Сварка взрывом

Взрывчатое вещество (ВВ) обычно укладывают равномерным слоем не­посредственно на деталь (рис. 25.2, а, в), иногда для некоторого смягчения удара между зарядом и деталью помещается прокладка из резины или пла­стика (рис. 25.2, г). Образование соединения происходит в результате соуда­рения верхней (метаемой) пластины с нижней. Ударной волной взрыва осу­ществляется и необходимая для сварки очистка от загрязнений свариваемых поверхностей.

Более подробно процесс сварки взрывом и некоторые его закономерно­сти можно представить следующим образом. После инициирования детона­тором взрыва заряда ВВ с огромной скоростью по нему распространяется плоская детонационная волна. Позади движущейся плоской детонационной

(О

.---------------------- у ~..^-С------ ^----- f=LZ----

777777777777777?? _ю'р7 V/// V7777777777

Резиновый

/777777777777777

в

Рис. 25.2. Схема сварки взрывом:

а, в — исходное положение деталей; б — установившийся процесс сварки; г — сварка без начального зазора; 1 — детонатор; 2 — взрывчатое вещество; 3 — верхняя деталь; 4 — нижняя деталь; 5 — основание

волны остаются продукты взрыва, давление при этом составляет 10—20 ГПа. За счет этого части верхней детали, расположенной в зоне действия продук­тов взрыва, сообщается ускорение в направлении к неподвижной детали. Силовое воздействие на участки верхней пластины происходит последова­тельно по мере перемещения фронта детонации, и в любой промежуточный момент времени установившегося процесса сварки положение свариваемых деталей будет таким, как показано на рис. 25.2, б. Та часть верхней пласти­ны, где детонация ВВ еще не произошла, находится в исходном положе­нии параллельно нижней, а где прошел фронт детонации, пластины будут уже сварены (участок между точками А и В). В итоге верхняя пластина получит в процессе сварки двойной изгиб, причем точка В непрерывно и с большой скоростью переместится вправо. При параллельном положе­нии пластин до сварки скорость перемещения точки В (v_e) равна скоро­сти детонации (у_д).

При соударении свариваемых пластин в металле возникает упругая ударная волна, а затем, если давление достаточно и превышает некоторое критическое значение, — пластическая. Под влиянием последней увеличива­ется число дислокаций и, следовательно, число активных центров, что стиму­лирует процесс взаимодействия между свариваемыми поверхностями. Именно дислокационный механизм взаимодействия наиболее часто встречается при объ­яснении сущности образования соединения при сварке взрывом.

Удаление оксидов происходит под воздействием кумулятивной (направ­ленной) воздушной струи, которая образуется при сближении с огромной скоростью свариваемых деталей. Скорость самой струи достигает 6000— 7000 м/с, поэтому она оказывает большое давление на металл.

Как показывает практика, поверхность лучше очищается при сварке де­талей, предварительно наклоненных на некоторый угол а (рис. 25.2, в).

Обычно детали располагают друг относительно друга под углом а = 2—15° и с первоначальным зазором h₀ = 2—3 мм. Однако возможна сварка взрывом деталей и без зазора (рис. 25.2, г). В таком случае детали свариваются, оче­видно, вследствие некоторого относительного сдвига, а также зазора, кото­рый образуется под неизбежной деформацией нижней пластины и основа­ния, на котором она находится.

За счет энергии взрыва сварка может происходить практически по неогра­ниченной поверхности. Таким образом получают биметаллические материалы.

С помощью сварки взрывом сваривают детали и более сложной формы (например, заготовки биметаллических переходников для бесфланцевого соединения трубопроводов из разнородных металлов), различные теплооб­менники, в массивные плиты которых приходится вваривать большое число тонкостенных трубок, облицовывают цилиндрические детали. Сварка плав­лением из-за существенной разницы толщин свариваемых деталей достаточ­но трудна, поэтому сварка взрывом для подобных конструкций является од­ной из наиболее рациональных. Кроме того, эта сварка применяется для не­которых композиционных материалов.

В последнее время сварка взрьтом (так же, как и холодная) применяется в сочетании со штамповкой. При штамповке взрьтом многослойных деталей в ряде случаев осуществляют одновременно и сварку по поверхности их контакта.

25.3. Ультразвуковая сварка

Соединение при этом методе сварки образуется под влиянием давления и ультразвуковых колебаний (рис. 25.3).

Ультразвуковые колебания в сварочных установках получают следую­щим образом. Ток от генератора / высокой частоты подается на обмотку 3 магнитострикционного преобразователя 2, который собирается из пластин толщиной 0,1—0,2 мм. Материал, из которого они изготовлены, способен изменять свои геометрические размеры под действием переменного магнит­ного поля. Если магнитное поле направлено вдоль пакета пластин, то любые его изменения приведут к укорочению или удлинению магнитостриктора, что позволит преобразовать высокочастотные электрические колебания в механические той же частоты. 490

^ггГГПТПТТПТггг^

7^ 10

^ЦЩР^Г

Рис. 25.3. Схема ультразвуковой сварки

Преобразователи ультразвуковых колебаний с помощью припоя или клея соединяются с волноводом 4. Волновод передает колебания концентратору 5. Волновод цилиндрической формы не изменяет амплитуды колебаний, в то время как ступенчатые, конические концентраторы усиливают их. Поэтому выбирается специальная форма концентратора, а его размеры рассчитывают с учетом необходимого коэффициента усиления.

Размеры волноводной системы подбираются так, чтобы в зоне сварки был максимум амплитудного значения колебаний (рис. 25.3, кривая 10).

За счет поворота волновода вокруг опоры 9 сваривающий выступ 6 (на­конечник) прижимает детали 7 друг к другу и к нижней опоре — электроду 8 с усилием Р, создаваемым механизмами пневматического или рычажно-грузо-вого типа.

В итоге к деталям, находящимся под давлением, через концентратор подводятся продольные, сдвиговые колебания. Сварное соединение образу­ется в результате совместного воздействия давления и колебаний при сдвиге.

Наиболее рационально применение сварки ультразвуком в следующих областях.

1. Сварка деталей малых толщин. При этом ультразвуковая сварка имеет определенные преимущества, например, перед конденсаторной. Эти пре­имущества обусловлены тем, что при одинаковой толщине деталей диаметр точки при сварке ультразвуком можно получить больше, чем при конденса­торной сварке, также применяемой для соединения деталей малых толщин.

2. Сварка деталей разных толщин и разнородных металлов, которые не свариваются или трудно свариваются другими методами. Существенные ус­пехи достигнуты при сварке ультразвуком металлов с неметаллами (полу­проводниками, стеклом и некоторыми другими материалами). Это обеспечи­ло применение ультразвуковой сварки в электронной и радиотехнической

промышленности. С помощью ультразвука сваривают детали из пластмасс. Ультразвуковая сварка наряду с лазерной применяется для соединения био­логических тканей, что является уникальным примером использования свар­ки ультразвуком и одновременно характеризует ее широкие возможности.

3. Сварка деталей из термообработанных материалов. Отсутствие значи­
тельного нагрева не приводит к заметному понижению прочности металла
околошовной зоны.

4. Сварка без предварительной зачистки поверхности деталей, защи­щенных покрытиями (плакирование, анодирование).

5. Сварка ультразвуком более экономична с точки зрения затрат элек­троэнергии. Однако недостатки ультразвуковой сварки существенно сужают область ее применения: толщина свариваемых деталей ограничена 1,5—2 мм; наблюдается неустойчивость параметров режимов сварки и, как следствие, нестабильность прочности сварных соединений, устранить которые и надежно проконтролировать методами неразрушающего кон­троля довольно сложно.