Сварка взрывом

Содержание

Введение                                                                                                    6

1 Сущность метода и основные области применения                         10

2 Технология сварки взрывом и технологические возможности метода                                                                                                            16

3 Технологические  схемы сварки и технологии  изготовления плакированных плит  взрывом, штамповка взрывом                                 23

Заключение                                                                                          30

Список литературы                                                                             33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Курсовой проект 33 страниц, 8 рисунков, 1 таблицы, 20 источников.

Ключевые слова: сварка взрывом, штамповка взрывам, биметаллы, плакированный металл, плакирование взрывом, пластическая деформация, сварное  соединение, взрывчатое вещество канальный эффект, фрагментация, вихревая структура.

Объектом исследования является сварка взрывом, ее области  применения, технологические схемы  сварки.

Цель работы – изучение технологии сварки взрывом, области ее применения, оборудование применяемое при сварке а так  же перспективы развития сварки взрывом.

Выпускная квалификационная работа  выполнена  в  текстовом редакторе Мicrosoft Word 7.0 и представлена на дискете 3,5" (в конверте на обороте  обложки).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Динамическое  развитие и прогресс многих отраслей промышленности напрямую связаны с  созданием новых материалов, сочетающих в себе высокие технико–эксплуатационные свойства с хорошей технологичностью их изготовления и низкой себестоимости производства [10, стр 4]

Истрия  открытия сварки взрывом. История открытия сварки взрывом интересна и поучительна. Схватывание тел при соударении с большими скоростями наблюдали давно. Еще в годы Первой мировой войны имелись свидетельства о «прилипании» снарядов к металлическим преградам. Одной из первых известных научному сообществу работ, в которых описывалось явление сварки двух латунных дисков под действием детонации взрывчатого вещества, была статья Л.Р. Карла, опубликованная в США в 1944г. В 1944 – 1946 гг. в СССР при изучении кумулятивного эффекта группа исследователей под руководством академика М.А. Лаврентьева было получено монолитное соединение двух собранных соосно и обжатых наружным зарядом взрывчатого вещества металлических конусов. На поверхности соединения наблюдались характерные для сварки взрывом волны. К сожалению, эти работы по разным причинам не получили тогда своего дальнейшего развития. Да и промышленность того времени еще не была готова к использованию уникальных возможностей нового вида сварки – получению биметаллических и многослойных композиционных материалов.

Второе «рождение» сварки взрывом, теперь уже совсем не случайное, совпало с бурным развитием новых отраслей промышленности и, в первую очередь, космической, атомной энергетики, химической, которые остро нуждались в высококачественных биметаллических и многослойных материалах, сочетающих в себе высокую удельную прочность, технологичность изготовления и достаточно низкую стоимость. В 1958 – 1959 гг. сообщения о сварке взрывов практически одновременно делают Д. Пирсон и В. Филипчук с соавторами. В. Филипчук утверждал, что наблюдал частичную приварку листов к металлической матрице при штамповке взрывом еще в 1957 г. Однако предложенная и запатентованная им схема сварки путем подрыва взрывчатого вещества, погруженного в емкость с водой, установленную над свариваемыми пластинами, оказалась на практике не пригодной. Примерно в то же время исследования по сварке взрывом начались в концерне «Дюпон де Немур» (США), а позднее, в 1961 г., и в Стэндфордском исследовательском институте (США).

Работы по сварке взрывам в СССР начались в 1961 г. в  Институте гидродинамики СО АН СССР (Новосибирск). Группой исследователей в составе В.С. Седых, А.А. Деребаса, Е.И. Биченкова, Ю.А. Тришина, руководимой академиков М.А. Лаврентьевым, были выполнены первые опыты, в которых удалось получить качественные сварные соединения. В статье авторы высказали предположения о возможной природе образования соединения. В.С. Седых, а также профессор П.О. Пашков, уже работая с 1962 г. в Волгоградском политехническом институте, заложили основы научной школы по металлообработки взрывом. Начались широкие исследования нового и перспективного технологического процесса. Позднее изучение сварки взрывам продолжилось и активно развивалось научными коллективами Института электросварки имени Е.О. Патона, Белорусского политехнического института, Алтайского НИИ технологии машиностроения, Московского института стали и сплавов.

В первых научных  публикациях можно было встретить  высказывания об исключительности и  даже уникальности нового способа соединения металлов, не вписывающегося из – за своей внешней экзотичности в ряд известных способов сварки в соответствии с существующей классификацией. Однако многочисленными исследованиями большой группы ученых и специалистов из различных мировых научных центров было доказано, что процесс сварки взрывом не является каким – то особым, отдельно стоящим способом, а относится к твердофазным, бездиффузионным способам сварки давлением, в грубом упрощении родственным к сварке ковкой – древнейшим способом соединения металлов. Различия заключаются лишь в значениях давления и скоростей протекания деформационных процессов в зоне контакта металлов, а следовательно, и в механизмах их реализации.

Сварка взрывом, в силу присущей ей особенностей является одним из самых эффективных, а  в ряде случаев единственно возможным  путем создания высококачественных биметаллических и многослойных композиционных материалов. Внешне простой, а по своей физической сущности очень сложный, затрагивающий многие фундаментальные разделы наук о материалах, газо – и гидродинамики, физики прочности и др., процесс сварки взрывом крайне быстротечен и своеобразен и, на первый взгляд, мало похож на другие способы соединения металлов.

Высокоскоростное  соударение тел при сварке взрывом  сопровождается рядом замечательных  эффектов: явлением волнообразования, кумуляции и схватывания тел. При этом в зоне соударения протекают интенсивные узколокализованные пластические деформации обычно в виде волн, фиксируемых на границе раздела металлов. Соединение тел происходит без расплавления металла, диффузионных процессов, а получаемые соединения отличаются исключительно высокой прочностью, даже при сварке металлургически не совместимых материалов. С помощью сварки взрывом впервые стало возможным получать равнопрочные соединения титана со сталью, циркония со сталью и других композиций на практически не ограниченных площадях.

Под термином «сварка  взрывом» принято подразумевать  явление прочного соединения соударяющихся  под некоторым углом поверхностей металлических тел, по крайней мере одного из которых разгоняется до скоростей 150…1000 м/с продуктами детонации взрывчатого вещества. При этом следует отметить, что собственно взрыв, а точнее энергия расширяющихся продуктов детонации, в данном процессе играет всего лишь вспомогательную роль, обеспечивающую ускоренное перемещение тел относительно друг друга и их соударение.

Физическая  природа источников такого ускорения  тел может быть самой разнообразной: электромагнитное поле (при магнитно – импульсной сварке), энергия порохового зарядов орудийном стволе, энергия  взрыва электрического проводника при пропускании через него тока и даже энергия выстрела монтажного пистолета, способна обеспечить точечную сварку. Но во всех случаях суть протекающих при высокоскоростном соударении процессов и явлений в твердых телах остается не именной.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Сущность метода и основные области применения.

 

Сварка взрывом - метод соединения материалов давлением, использующий энергию разложения взрывчатого вещества. Под воздействием продукта разложения взрывчатого вещества заготовки с большими скоростями соударяются. Между свариваемыми поверхностями создается подобие кумулятивной струи, уносящей с них загрязнения, а высокие сжимающие давления обеспечивают физический контакт и возникновение металлических сил связи в результате пластического деформирования и активации атомов в приповерхностных полях [1, стр 490].

При сварке по одной  из основных схем, получившей название угловой, не подвижную пластину и метаемую пластину  располагают под некоторым углом α по отношению к друг другу так, что их краях, обращенные к вершине угла, образуют зазор h. Взрывчатое вещество  укладывается ровным слоем на поверхность метаемой пластины. Взрыв инициируют детонатором, при подрыве которого вдоль слоя взрывчатого вещества распространяется плоская детонационная волна с постоянной скоростью, исчисляемой несколькими тысячами метров в секунду. С такой же скоростью перемещается область с высоким давлением продуктов разложения взрывчатого вещества, значения которого в начальный момент могут достигать нескольких атмосфер. Давление за фронтом снимается волнами разрежения, распространяющимися во все стороны и во все стороны и сообщающимися во все стороны и сообщающими каждому элементарному объёму метаемой заготовки импульс силы, направленной по нормали к ее начальному положению. Под давлением продуктов детонации эти элементарные объемы получают ускорение.

Часть же пластины, находящейся впереди фронта, в  силу инерции сохраняет свое первоначальное положение. Движение части пластины вызывает ее деформацию (перегиб) вблизи фронта. При соударении со второй заготовкой наблюдается второй перегиб. Образующийся между свариваемыми поверхностями угол γ=α+β зависит от соотношения значений скоростей детонации D и движения пластины V_o.

В точке (линии) соударения возникают огромные контактные напряжения, значительно превосходящие предел текучести свариваемого материала при статическом нагружении. Эти напряжения вызывают пластическое деформирование поверхностных слоев соединяемых заготовок. Наличие тангенциальной составляющей скорости V_k приводит к сдвиговым перемещениям в зоне соударения, составляющим доли миллиметра.

Таким образом, при соударении заготовок создаются  условия для очистки поверхности, активации атомов в приповерхностных слоях и образования физического  контакта за счет пластической деформации. Сварки проводится на опоре (металл, песок).

В большинстве  случаев сварки наблюдается волнообразность  зоны соединения, по-видимому, неустойчивостью  кумулятивной струи. Микро рентгеновский  анализ зоны сварки говорит о без  диффузионном ее характере. Под воздействием высоких давлений и резкой локализации повышения температуры в зоне сварки может наблюдаться появление новых фаз. В близи границ раздела имеет место неширокая (10…100 мкм) зона наклепанного металла. Поверхностный слой метаемой заготовки, испытывающий непосредственное воздействие продуктов детонации, также подвергается наклепу. Неравномерная деформация заготовок приводит к появлению остаточных напряжений. Волнообразный характер границ, наклеп металла и механическое перемешивание способствуют повышению прочности соединения.

Получение композиционных материалов с использованием энергии  взрывчатых веществ позволяет расширить  возможности создания новых материалов, сочетающих высокие технико-эксплуатационные свойства, технологичность изготовления и низкую себестоимость производства [ 2, стр 42].

Разработан  способ взрывного компактирования  порошковых материалов, при котором  порошковый материал располагают в  зазоре между трубными заготовками  или трубной заготовкой и сердечником, снаружи  располагают заряд взрывчатого вещества, в результате детонации которого получают композиционный материал в виде цилиндра или трубки, состоящей, как правило, из трех слоев: наружного и внутреннего слоев из материала исходных заготовок и промежуточного из скомпактированного взрывом порошка.

В отечественном  машиностроении накоплен значительный опыт плакирования, получения биметаллических заготовок и деталей. В частности освоено плакирование листов толщиной 70…100 мм, площадью 10..20 м² для сосудов давления ответственного назначения. Есть опыт получения в промышленном масштабе сваркой взрывом деталей узлов трения, сталеалюминевых штырей электролизеров алюминия, биметалла сталь-медь, трехслойных заготовок с габаритными размерами 4200×1200×125 мм и толщиной плакирующих листов коррозионностойкой стали, равной 12,5 мм. Сварка взрывом широко используется для получения слоистых заготовок с последующей прокаткой [3 стр 49].

За 50 лет были разработаны способы получения  сваркой взрывом микроточечных  соединений для электроники, стыковых соединений труб для газовой промышленности, соединение труб с трубными дисками для энергетики, все виды точечных соединений, в том числе и нахлесточные стыковые швы для металлических бритвенных лезвий. Исключением стало изготовление плакированных плит и переходников из разнородных металлов.

Патентуется способ изготовления с внутренними полостями (теплообменники, химического оборудования). Центральный полостеобразующий  элемент, удаляемый после сварки взрывом, выполняют из хрупкого материала, дробящегося в процессе взрывного воздействия. Сварку взрывом осуществляют при заданных скоростях детонации взрывчатого вещества и скорости соударения трубчатой оболочки с полостеобразующими элементами. В качестве хрупкого элемента используют стекло. Способ обеспечивает получение цельносварного изделия с внутренними полостями без нарушения осевой симметрии и герметичности, с пониженным термическим сопротивлением металлических слоев, при этом обеспечивается снижение обмена теплообмена веществ, находящихся во внутренних каналах изделия, с окружающей средой и высокая стойкость в агрессивных окружающих средах [19, стр 10].