідно провести знежирення виробів, а також перевірити на наявність сколов і дефектів. Останні можуть призвести до руйнування деталі під дією високого тиску. Після проведення підготовки переходять до вибору режиму зварювання.

Під режимом розуміють швидкість метання пластини та швидкість в точці контакту. Швидкість контакту впливає на тривалість протікання процесів деформації в металах, що впливає на якість зварного шва. Згідно зі стандартними рекомендаціями, швидкість повинна складати 0,4-0,6 м/с. Після вибору схеми й режиму зварювання переходять безпосередньо до процесу. Технології властива поетапність:

  • встановлення нерухомої пластини на опору. Опорою виступає фундамент або нерухомі металеві конструкції;
  • по усій довжині метального листа розміщується вибухова речовина, що підключається до детонатора. Вибухова речовина має бути в рівних кількостях на усіх ділянках, щоб створити ефект однорідності вибухового шва;
  • метальний лист розташовується під кутом або паралельний залежно від схеми, якій віддається перевага;
  • з дотриманням усіх норм безпеки проводять контрольований вибух, під впливом якого відбувається зварювання металів. Зрештою отримують деталь, яка посередині має хвилясту лінію, яка вказує на напрям вибуху;
  • обробка після зварювання. Робиться за допомогою використання валянь або пресу. Цей етап потрібний для внесення правок в структуру зварного шва;
  • процес контролю якості шва. Для цього застосовують механічні й ультразвукові методи.

Окремо виокремимо методику плакування, вживану для зварювання порожнистих труб. У такому разі в середину труби накладається сердечник, який перешкоджає деформації виробу. На кінець труби накладається вибухова речовина, яка в процесі детонації викликає їх зварювання. В усіх схемах необхідно правильно підібрати тип і кількість вибухівки, щоб отримати необхідний результат без виникнень дефектів.

Вимоги до використовуваних матеріалів

Зварювання вибухом – процес, що вимагає великих витрат часу в процесі підготовки, чим під час робіт. Варто враховувати такі особливості металів і процесу при виборі такої технології:

  • метал відноситься до важкозварювальних. Зварювання вибухом доцільне для обробки металів, які не піддаються класичним способам зварювання;
  • метал має бути знежирений і з його поверхні мають бути видалені сколи, тріщини, окалини;
  • металопрокат має фізичну і хімічну однорідність;
  • вибухова речовина підібрана у необхідній кількості;
  • вибухова речовина відповідає стандартам якості. У разі застосування неякісної вибухової речовини міцність зварного шва може бути сумнівною.

Дотримання цих вимог дозволить правильно виконати роботи й отримати кращий результат.

Устаткування і використовувана вибухівка під час вибуху

У розділі про устаткування відмітимо, що метод вибухового зварювання заборонено використовувати в домашніх умовах і така процедура повинна проводитися виключно на полігонах і вибухових камерах з використанням засобів безпеки. З устаткування знадобляться:

  • дві деталі, які піддаються зварюванню. Можуть бути представлені листами, трубами, або пластинами;
  • опора для утримання нерухомої пластини. Конструкція має бути надійно закріплена, оскільки дія ударної хвилі може змістити її;
  • детонатор і дріт в ролі гніту. Це устаткування дозволяє відвести фахівців на безпечну відстань для проведення контрольованого вибуху;
  • відеокамера. Дозволяє відстежити успішність процесу. Відмітимо, що камера має бути виконана з удароміцних матеріалів;
  • захисний екран. Захищає фахівців від попадання осколків, бруду і пилу;
  • вибухівка.

Окремо розглянемо підбір вибухової речовини, оскільки цей чинник найбільше впливає на успішність процесу. Вибухова речовина буває розсипчастою і твердою. У першому випадку можна досить точно провести дозування речовини й розрахувати силу вибуху. Тверда вибухівка використовується рідше, але на відміну від розсипної стійкіша до дії зовнішнього середовища.

Розрахунок маси вибухівки роблять залежно від розмірів зварюваних металів. На практиці найчастіше використовують від чверті кілограма до 50 кілограмів. В якості вибухової речовини використовують суміш аміачної селітри та горючої речовини – ігданіт.

Переваги та недоліки методу вибухового зварювання

Методика має низку особливостей, які виділяють її серед інших. Виділяють такі переваги методу:

  • можливість зварювати метали, які за своєю структурою не здатні до обробки звичайними методами. Найчастіше прибігають до використання вибухового зварювання через неможливість обробки простішим і безпечнішим способом;
  • дозволяє зварювати за типом “сендвіч”. Така технологія застосовується для виготовлення труб в нафтовій промисловості. Вироби окрім основного матеріалу захищені сталевими пластинами з внутрішнього і зовнішнього боку, що збільшує їх термін експлуатації;
  • швидкість виконання роботи. Процес вибуху займає частки секунди, що позитивно позначається на результаті;
  • низька вартість витратних матеріалів. Така особливість робить цей метод особливо популярним;
  • економічність. Зварювання важкооброблюваних виробів таким методом знижує вартість такої продукції;
  • універсальність методу дозволяє створювати вироби складної форми, у тому числі заготівлі для кування;
  • можливість з'єднання біметалів.

Серед плюсів варто зазначити й об'єктивні недоліки методу:

  • небезпека процесу. Вибух представляє загрозу життя фахівців, що вимагає роботи на полігоні й використання вибухових камер. Відсутність або дефект засобів захисту може поставити під загрозу увесь процес;
  • неможливість провести автоматизацію методики. Таке зварювання не може бути поставлене на конвеєр і вимагає ретельної підготовки;
  • занадто тривала підготовка. Вибухове зварювання вимагає ретельної підготовки, що може займати велику кількість часу;
  • низька керованість. Під час вибуху складно передбачити його успішність, попри контрольованість і точні розрахунки;
  • виконання робіт винятково фахівцями вибухової галузі. Для виконання такого зварювання потрібно залучення фахівців з досвідом роботи з вибухівкою;
  • застосування дорогого відеоустаткування. Камера знаходиться в прямій близькості з місцем вибуху, що може призвести до її ушкодження.

Вибухове зварювання відрізняється нестандартним підходом, і правильне застосування цього методу може стати ефективним рішенням для роботи з важкозварювальними матеріалами.

Як відбувається контроль якості зварного шва

Якість зварного шва отримуваного при вибуху іноді складно передбачити. З цієї причини продукція проходить обов'язковий контроль якості. Основними параметрами, які піддаються вивченню, є:

  • суцільність поверхні шва. Відсутність дефектів шва – ознака цілісності надійності;
  • міцнісні властивості поверхні шва. Шву необхідно витримувати механічне навантаження, щоб пройти контроль якості;
  • міцнісні властивості виробу. Метал повинен зберігати механічні властивості, які у нього спостерігалися до вибуху;
  • деформація виробу. В процесі вибуху металопрокат піддається деформації.

Для того, щоб встановити ці показники, застосовують такі способи:

  • інструментальний підхід. Виконується із застосуванням спеціального устаткування – дефектоскопів. Використовується ультразвукова і рентгенологічна діагностика. Обидва методи дозволяють встановити міру однорідності структури, наявність тріщин і внутрішніх дефектів у шва;
  • механічні дослідження. Дозволяють оцінити допустимі навантаження на виріб, а також оцінити його пластичність. Проводять такі випробування на міцність шва: скручування, вигин і деформацію;
  • зріз зварного шва. Показує якість окремо вибраного представника партії.

Для тестування обирають випадковий виріб з кожної партії, на якому послідовно проводять кожне дослідження. Якщо виріб не проходить хоч би один тест, його подальше використання або реалізація заборонені. Після проходження усіх етапів тестування виріб допускається до застосування.