Сварка взрывом

Техника безопасности

В процессе плавления металл накаляется примерно до 1000 градусов, а иногда и больше. Приходится защищаться как от ожога, так и от электрического тока, и от горючих газов. Потому сварщики обязательно надевают защитную спецодежду и маски, даже если им надо «всего лишь» заваривать мелкую трещину. Нельзя надевать какую-либо одежду из горючих материалов, а также синтетических тканей. Наилучшим выбором для защиты рук являются замшевые или сделанные из спилка перчатки.

Важно: нельзя применять самодельные маски и щитки, даже небольшая щель сильно ухудшает защитные качества. В любом случае рекомендуется применять полностью заземленное электрооборудование

Освещение рабочей зоны должно производиться в идеале приборами на 12 В. Холостой ход применяемого оборудования должен производиться при напряжении максимум 90 В.

В норме провода для сварочных аппаратов должны быть максимум 10 м в длину. Соединение оборванных сетевых кабелей производится только особой муфтой. Работая на улице, придется ставить аппараты под навесы или даже в крытые павильоны. Если начинается сильный дождь или даже слабый снегопад, варить металл нельзя. Перед началом работы требуется внимательно проверять исправность изоляции всех проводов и аппаратов.

Сварочные работы в закрытых помещениях могут выполняться только при работающей приточной вентиляции. Даже при таком условии следует выполнить предварительное проветривание. В сырых местах придется использовать резиновые коврики. Перед сваркой на высоте необходимо получать наряд-допуск, а также использовать защитное страховочное снаряжение. За работающими на высоте должны наблюдать помощники.

В следующем видео вас ждет сварка тонкого металла электродом.

Изготовление биметаллических вварышей

ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» разработана концепция
и технология получения  сборных вварных деталей корпусного насыщения и
доказана перспективность ее практической реализации успешным выполнением
программы испытаний на надежность таких решений.

В настоящее время институт обеспечивает строительство
заказов биметаллическими плоскими и цилиндрическими заготовками. Внедрение
новых конструкций (более 40 типоразмеров для трубопроводов с Ду от 20 до 350
мм) существенно снизило расход металла высокопрочных поковок и транспортные
расходы.

Правовая защита: Имеется патент РФ.

Предложения по сотрудничеству:

• Разработка технической и технологической документации на изготовление
  биметаллических вварышей.
• Оказание  технической помощи в организации промышленного производства и поставка
  специальных зарядов.
• Оформлению технической документации, регламентирующей их применение.
• Изготовление и поставка Заказчику опытно-промышленных партий биметаллических
  вварышей и изделий из них.

Форма запроса

Вы можете отправить запрос на данную разработку, заполнив следующую форму:
 

Технологические возможности ультразвуковой сварки

При помощи УЗС можно сваривать различные части изделий толщиной 0,005-3,0мм
и диаметром 0,01-0,5мм. При этом, если необходимо приварить тонкий лист или
фольгу к детали, то толщина последней практически не ограничена. Разница в толщине
свариваемых частей может достигать в сто раз! На рисунке ниже представлены наиболее
характерные соединения для сварки ультразвуком:

Таблица свариваемости материалов при сварке ультразвуком

С помощью ультразвуковой сварки можно сваривать как однородные металлы и их
сплавы, так и разнородные и даже с некоторыми неметаллическими материалами.
Свариваемость того или иного материала зависит от его твёрдости и кристаллической
решётки. Чем выше твёрдость, тем хуже свариваемость
стали. На рисунке ниже дана таблица свариваемости некоторых материалов при
УЗС:

Общая характеристика

Взрывная сварка – это один из вариантов сварочных технологий, при которых используется давление. С помощью кинетической энергии разогнанной до высокой скорости детали выполняется пластическая деформация контактирующих слоев металла на требуемых деталях.

Чтобы разогнать деталь до необходимого показателя скорости в несколько сотен метров в секунду применяется энергия взрыва. Для максимального эффекта одна деталь разгоняется, а вторая закрепляется в неподвижном состоянии. А в момент их соприкосновения выполняется требуемая деформация.

Стоит отметить! Чтобы произошло необходимое движение, на поверхность подвижной детали помещается взрывчатое вещество и детонатор. Взрывчатое вещество инициируется и происходит взрыв, который вызывает движение подвижной части.

Сварка взрывом позволяет получить композитные изделия, также при помощи нее можно изготовить элементы с многоуровневой и биметаллической структурой. Готовое изделие будет обладать высокой стойкостью к коррозийному поражению, механическим нагрузкам. Эту сварочную технологию используют в разных сферах производства – в нефтяной, машиностроительной и многих других.

Этапы сварки взрывом

Сущность процесса сварки взрывом заключается в следующем.

1. Одну из пластин располагают на каком-либо основании (земляном грунте, дереве, металле и т. п.).

2. Вторую устанавливают над первой с определенным зазором между подлежащими сварке поверхностями h при помощи каких-либо опор по углам.

3. На всю внешнюю поверхность верхней части укладывают заряд взрывчатого вещества (ВВ), как правило, слоем одинаковой толщины Н. В одном из концов, а иногда углов, заряда ВВ устанавливают детонатор (рис. 2).
4. При инициировании детонатором заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны. Скорость ее движения D для данного ВВ довольно определенна.
5. Для различных ВВ она составляет 2000—7500 м/сек и определяется их химическим составом и физическим состоянием.
6. Позади фронта детонационной волны образуются продукты взрыва, которые в течение очень короткого промежутка времени по инерции сохраняют прежний объем, находясь в нем под давлением 100—200 тыс. аг, а затем со скоростью 0,50—0,75 D разлетаются в стороны по нормалям к свободным поверхностям заряда.

При этом они сообщают находящемуся за фронтом детонации участку металла импульс, под действием которого его элементарные объемы последовательно, с ускорением движутся к поверхности неподвижной части металла и со скоростью v соударяются с ней. При установившемся процессе метаемая часть на некоторой длине дважды перегибается, и, если соединяемые поверхности перед сваркой были установлены параллельно друг другу, ее наклонный участок со скоростью vK, равной D, движется за фронтом детонационной волны, а участок, на котором находится непродетонированная часть заряда ВВ, под действием сил инерции остается в исходном состоянии (рис. 3).

Рис. 2. Схема сварки взрывом плоских параллельно расположен-ных элементов: 1 — электродетонатор; 2 — плоский заряд ВВ; 3— верхняя (метаемая) пластина; 4— нижняя (неподвижная) пластина; 5 — основание (грунт)

Высокоскоростной удар метаемой части металла под углом к неподвижной поверхности развивает в зоне соударения давления в десятки, а иногда и сотни килобар.

Та деформирование имеет характер вязкого течения и способствует сближению свариваемых поверхностей по всей площади соударения практически вплотную.

Рис. 3. Схема установившегося процесса соударения свариваемых пластин: 1 — фронт детонационной волны; 2 — фронт разлета продуктов взрыва BB; 3 — фронт волны разрежения; D — скорость детонации BB; v — скорость соударения пластин; vK — скорость перемещения «динамического угла встречи» соударяющихся пластин в направлении сварки; —толщина метаемой (верхней) пластины; б„ —толщина неподвижной пластины

 Профиль деформированной зоны метала в образующемся сварном соединении обычно имеет волнообразный вид (рис. 4). Окионые пленки и другие поверхностные загрязнения дробятся и рассредоточиваются со слоями деформирующегося металла, видимо, так же, как это происходит и при известной холодной сварке пластичных металлов и частично уносятся из вершины угла встречи соударяющихся поверхностей в виде тонкой пыли под действием кумулятивного эффекта.

https://youtube.com/watch?v=2pr94Lk5a5k

Технология и способы газовой сварки

Технология газовой сварки подразделяется на два вида:

1. Газопламенный вид выполняется с образованием сварочной ванночки за счет плавления кромок деталей и присадочной проволоки.
2. Газопрессовая сварка выполняется без присадочных материалов и флюсов. После расплавления кромок детали плотно сжимаются между собой и удерживаются до остывания шва.

Схема газопламенной сварки

В обоих случаях кромки предварительно очищают от грязи, ржавчины наждачной бумагой или металлической щеткой. Аналогично обрабатывают присадочные материалы.

Техника газовой сварки позволяет накладывать швы независимо от пространственного положения ― от нижних до потолочных. При наложении потолочных швов расплавленный металл удерживают давлением газовой смеси. Для соединения деталей с предварительно отбортованными кромками присадочная проволока не нужна. Чаще всего газовой сваркой заготовки соединяют встык, угловыми и торцевыми швами реже. Скорость нагревания кромок деталей регулируют углом наклона относительно поверхности деталей. Чем больше его величина, тем быстрее нагревается металл.

На практике применяются следующие способы сварки:

1. Левый используют для работы с металлами толщиной до 3 мм с низкой температурой плавления. Пламя ведут вдоль стыка справа налево. Для лучшего прогрева кромок деталей совершают колебательные поперечные движения мундштуком. При левом способе газовой сварки присадочную проволоку перемещают перед горелкой. Ее диаметр должен быть в 2 раза меньше толщины деталей плюс 1 мм.

2. Правый применяют для сварки заготовок толщиной более 3 мм с разделанными под углом кромками. Пламя ведут от левого края стыка к правому, присадочную проволоку, опустив конец в сварочную ванну, продвигают вслед за мундштуком. Ее диаметр не должен превышать половины толщины деталей. За счет лучшей защиты сварочной ванны пламенем при правом способе качество швов выше, чем при левом. Кроме этого на 10% сокращается расход газа и на 20% продолжительность процесса.

3. Сквозным валиком сваривают только листовой металл. Заготовки размещают в вертикальном положении, чтобы между ними оставался зазор размером в половину толщины листов. Горелкой плавят кромки до образования сквозного отверстия. На его нижнюю часть наплавляют слой металла присадочной проволоки по всей толщине листов. Сдвигают горелку немного выше, проплавляют верх отверстия, на низ накладывают следующий слой присадки. Операцию повторяют до полного заполнения стыка. За счет послойного наплавления внутри шва не образуются поры, раковины, шлак.
4. Ванночками сваривают низколегированные и малоуглеродистые марки стали толщиной до 3 мм. После образования первой ванночки размером 4 — 5 мм в нее погружают конец присадочной проволоки. Когда металл расплавится, ее помещают в темную часть пламени, чтобы не окислялась. Одновременно с этим мундштуком совершают движения по спирали, перемещая пламя вдоль стыка. Следующая ванночка должна перекрывать соседнюю на 30% площади.
5. Многослойная газовая сварка отличается от других способов высоким качеством швов, которое достигается за счет отжига нижних слоев верхними и проковки каждого шва. Однако из-за низкой производительности и большого расхода газа применяют только для ответственных работ. Наплавку проводят небольшими по длине участками так, чтобы стыки нижних и верхних швов не совпадали. Прежде чем наносить следующий слой с предыдущего металлической щеткой удаляют окалину и шлаки.

У сварки пропаном и альтернативными газами есть особенности, учитывать которые новичкам трудно. Поэтому на начальном этапе обучения для начинающих сварщиков лучше использовать стандартную смесь кислорода с ацетиленом. Отработку навыков проводят на разных видах металла.

Оборудование и материалы

В промышленности, конечно, используют сварочные станки высокого класса. Но этим ограничиться нельзя. При термической сварке применяют присадочные элементы — электроды и металлические прутки. Получать тепло помогает иногда горючий газ, термит (специфическая смесь горючих веществ). В газовом варианте чаще всего применяют пропан и ацетилен, для заполнения шва используется присадочный пруток.

Самый массовый в мире способ — электродуговая сварка. Помимо самих аппаратов, трансформаторов, источников тока для нее нужны электродные инструменты. Ручную дуговую сварку чаще всего ведут плавящимся электродом. Он обязательно должен быть покрыт особой обмазкой.

Потому необходимо использовать:

• специальные баллоны;
• регуляторы поступления газов;
• особые магистрали.

Лазерная сварка может проводиться в самых труднодоступных участках — однако для этого придется использовать специальные призмы. Именно они точно направляют луч основной установки в заданное место. Электрошлаковую методику можно применить, если использовать специальный проводящий ток флюс. Дополнительно понадобится присадочная проволока. Что касается термитного варианта, то он подразумевает применение комбинации магния, алюминия и металлической окалины, которую сжигают в жаропрочном резервуаре.

Преимущества и недостатки

Хотя сварка взрывом не везде применима, она требует определенных условий, технология использования энергии детонации для соединения металлов имеет ряд преимуществ:

1. Это единственный метод, позволяющий получать соединение металлов с различными физическими характеристиками.
2. Многокомпонентные материалы сочетают в себе особенности каждого из слоев, можно делать биматериалы с заданными свойствами.
3. Высокотемпературное покрытие черных сплавов цветными и жаропрочными металлами приводит к существенной экономии: дорогостоящие заготовки заменяют плакированными.
4. Прочность сварного соединения: механическая и термическая обработка деталей не влияет на прочность шва.
5. Метод применим для работы деталями сложной конфигурации: можно плакировать изгибающиеся и угловатые поверхности.
6. Процесс протекает с огромной скоростью.

Главный минус этого способа соединения неоднородных металлов – низкая управляемость процессом. Образующаяся взрывная волна небезопасна, она распространяется с высоким шумовым эффектом. Это еще не все недостатки:

• с трубами и деталями работают в специально созданных металлических камерах;
• для соединения листовых поверхностей делают опорные железобетонные «подушки» в условиях полигонов;
• при высокотемпературной обработке деталей прочность соединения снижается;
• применение взрывчатых веществ требует безопасности;
• нужны большие временные затраты на подготовительном этапе работ;
• необходимо заниматься подготовкой кадров, специалистов нельзя заменить автоматами.

Технологические трудности

Главная проблема – это обращение со взрывчатыми веществами. Речь об их применении и хранении.

Если дело касается мелких деталей, то сварку взрывом можно делать в специальных камерах из металла, но безопаснее всего это делать в подземных помещениях со специальным укреплением.

Несмотря на то, что данный вид соединения деталей уникален и совершенно не похож на все остальные методы, не нужно забывать об обязательном для всех видов сварки действии – предварительной и тщательной зачистке поверхностей соединения заготовок, включающей в себя обработку растворителем для обезжиривания.

Точное следование все технологическим требованиям и соблюдение необходимых величин – еще одна трудность, с которой придется столкнуться в работе. Здесь нет никакой автоматизации, дозы и пробы подбираются экспериментальным путем.

Моментальность взрыва не позволяет изучить его физические и химические составляющие как следует. Все делается с подбором на месте.

Чертеж сварки поверхностей взрывом.

Если одна из деталей сделана из мягкого металла, его структура может измениться под воздействием высокой тепловой энергии. Чаще всего происходит диффузия, а это приводит к снижению качества сварочного шва.

Если подобная конструкция по ходу использования будет испытывать на себе высокие температуры, соединение в итоге может разрушиться.

К примеру, между деталями из стали и титана располагают прокладку из ванадия, чтобы не было никакого взаимодействия.

Сварка взрывом быстро развивается, становится более безопасным и эффективным. Его уникальность и необходимость при некоторых видах сварочных работ не вызывает никаких сомнений.

Где применяется сварка взрывом

Существует порядка 260 вариантов многослойных композиционных материалов с различными металлами, пластиком.

Метод применяется для:

• упрочнения различных деталей оборудования, требующих высокой износостойкости и работающих под термической нагрузкой;
• нанесения защитных покрытий (плакирующего слоя) на монолитные и полые элементы;
• создания композиционных соединений в виде труб.

Сварные заготовки выравнивают методом прокатки и прессования. Для снятия внутренних напряжений сварного шва и снижения твердости сплавов биматериалы подвергают термической обработке. Сварные изделия поддаются резке, шлифовке, фрезеровке, ковке, штамповке.

Результат сварки взрывом

Как это работает

Соединение элементов осуществляется благодаря силовому воздействию взрывной волны и высокотемпературному влиянию плазмы. Материалы взаимно деформируются на молекулярном уровне. Появляется общая кристаллическая решетка, образуются свободные электроны. Расплавления не происходит, поэтому химического воздействия не наблюдается.

Технология сварки взрывом со схемой

Сварочный процесс имеет следующие особенности:

1. Детали соединяют путем кратковременного воздействия. Сильное давление создает прочный шов, способный выдерживать любые механические нагрузки.
2. Размеры скрепляемых заготовок не ограничены. При необходимости соединения поверхностей габаритных изделий метод взрыва является единственно возможным. Он отличается высокой производительностью.
3. В процессе сварки верхняя деталь вращается, нижняя — остается в исходном положении. Сохранение энергии наблюдается и после взрыва. Вращаться начинают оба элемента.
4. От скорости движения верхней пластины зависит качество получаемого шва. Этот параметр должен быть достаточно большим, чтобы заготовки прочно скрепились друг с другом. В процессе работы нужно наблюдать за скоростью.

Схемы сварки взрывом.

Влияние первоначального состояния металлов

Качество получаемого соединения во многом зависит от исходного состояния деталей. К материалам предъявляются такие требования:

1. Отсутствие загрязнений. Прочность шва снижается при наличии следов ржавчины или жира на поверхностях.
2. Отсутствие неровностей. Если поверхность имеет выраженные дефекты, перед обработкой взрывом ее необходимо выровнять.
3. Тип материала. При необходимости методом взрыва можно соединять углеродистые и легированные стали, алюминий, медь и другие цветные металлы.

Неоднородные соединения

Эта особенность в той или иной мере проявляется при использовании любых способов. При сварке взрывом могут обнаруживаться следующие признаки:

1. Физическая неоднородность. Определяется при использовании металлографии. Существенно ухудшает эксплуатационные характеристики готовой конструкции.
2. Химическая неоднородность. Также негативно отражается на качестве сварного соединения.

Сварка взрывом позволяет получить надежное соединение неоднородных металлов.

Подготовка к работе

Перед процессом необходимо запастись следующим:

• взрывчатое вещество;
• детонатор;
• металлические детали для соединения;
• крепкая опора или фундамент для фиксации неподвижной детали.

Конечно, подготовка будет зависеть от конкретной сварочной задачи. Обычно задачи следующие:

• соединение деталей цилиндрической формы;
• соединение деталей с крупными габаритами;
• соединение сложных заготовок со сложной композицией металлов.

Сварка металлов взрывом.

Выполнение работ практически одинаковое при соединении любых видов металлических форм:

• Прежде всего готовится основание для фиксации неподвижной делали. Обычно это плита массивных размеров из металла, железобетона или даже песка. После процесса она часто деформируется и приходит в негодность, эта проблема не относится только к металлическому основанию.
• Вторая свариваемая деталь, которая должна быть подвижной, должна находится по отношению к первой под острым углом в 3 – 10°. Расстояние между деталями не должно превышать 2 – 5 мм.
• Взрывчатое вещество размещается на поверхности подвижной заготовки. На данном этапе главное – расположить взрывчатку равномерно, это ключевой фактор качества соединения, который уменьшает риск смещений или деформации самой взрываемой заготовки.
• Гексоген, аммонал и многие другие виды взрывчатых веществ можно применять для такого рода сварочных работ, марок и разновидностей очень много.
• Размещение взрывчатки на поверхности проводят с помощью специального контейнера, который является картонной коробкой без крышки и с отверстиями на дне. Отверстия нужны для максимально плотного контакта взрывчатки с поверхностью заготовки.
• Последним размещается детонатор, после чего можно начинать взрыв. Он происходит после активации взрывчатки с формированием взрывной волны с огромной скоростью. Скорость зависит от сорта взрывчатки и ее состояния: плотности, влажности, времени хранения и т.д.

Сварка взрывом: преимущества и недостатки

Обработка металлов приобрела достаточное распространение за счет следующих положительных сторон:

• формирование композитов армированного вида;
• использование для пакетов со множеством слоев;
• сварка материалов, являющихся разнородными по отношению друг к другу, к примеру, сталь – титан;
• низкий расход;
• экономичность.

Несмотря на множество достоинств, не обошлось без недостатков, основным из которых является заметный воспроизводимый шум, из-за чего возникает необходимость в достаточном удалении от жилых и общественных зданий, также присутствует сложность хранения и транспортировки, вызванная опасностью взрыва.

Понятие процесса сварки

Энергия подводится к электроду, материалу для сварки, путем усиления через инвертор. Определение сварки начинается с того, что воздействие электрической дуги приводит к расплавлению металла электрода, что приводит к образованию сварочной ванны. При процессе образования ванны происходит смешивание с основным материалом, шлаки всплывают на поверхность и служат как защитная пленка. Затвердевание металла после процессов называется процессом сварки.

Процесс сварки

Для определения, что такое сварка, важно знать, что существует два вида электродов – неплавящиеся и плавящиеся. Неплавящийся электрод подразумевает использование присадочной проволоки, которая вводится в сварочную ванну отдельно

Второй вариант плавит непосредственно прут электрода. Защита от окисления в процессе стыковки производится газами, подводящийся при горении головки. Существуют переменные и постоянные агрегаты, при работах с агрегатами постоянного тока происходит более качественный, равномерный шов.

Физические признаки сварки

Взаимодействие металлов или других материалов происходит путем межатомного воздействия элементов. При обычных температурных показателях материалы не взаимодействуют друг с другом вне зависимости от условий, из-за твердой структуры металлов. Загрязнение поверхностей при соединении в виде образований жира или окисей оказывает значительное влияние при процессе связки металлов.

Под действием сдавливания возможно физическое соединение на поверхности или пластическая деформация. Атомно — металлические связи происходит путем взаимодействий электронных соединений при сварке металлов, а также стыковка ковалентных металлов. Определение типа и вида сварки происходит по нескольким параметрам взаимопроникновения, например сдавливание, распайка и термомеханическое воздействие.

Расплав металла сваркой

Расплавление материала происходит без воздействия внешних механических сил, обеспечивается необходимая температура сварочными дужками, газовым пламенем, другим источникам энергии. Виды сварочных работ под давлением подразумевают деформацию металла, что придает текучесть жидким соединениям. Процесс стыковки материалов происходит за счет наплыва свежих слоев материала друг на друга.

Технологичность главное свойство сварных работ

Существует множество разновидностей способов, видов сварочных работ. Классификация имеет прямую зависимость от типа материала и оборудования. Распространенные виды сварочных работ:

• электрошлаковые;
• дуговые;
• плазменное и электронно-лучевое;
• световые, газовые;
• ультразвуковые;
• холодные, печные, контактные виды.

Важность технологических свойств

Бесперебойность процесса и его механизацию обеспечивают технологические свойства. Металлический компонент в сварочном шве остается защищенным в случае соблюдения требований и технологий. Виды сварки подразделяются на:

• вакуумные;
• воздушные;
• защитно — газовые;
• по флюсные;
• пенные;
• под флюсные виды.

Степень расплавленной среды материала подразделяется на атмосферную и струйную разновидность. Расплавленное вещество на дужке сварного шва характеризует струйную технологию. Характер заменимости способствует возможной замене газа на более или менее активный. Существует совокупность активных или инертных соединений газов. Степень механизации подразделяется на ручную, механизированную и полностью автоматический процесс.