Сваривание металла считается важной характеристикой металлопроката. Существуют методики, позволяющие проводить сварочные работы с изделиями обладающими индивидуальными характеристиками. Одна из них — технология сварки взрывом. В статье мы рассмотрим, как зародилась идея сваривания взрывом, современный подход к методу, какие материалы и оборудование применяются в методике, а также раскроем достоинства и недостатки.

 

Суть сварки взрывом

Идея сваривания взрывом появилась в середине двадцатого века, когда в процессе изучения последствий бомбардировок было обнаружено, что посредством взрыва металлические изделия плотно соединялись между собой. С тех пор это явление активно начало изучаться и к 60м годам началось применение метода сварки взрывом.

Эта технология применяется для сваривания металлов с различными свойствами, которые не позволяют соединить их классическими способами. В процессе взрыва металлические изделия подвергаются воздействию высоких температур и ударной волны, что создает условия для прочного соединения металла. В момент взрыва деталь приобретает ускорение, достигающее тысячи метров в секунду, а также возникает высокое давление. Согласно гидродинамической теории, при таких показателях твердые тела могут приобретать свойства текучих объектов, что прочно соединяет изделия.

Технологические особенности сваривания взрывом

Для начала разберем схемы, применяемые в процессе сваривания. Существуют такие стандартные схемы:

  • сваривание под углом;
  • параллельное сваривание;
  • метод плакирования.

В любом из вариантов присутствуют неподвижная пластина и метательная пластина. Неподвижная пластина — надежно закрепленный металл, который в процессе взрыва не должен смещаться. Метательная пластина не закреплена и в процессе сваривания может находиться под углом или параллельно к неподвижной пластине. Отметим, что взрывчатое вещество и детонатор находятся на поверхности метательной пластины, в то время как неподвижная пластина закрепляется на опоре. На практике наиболее популярной схемой является параллельная.

Процессу сваривания предшествует этап подготовки изделий. Необходимо провести обезжиривание изделий, а также проверить на наличие сколов и дефектов. Последние могут привести к разрушению детали под действием высокого давления. После проведения подготовки переходят к выбору режима сваривания.

Под режимом понимают скорость метания пластины и скорость в точке контакта. Скорость контакта влияет на продолжительность протекания процессов деформации в металлах, что влияет на качество сварного шва. Согласно стандартным рекомендациям, скорость должна составлять 0,4-0,6 м/с. После выбора схемы и режима сварки переходят непосредственно к процессу. Технологии присуща поэтапность:

  • установка неподвижной пластины на опору. В качестве опоры выступает фундамент или неподвижные металлические конструкции;
  • по всей длине метательного листа размещается взрывчатое вещество, подключаемое к детонатору. Взрывчатое вещество должно быть в равных количествах на всех участках, чтобы создать эффект однородности взрывного шва;
  • метательный лист располагается под углом или параллельно в зависимости от схемы, которой отдается предпочтение;
  • с соблюдением всех норм безопасности проводят контролируемый взрыв, под воздействием которого происходит сваривание металлов. В конечном итоге получают деталь, которая посередине имеет волнистую линию, которая указывает на направление взрыва;
  • обработка после сварки. Производится посредством использования валок или пресса. Этот этап необходим для внесения правок в структуру сварного шва;
  • процесс контроля качества шва. Для этого применяют механические и ультразвуковые методы.

Отдельно выделим методику плакирования, применяемую для сваривания полых труб. В таком случае в середину трубы накладывается сердечник, который препятствует деформации изделия. На конец трубы накладывается взрывчатое вещество, которое в процессе детонации вызывает их сваривание. Во всех схемах необходимо правильно подобрать тип и количество взрывчатки, чтобы получить необходимый результат без возникновений дефектов.

Требования к используемым материалам

Сваривание взрывом — процесс, требующий больших затрат времени в процессе подготовки, чем во время работ. Стоит учитывать такие особенности металлов и процесса при выборе такой технологии:

  • металл относится к трудносвариваемым. Сварка взрывом целесообразна для обработки металлов, которые не поддаются классическим способам сварки;
  • металл должен быть обезжирен и с его поверхности должны быть удалены сколы, трещины, окалины;
  • металлопрокат обладает физической и химической однородностью;
  • взрывчатое вещество подобрано в необходимом количестве;
  • взрывчатое вещество отвечает стандартам качества. В случае применения некачественного взрывного вещества прочность сварного шва может быть сомнительной.

Соблюдение этих требований позволит правильно выполнить работы и получить лучший результат.

Оборудование и используемая взрывчатка во время взрыва

В разделе об оборудовании отметим, что метод взрывной сварки запрещено использовать в домашних условиях и такая процедура должна проводиться исключительно на полигонах и взрывных камерах с использованием средств безопасности. Из оборудования понадобятся:

  • две детали, которые подвергаются свариванию. Могут быть представлены листами, трубами, или пластинами;
  • опора для удержания неподвижной пластины. Конструкция должна быть надежно закреплена, так как воздействие ударной волны может сместить ее;
  • детонатор и провод в роли фитиля. Это оборудование позволяет отвести специалистов на безопасное расстояние для проведения контролируемого взрыва;
  • видеокамера. Позволяет отследить успешность процесса. Отметим, что камера должна быть выполнена из ударопрочных материалов;
  • защитный экран. Защищает специалистов от попадания осколков, грязи и пыли;
  • взрывчатка.

Отдельно рассмотрим подбор взрывчатого вещества, так как этот фактор больше всего влияет на успешность процесса. Взрывчатое вещество бывает рассыпчатым и твердым. В первом случае можно достаточно точно провести дозировку вещества и рассчитать силу взрыва. Твердая взрывчатка используется реже, но в отличие от рассыпной более устойчива к воздействию внешней среды.

Расчет массы взрывчатки производят в зависимости от размеров свариваемых металлов. На практике чаще всего используют от четверти килограмма до 50 килограммов. В качестве взрывного вещества используют смесь аммиачной селитры и горючего вещества — игданит.

Преимущества и недостатки метода взрывной сварки

Методика обладает рядом особенностей, которые выделяют ее среди других. Выделяют такие преимущества метода:

  • возможность сваривать металлы, которые по своей структуре не способны к обработке обычными методами. Чаще всего прибегают к использованию взрывной сварки в силу невозможности обработки более простым и безопасным способом;
  • позволяет сваривать по типу “сэндвич”. Такая технология применяется для изготовления труб в нефтяной промышленности. Изделия помимо основного материала защищены стальными пластинами с внутренней и наружной стороны, что увеличивает их срок эксплуатации;
  • скорость выполнения работы. Процесс взрыва занимает доли секунды, что положительно сказывается на результате;
  • низкая стоимость расходников. Такая особенность делает этот метод особенно популярным;
  • экономичность. Сваривание труднообрабатываемых изделий таким методом снижает стоимость такой продукции;
  • универсальность метода позволяет создавать изделия сложной формы, в том числе заготовки для ковки;
  • возможность соединения биметаллов.

Среди плюсов стоит отметить и объективные недостатки метода:

  • опасность процесса. Взрыв представляет угрозу жизни специалистов, что требует работы на полигоне и использования взрывных камер. Отсутствие или дефект средств защиты может поставить под угрозу весь процесс;
  • невозможность провести автоматизацию методики. Такая сварка не может быть поставлена на конвейер и требует тщательной подготовки;
  • слишком длительная подготовка. Взрывная сварка требует тщательной подготовки, что может занимать большое количество времени;
  • низкая управляемость. Во время взрыва сложно предсказать его успешность, несмотря на контролируемость и точные расчеты;
  • выполнение работ исключительно специалистами взрывной отрасли. Для выполнения такой сварки необходимо привлечение специалистов с опытом работы со взрывчатками;
  • применение дорогого видеооборудования. Камера находится в прямой близости с местом взрыва, что может привести к ее повреждению.

Взрывная сварка отличается нестандартным подходом, и правильное применение этого метода может стать эффективным решением для работы с трудносвариваемыми материалами.

Как происходит контроль качества сварного шва

Качество сварного шва получаемого при взрыве иногда сложно предсказать. По этой причине продукция проходит обязательный контроль качества. Основными параметрами, которые поддаются изучению, являются:

  • сплошность поверхности шва. Отсутствие дефектов шва — признак целостности надежности;
  • прочностные свойства поверхности шва. Шву необходимо выдерживать механическую нагрузку, чтобы пройти контроль качества;
  • прочностные свойства изделия. Металл должен сохранять механические свойства, которые у него наблюдались до взрыва;
  • деформация изделия. В процессе взрыва металлопрокат подвергается деформации.

Для того чтобы установить эти показатели, применяют такие способы:

  • инструментальный подход. Выполняется с применением специального оборудования — дефектоскопов. Используется ультразвуковая и рентгенологическая диагностика. Оба метода позволяют установить степень однородности структуры, наличие трещин и внутренних дефектов у шва;
  • механические исследования. Позволяют оценить допустимые нагрузки на изделие, а также оценить его пластичность. Проводят такие испытания на прочность шва: скручивание, изгиб и деформацию;
  • срез сварного шва. Показывает качество отдельно выбранного представителя партии.

Для тестирования выбирают случайное изделие из каждой партии, на котором последовательно проводят каждое исследование. Если изделие не проходит хотя бы один тест, его дальнейшее использование или реализация запрещены. После прохождения всех этапов тестирования изделие допускается к применению.