Сварка и резка металлов взрывом
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
"ТОМСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ЮРГИНСКИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Механико-машиностроительный
факультет
Оборудование
и технология сварочного производства
Кафедра
сварочного производства
Курсовая
работа
по
дисциплине: "Методология научных исследовании"
ЮРГА
2013
Аннотация
Новиков Д.К. Сварка и резка металлов взрывом. -
Курсовая работа ЮТИ ТПУ 2013, с. 31, ил. 7.
В работе изложены сущность сварки и резки
металлов взрывом, приведены основные технологические схемы и параметры
процессов, дан краткий обзор статей по теме курсовой работы. Указано
оборудование и материалы для процессов сварки и резки металлов взрывом. Преимущества
при определенных видах соединений и резки металлов .
Содержание
Введение
. Сварка
взрывом
.1Сущность сварки взрывом
.2 Основные схемы применяемые при
сварке взрывом
.3 Классификация параметров сварки
взрывом
1.4 Научные работы по сварке взрывом
1.5 Оборудование
. Резка
металла взрывом
.2 Сущность и схема резки металла
взрывом
.2 Категории резки металлов взрывом
Заключение
Список использованных источников
Введение
В современной технике приходится соединять
детали из одинаковых и разнородных материалов и сплавов, неметаллов, а также
самые различные их сочетания.
Соединения должны быть прочными. Однако к ним
предъявляют и специальные требования, ограничивающие допустимое термическое и
механическое воздействие сварочного процесса на соединяемые материалы. Иногда
задается предельная температура нагрева, еще не вызывающая неблагоприятных
изменений свойств материалов, или лимитирующих степень пластической деформации
и наклепа, которые могут отрицательно повлиять на служебные свойства
свариваемых материалов, например полупроводников. В решении этих специальных
задач роль сварки давлением очень велика, так как современные ее способы
позволяют варьировать термические и деформационные параметры процесса в очень
широких пределах.[1; стр2]
Сварка взрывом представляет собой разновидность
процесса сварки давлением, реализуемую при высокоскоростном соударении тел,
метаемых зарядами взрывчатых веществ(ВВ). Сварку взрывом широко применяют для
получения заготовок и изделий при изготовлении сварных металлоконструкций,
включающих использование таких металлов и сплавов которые известными способами
сварки соединить невозможно или крайне затруднительно.
Используемые на практике методы раскроя
холодного и горячего металла (вырубка на прессах, резка дисковыми пилами, газовая
и анодно-механическая резка) связаны с большими отходами материалов и низкой
производительностью. Внедрение методов резания взрывом приводит к уменьшению и
устранению указанных недостатков и снижение себестоимости процесса.[2;стр6]
1.
Сварка взрывом
1.1 Сущность сварки взрывом
Сварка взрывом основана на воздействии
направленных кратковременных сверхвысоких давлений энергии взрыва на
свариваемые детали, и в отличии от штамповки взрывом осуществляется при
непосредственном контакте взрывчатого вещества с метаемой деталью, изредка
через буферную прокладку для смягчения удара. Сварку взрывом используют при
изготовлении заготовок для проката биметалла, при плакировке поверхностей
конструкционных сталей металлами и сплавами с особыми физическими и химическими
свойствами, а также при сварке деталей из разнородных металлов и сплавов. При
сварке взрывом соединения образуются за счет совместной пластической деформации
в результате вызванного взрывом соударения быстродвижущихся деталей.
Кинетическая энергия соударения соединяемых частей затрачивается на работу
совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к
образованию сварного соединения. При этом часть работы пластической деформации
переходит в теплоту, которая может разогревать металл в зоне соединения до
высоких температур, вплоть до плавления локальных объемов. Это сравнительно
новый перспективный технологический процесс, позволяющий получать
биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из
разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими
способами затруднена.
1.2 Основные схемы применяемые при сварке
взрывом
Принципиальная угловая схема сварки взрывом
представлена на рисунке 1.
Рисунок 1
Угловая схема сварки взрывом до начала(а) и на
стадии(б)
Неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую
пластину (облицовку) 3 располагают под углом α = 2-16° на
заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают
заряд ВВ 2. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на
опоре 5. При возбуждении с помощью детонатора заряда ВВ по нему
распространяется фронт детонационной волны со скоростью детонации D,
составляющей 2000-8000 м/с (детонация - процесс разложения ВВ с выделением газа
и тепла). Образующиеся позади фронта детонации газообразные продукты взрыва в
начальный период создают давление 100-200 Гпа, сохраняя в течение короткого
времени по инерции прежний объем ВВ, а затем со скоростью 0,5-0,75Dрасширяются,
сообщая находящемуся под ним участку металла импульс движения. Под действием
этого импульса объемы заготовки последовательно вовлекаются в ускоренное
движение к поверхности неподвижной части металла и с большой скоростью
соударяется с ней. При установившемся процессе метаемая пластина на некоторой
длине дважды перегибается, ее наклонный участок по углом движется со скоростью Dза
фронтом детонационной волны. При соударении из вершин угла выносятся тонкие
поверхностные слои, окислы и загрязнения. То есть в месте соударения возникает
эффект кумуляции - из зоны соударения выбрасывается с очень высокой скоростью
кумулятивная струя, состоящая из металла основания и облицовки. Эта струя
обеспечивает очистку свариваемых поверхностей в момент, непосредственно
предшествующий их соединению. Со свариваемых поверхностей при обычно
применяемых режимах сварки удаляется слой металла суммарной толщиной 1-15 мкм.
Высокоскоростное соударение метаемой части металла с неподвижной пластиной
вызывает течение металла в их поверхностных слоях. Поверхности сближаются до
расстояния действия межатомных сил сцепления и происходит схватывание по всей
площади соединения с характерной волнообразной границей раздела соединяемых
деталей. Продолжительность сварки взрывом не превышает несколько микросекунд.
Прочность соединений, выполняемых сваркой взрывом, выше прочности соединяемых
деталей. Это объясняется упрочнением тонких слоев металла , прилегающих к
соседним поверхностям, при их пластической деформации. Исследование
пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки
показало, что прочное соединение образуется только там, где соударение
сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и
основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал, и в частности в зоне
инициирования взрыва, прочного соединения не было получено. Очевидно, что
"лобовой" удар метаемой пластины в основание без тангенциальной
составляющей скорости и сдвиговой деформации в зоне соединения не приводит к
сварке.[3]
Задавая углы и значения скоростей ( D,
и
)
их можно связать тригонометрическими соотношениями (рисунок 2)
Рисунок 2
- установочный
угол, β
- угол
перегиба, γ - угол соударения, D
- скорость детонации взрывчатого вещества, 
-
скорость перемещения динамического угла встречи соударяющихся пластин в
направлении сварки(скорость контакта), -
скорость соударения(метания), ПД - продукты детонации, ВВ - заряд взрывчатого
вещества, К - точка контакта, 
- кумулятивная
струя, 
-
скорость распространения звука в металле.
.=
2Dsin0,5(γ - 
γ
= +β;
=
Dsin(γ-)/sinγ
На первом этапе сварки взрывом угловая схема
являлась наиболее распространенной. Это было связано с применением мощных ВВ со
скоростями детонацииD,
превышающими скорость звука в металле 
Недостаток
угловой схемы состоит в том, что по мере удаления от точки инициирования заряда
ВВ зазор hсущественно
возрастает, приводя к соответствующему изменению условий соударения по длине
свариваемой заготовки и анизатропии свойств полученного многослойного
материала.
В отличии от угловой при параллельной схеме
(рисунок3)
Рисунок 3
когда 
=
0, сварка происходит с постоянными значениями h,
γ, 
,
.
Это позволяет использовать параллельную схему при решении большинства
практических задач. При параллельной схеме расположения свариваемых элементов
уравнения, которые определяют кинематические параметры процесса сварки
существенно упрощаются:
=
2Dsin0,5γ; γ =
β; 
=
D.
Соединения деталей при угловой и параллельной
схемах исходного расположения заготовок происходит по волнообразной линии.
Конфигурация волн зависит от параметров режима сварки: скорости соударения
деталей, скорости контакта и угла соударения. Эти параметры можно регулировать,
подбирая взрывчатое вещество, меняя высоту его слоя ( от 5 до 100 мм) и
исходный зазор между деталями с учетом плотности и толщины метаемой детали.
На рисунке 4 изображена схема сварки взрывом
соединения труб
Рисунок 4
В этом способе применяется телескопический или
нахлесточный стык, где 1 и 2 - соединяемые трубы, 3 - взрывчатка, 4 -
детонатор. Взрывчатка располагается по стыку кольцеобразной полосой. Для
устранения смятия труб при взрыве может быть применен достаточно прочный
сердечник (не показан на рисунке).
1.3 Классификация параметров сварки взрывом
К внешним, исходным параметрам относятся:
параметры свариваемых материалов
(физико-механические свойства и геометрические размеры)
установочные или технологические параметры: -
установочный угол между пластинами перед сваркой (при =0,
что чаще всего используется на практике, γ=
и скорость контакта равна скорости
детонации), h - исходный зазор
между пластинами, Н - высота заряда ВВ, 
-
насыпная плотность заряда ВВ. Тип ВВ, определяет скорость его детонации при
заданных высоте и плотности.
Исходный зазор между пластинами в расчетах
измеряется в единицах линейного размера заряда ВВ в зависимости от соотношения
высот h/H.
Сама высота заряда и насыпная плотность характеризует количество применяемого
ВВ, измеряемого в единицах массы метаемой пластины: m=Н/(
,
где
- насыпная
плотность заряда ВВ, 
- плотность
материала метаемой пластины, 
ее толщина. [4.
стр 181]
Физические явления, происходящие при сварке
взрывом, структура и свойства соединения зависят от свойств свариваемых
материалов и параметров процесса, которые можно разделить на кинематические и
физические (динамические) параметры.
К кинематическим параметрам принадлежат: 
-скорость
метаемой пластины, β-угол
поворота метаемой пластины, γ-угол
соударения, 
-скорость движения
точки контакта.
К физическим(динамическим) параметрам относятся:
р-давление соударения, t-длительность
соударения, Т-температура в зоне соударения. Эти параметры в свою очередь
определяются конструктивными характеристиками взрывного устройства ,
физико-механическими, теплофизическими и энергетическими свойствами
используемых материалов и начальными (технологическими) параметрами процесса:
) Характеристика заряда ВВ: D-
скорость детонации, 
-плотность заряда, k-показатель
политропы продуктов детонации, 
-масса заряда ВВ.
) Свойства свариваемых металлов:
физико-механические характеристики свариваемых металлов (прочность, твердость,
вязкость), теплофизические
(теплоемкость, теплопроводность, температура
плавления), микрорельеф свариваемых поверхностей, начальная температура,
ударные адиабаты свариваемых поверхностей.
) Коэффициент нагрузки r
( безразмерные параметры): r=/
=
/
,
где и
-
соответственно плотность материала и толщина метаемой пластины.
) Сварочный зазор h-
начальное расстояние между пластинами (обычно h=(1...2)),
α-начальный
угол между пластинами.
Площадь метаемой пластины, как правило, больше
площади основной пластины. Нависание метаемой пластины над основной необходимо
для того, чтобы уменьшить влияние бокового эффекта разлета продуктов взрыва при
детонации плоского заряда ВВ, однако этот прием не всегда устраняет расслоение
по периметру биметаллических пластин, называемых краевым неприваром. В начале
соударения вблизи точки инициирования заряда ВВ соединение пластин так же может
быть некачественным. Этот участок принято называть краевым неприваром.[5.
стр114]
1.4 Научные работы по сварке взрывом
Процессы расплавления, вихреобразования и
фрагментации при сварке взрывом
Исследованы явления, происходящие вблизи границы
раздела при сварке взрывом: расплавление, вихреобразование, фрагментация. Обнаружено,
что для исследуемых соединений алюминида титана с титаном границы раздела
оказались расплавленными полностью или частично. При этом впоследствии высокой
прочности возникающего соединения расплавление в зоне контакта не является в
определенных условиях критически опасным для сварки взрывом. Предложены
альтернативные варианты объяснения слоистой структуры локальных зон
расплавления: вихреобразование и послойная кристаллизация. Обнаружены фрагменты
(частицы) алюминиды вблизи границы раздела. Одновременное наблюдение таких
фрагментов и полосовой структуры свидетельствует о существовании двух различных
процессов фрагментации.
В качестве исходных материалов выбран
технический титан ВТ1-0 и орторомбический алюминид титана - сплав ВТИ - 1.
Сварку выполняли при различных схемах и параметрах, после чего выбрали
соеденения для дальнейшего исследования. Неподвижную пластину располагали на
металлической подложке. [6]
Особенности пластической деформации металла
околошовной зоны при сварке взрывом сталеалюминиевого композита с подслоем
хрома
В этой статье представлены результаты
исследования пластического деформирования металла околошовной зоны при сварке
взрывом сталеалюминиевого композита с предварительно нанесенным на сталь
подслоем хрома. Показано влияние толщины подслоя хрома и скорости соударения на
величину сдвиговой деформации металла в приконтактных областях сваренного
взрывом композита Al+Cr+Cт3
и прочность соединения его слоев. Рассмотрены энергетические аспекты процесса
формирования соединения на межслойных границах композита.
Целью работы явилось изучение основных
закономерностей деформирования металла околошовной зоны при сварке взрывом
сталеалюминиевого композита с подслоем хрома, нанесенного гальваническим
методом на поверхность стали.
В качестве модельных материалов применяли
пластины из алюминия А5 и стали Ст3 толщиной 4 и 10 мм соответственно. На
поверхность стальной пластины электрохимическим методом наносили тонкий слой
хрома различной толщины, которую контролировали электромагнитным толщиномером
"Константа К5"
Для изучения закономерностей пластического
деформирования металла в околошовной зоне при сварке взрывом сталеалюминиевого
композита с подслоем хрома использовали метод слоистых модельных вставок в
метаемой алюминиевой пластине.
Установлено, что степень сдвиговой пластической
деформации 
в алюминии в
непосредственной близости от границы раздела Al-Crсущественно
зависит от скорости соударения, что закономерно и не противоречит данным работ.
Выявленные особенности и закономерности
пластической деформации металла околошовной зоны при сварке сталеалюминиевого
композита с подслоем хрома позволяет целенаправленно управлять его
формированием и прогнозировать прочностные свойства. Эффект значительного
(более чем в три раза) повышения прочности между гальванически нанесенным
тонким подслоем хрома и стальной основой за счет реализации в процессе сварки
взрывом локализованной сдвиговой пластической деформации на границе хром-сталь
и вызванным ею развитием активационных процессов с образованием активных
центров может служить инструментом регулирования свойств подобных композитов, а
также основой при разработке новых технологических процессов при обработке
металлов взрывом.[7]
Способ изготовления гибкого токопровода сваркой
взрывом
Предложена конструкция гибкого токопровода,
позволяющая существенно уменьшить потери электроэнергии на внешних и внутренних
контактах токопровода в электроустановках большой мощности, способных работать
при температуре до 500
.
Разработан способ изготовления гибкого
токопровода, обеспечивающий локальную сварку взрывом собранного из гибких
металлических полос пакета по его концам с образованием качественного
соединения метаемой пластины с неограниченным числом гибких металлических полос
и сваркой по концам каждой предшествующей полосы с последующей и метаемой
пластинами по площадям, превышающим площади поперечного сечения пластин, а
также сохраняется целостность всего пакета и его гибкость в центральной части.
Цель данной работы: разработка новых
энергосберегающих композиционных токоведущих конструкций, деталей, узлов и
технологических процессов изготовления последних с помощью сварки взрывом для
предприятий цветной металлургии и энергетики.[8]
Плакирование торцевых поверхностей металлических
заготовок сваркой взрывом
Разработана технологическая схема сварки взрывом
на основе плакирования торцовой поверхности металлических заготовок типа
цилиндров путем приварки к ним плакирующего листа без образования начального
участка непровара.
В большинстве случаев при использовании
традиционных схем сварки взрывом в начале сварки образуется участок непровара.
При сварке плоских листовых и цилиндрических трубных заготовок размер
начального участка непровара несоизмерим с общей площадью сварки и
несущественно влияет на общее качество получаемого сварного соединения и во
многих заготовках может вырезаться, так как попадает в размерный или
конструкционный допуск на биметаллическую заготовку.
При плакировании торцовых поверхностей цилиндрических
заготовок с уменьшением их диаметра размер начального участка непровара,
оставаясь постоянным, возрастает относительно общей плакируемой торцовой
поверхности. С целью получения качественного сварного соединения на торцовой
поверхности цилиндрических заготовок необходимо исключить образование
начального участка непровара.
Поставленную задачу решали с учетом того, что
плакирование торцовой поверхности проведено путем приварки к ней взрывом
плакирующего листа, устанавливаемого под углом к плакируемой поверхности, и
инициировании заряда взрывчатого вещества из наиболее удаленной от плакируемой
поверхности точки. Плакируемый лист устанавливают под углом к горизонтальной
плоскости, проходящей через вершину плакируемой поверхности, равным углу
поворота плакируемого листа в процессе полета.[9]
Деформационные и термодинамические процессы при
плакировании титаном сваркой взрывом цилиндрических деталей.
Рассмотрены структурные особенности деформации
титана при высокоскоростном обжатии титановой трубы. Рассмотрены
термодинамические условия сварки взрывом титана. Показано, что для
качественного плакирования цилиндрических деталей титаном необходимо исключить
условия возникновения локализации деформации из-за нагрева поверхности и
перехода титана в пластичное состояние при проведении процесса в среде защитных
газов. Полученыпротяженныетокоподводымедь + титандлиной, превышающей 30
диаметров.
Разработана опытная технология получения сваркой
взрывом длинномерных титано-медных стержней, обеспечивающая 100%-нуюсплошностьсоединения
по всей поверхности и электросопротивление зоны
соединения, соответствующее техническим условиям на изделие.[10]
Изготовление электрододержателя и
биметаллической щеки сварки взрывом
Показана возможность изготовления с помощью
сварки взрывом рукава электрододержателя и биметаллической щеки
рудно-термических печей, позволяющая значительно снизить металлоемкость
конструкций, оптимизировать эксплуатационные характеристики машини агрегатов,
повысить их надежность и долговечность.
Применение слоистых композиционных материалов в
машиностроении позволяет значительно снизить металлоемкость конструкций и
одновременно оптимизировать эксплуатационные характеристики машин и агрегатов,
повысить их надежность и долговечность. Современные способы соединения разнородных
металлов позволяют получать крупногабаритные двух- и многослойные заготовки в
виде плит, листов и труб в широком диапазоне изменения толщин основного и
плакирующего слоев.
В некоторых электроплавильных агрегатах большой
мощности становится очевидной необходимость сочетания высокой теплопроводности
меди с прочностными свойствами стали в едином материале, которым и является
биметалл медь-сталь, имеющий прочность соединения слоев не ниже прочности меди.
Помимо экономии меди по сравнению с цельномедными конструкциями стальной слой
биметалла позволяет не только обеспечить необходимый уровень прочности
элементов конструкций при интенсивных термомеханических нагрузках, но и
использовать наиболее простые технологические и конструктивные решения при
изготовлении и монтаже установок в целом. [11]
Обработка материалов энергией взрыва на
установке КВГ-16
Установлена целесообразность применения
установки КВГ-16 для изготовления деталей и узлов эксплуатируемого основного и
вспомогательного оборудования с использованием энергии взрывчатых веществ. сварка взрыв плакирование титан
Установка КВГ-16, это взрывная камера состоящая
из корпуса, рамы, привода передвижения тележки с крышкой, насосной станции,
системы управления.
Техническая характеристика установки КВГ-16
Тип взрывной камеры - цилиндрическая
горизонтальная
Внутренний диаметр цилиндрической частикорпуса,
мм 1600
Толщина стенки цилиндрической части, мм 80
Длина корпуса камеры, мм 12 916
Рабочая часть длины основания стола, мм 10 000
Рабочая часть длины основания стола,на которой
возможно расположение ВВ, мм 8000
Ширина основания стола, мм 800
Ширина (симметрично относительно продольной оси)
основания стола, на которой возможно расположение ВВ, мм 600
Наибольшее перемещение крышки со столом при
выдвижении его из камеры, мм 10 340
Положение верха основания стола относительно
пола, мм 1420
Наибольшая погонная масса ВВ (в тротиловом
эквиваленте) кг/м 2
Наибольшая суммарная масса BB(в
тротиловом эквиваленте), кг 16
Рабочий цикл установки, мин.30-40
Производительность вентиляционной установки, м3/ч
не менее 3600
Диаметр трубопроводов (два) вентиляции, мм 190
Параметры насосной установки:расход масла, л/мин 70
Наибольшее давление масла, МПа 6,3
Система инициирования заряда - электрическая,
высоковольтнаяТип используемых электродетонаторов ЭДВ-1, ЭДВ-2
Масса установки т. 70
Размеры установки, м 27,21*2,2*2,46
Наибольшая масса одного узла (цилиндрической
оболочки камеры), т 21,0
Первоначально основным предназначением установки
КВГ-16 было упрочнение стрелочных переводов и путевых элементов длиной до 8
метров и шириной до 0,45 метров.Кроме упрочнения стрелочных переводов и путевых
элементов в установке КВГ-16 могут проводиться технологические операции по
сварке, компактированию, упрочнению металлов, штамповке и другим видам
обработки материалов взрывом, что существенно расширяет область ее применения.
Установка КВГ-16 может быть успешно использована
на крупных алюминиевых заводах для проведения работ по изготовлению и ремонту с
помощью энергии взрыва широкого круга деталей и узлов эксплуатируемого
основного и вспомогательного оборудования. Односменная работа установки КВГ-16
может полностью обеспечить потребность завода типа БрАЗ во всех используемых на
сегодня деталях и узлах эксплуатируемого основного и вспомогательного оборудования,
изготовляемого с использованием энергии взрыва.[12]
Поведение металлов при высокоскоростной
деформации и волнообразование при сварке взрывом.
Рассмотрены существующие подходы к определению
условий формирования волнообразного профиля соединения при сварке металлов
взрывом. Отмечены ограничения гидродинамической модели, связанные с тем, что
описание процесса, в том числе локализации сдвиговой деформации на границе
контакта, не учитывает индивидуальных свойств свариваемых тел. Предложен новый
подход к волнообразованию при сварке взрывом в рамках упругопластической
модели. Он основан на условии реализации таких режимов косого соударения,
которые с учетом динамической вязкости свариваемых металлов с различной
статической прочностью должны обеспечивать равенство их сопротивлений
формоизменению.
Структурные и механические свойства
металлоинтерметаллических слоистых композитных материалов,полученных с помощью
сварки взрывом и отжига.
Слоистые композиционные материалы (КМ) являются
перспективными материалами для аэрокосмической промышленности идругих областей
промышленности. Представлены результаты исследований КМ „А1-AljTi-Ti",
изготовленного с помощью сваркивзрывом и отжига в атмосфере воздуха при 630 °С.
Время менялось от 1 до 100 ч для изучения сложностей роста интерметаллидиого
слоя. Структуру исследовали с помощью оптической микроскопии, просвечивающей
электронной микроскопии, растровойэлектронной микроскопии и рентгеновской
дифракции. Наличие толстых оксидных
пленок, которые могли бы сократить скоростьдиффузии, не обнаружено. Однако
найдены некоторые отличия.Несмотря на большое время отжига (до 100 ч) полного
растворения алюминиевых пластин толщиной 1мм не было достигнуто.[14]
Процессы фрагментации при сварке взрывом.
Краткий обзор посвящен проблеме фрагментации при
сварке взрывом. Обнаружена фрагментация типа дробления (ФТД), представляющая
собой процесс разделения на частицы, которые либо разлетаются, либо смыкаются
друг с другом. ФТД является аналогом фрагментации при взрыве, исследованной
Моттом. В обоих случаях наблюдается разлет частиц (осколков), только при ФТД
сохраняется сплошность материалов. ФТД - мощный канал для диссипации подводимой
энергии, поскольку поверхность разлетающихся частиц имеет большую суммарную
площадь.[15]
Перспективное ВВ для сварки взрывом тонких
металлических фольг.
Представлены экспериментальные исследования по
созданию новых смесевых взрывчатых веществ на основе мощного вторичного
взрывчатого вещества (гексоген, ТЭН) и инертного „разбавителя" -
бикарбоната натрия, имеющего большую газовую фазу при термическом разложении.
Измерены скорость детонации взрывчатого вещества при средней насыпной плотности
-1 г/см3 и критическая толщина детонирующего слоя. Разработаны
составы, которые имеют стабильную скорость детонации -2 км/с при толщине слоя
-2 мм. [16]
Некоторые результаты экспериментального
исследования сварки металлов взрывом.
Описаны опыты по изготовлению композиционных
материалов (биметаллических платин из меди и молибдена, ковара и меди) при
помощи сварки взрывом. Качество сварки определялось металлографическим методом.
Определен оптимальный режим сварки. В качестве метаемого материала используется
молибденовая фольга с защитой из резины толщиной I мм, а неподвижным материалом
является медный лист на основании из низкоуглеродистой стали и начальным
зазором 1 мм. При этом достигается высокое качество сварки по всему листу.[17]
Реализация передовых технологий сварки взрывом
при создании новых металлических композиций.
Рассмотрены преимущества использования сварки
взрывом при создании многослойных металлических материалов, изготовление
которых другими методами затруднено. Показаны результаты использования
многослойных композиционных металлических материалов, изготовленных сваркой
взрывом.[18]
Сварка взрывом двойных труб из коррозионностойкой
стали с углеродистой сталью.
Изготовлены трубы из коррозионностойкой стали
(КС) с помощью сварки взрывом. Изучали свариваемость трубы из КС (внутренняя
труба) и из углеродистой стали (внешняя труба) и проводили расчеты с
использованием конечноэлементной имитации.[19]
Энергосберегающие композиционные материалы на
основе меди и алюминия, полученные сваркой взрывом.
Ударная вязкость стальных слоистых
композиционных материалов, полученных методом сварки взрывом.
Изучали структуру и ударную вязкость слоистых
материалов полученных методом сварки взрывом тонколистовых стальных заготовок,
изучены слоистые композиционные материалы трех типов: „сталь 20 - сталь
20", „сталь 20 - сталь 60Г", „сталь 60Г - сталь 60Г". Толщина
стальных пластин в исходном состоянии была равной 1 мм. Сталь 20 имела
феррито-перлитную структуру] с перлитом пластинчатого типа. Сталь 60Г
находилась в феррито-1 цементитном состоянии, при этом цементитные частицы
имели! сферическую форму и были равномерно распределялись в феррит-1 ной
матрице. Сварку взрывом КМ из тринадцати слоев стали 20 выполняли в два этапа.
На первом этапе получали пятислойный КМ. На втором - к получившемуся пакету
симметрично с боков приваривали еще по четыре пластины. Сварку КМ из
разнородных сталей выполняли в два этапа по симметричным схемам. Для
изготовления каждого образца было использовано 4 пластины из стали 20 и 5
пластин из стали 60Г. На первом этапе к неподвижной центральной заготовке
симметрично с двух приваривали еще по две пластины. На втором этапе все
параметры соударения сохранялись. только в качестве неподвижной центральной
заготовки использовали предварительно созданный пятислойный КМ. Аналогичным
образом получали КМ из девяти слоев стали 60Г. [21]
Исследования влияния сварки взрывом на
механические свойства материала цилиндра и кольцевой заготовки.
Сварка взрывом приводит к структурным изменениям
материала кольца за счет деформационных процессов скольжения и двойникования. В
результате исследований механических свойств после импульсного нагружения:
материала цилиндра установлено повышение предела прочности на 4,8%, а предела
текучести на 7,5%. Материала кольца Ml
повышение пределов прочности и текучести соответственно 22% и 24%.[22]
1.5 Оборудование
Сварка чаще всего ведется на полигонах.
Проектирование полигонов, как и участков по металлообработке, оборудованных
взрывными камерами, выполняют в строгом соответствии с Едиными правилами
безопасности при взрывных работах (ЕПБВР) и другими нормативными документами
Рисунок 5 Планировка
открытого полигона для сварки взрывом (а) и вертикальный разрез рабочей
площадки (б)
- Площадка для сварки взрывом; 2 - площадка для
подготовки ВВ; 3 - расходный склад ВВ; 4 - вышка оцепления; 5 - пост охраны; 6
- площадка для основных материалов и складирования готовой продукции; 7 -
предупредительные щиты; 8 - блиндаж с минной станцией; 9 - блиндаж для укрытия
персонала; 10 - ограждение; 11 - подъездные пути; 12 - площадка для
автотранспорта; земляной вал; r
- расстояния безопасного расположения.
Заготовки устанавливают на массивных плитах, или
грунте. В заводских условиях процесс можно вести в специальных камерах, в
которых создается разрежение порядка 500...1000 Па. Сварка в камере
производится при массе ВВ не превышающей нескольких килограмм. В полигонных
условиях мощность может составлять 10 до 100 кг. Для сварки больших по размеру
заготовок полигоны должны быть оборудованы транспортными средствами,
подъездными путями.[23. стр 495].
2.
Резка металла взрывом
2.1 Сущность и схема резки металла взрывом
Используемые на практике методы раскроя
холодного и горячего металла ( вырубка на прессах, резка дисковыми пилами,
газовая и анодно - механическая резка) связаны с большими отходами материалов и
низкой производительностью. Внедрение методов резания взрывом приводит
уменьшению и устранению указанных недостатков и снижению себестоимости процесса
резания.
На рисунке 6 показана схема образования
высокоскоростной кумулятивной струи при косом соударении металлических
облицовок ( в цилиндрическом варианте это схема кумулятивного снаряда)
Рисунок 6 Схема
образования кумулятивной струи:
- заряд ВВ; 2 - фронт детонационной волны; 3 -
продукты детонации; 4 - облицовка; 5 - кумулятивная струя.
После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на
противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная
волна, которая перемещается вдоль оси заряда. Волна, распространяясь к боковым
образующим конуса облицовки, схлопывает её стенки друг навстречу другу, при
этом в результате соударения стенок облицовки давление в её материале резко
возрастает. Давление продуктов взрыва, достигающее порядка 1010 Па
(105 кгс/см²),
значительно превосходит предел текучести металла, поэтому движение
металлической облицовки под действием продуктов взрыва подобно течению
жидкости, однако обусловлено не плавлением, а пластической
деформацией.Аналогично жидкости, металл облицовки формирует две зоны - большой
по массе (порядка 70-90 %) медленно двигающийся "пест" и меньшую по
массе (порядка 10-30 %) тонкую (порядка толщины облицовки)
гиперзвуковуюметаллическую струю, перемещающуюся вдоль оси симметрии заряда,
скорость которой зависит от скорости детонации взрывчатого вещества и геометрии
воронки. При использовании воронок с малыми углами при вершине возможно
получить крайне высокие скорости, но при этом возрастают требования к качеству
изготовления облицовки, так как повышается вероятность преждевременного
разрушения струи. В современных зарядах используются воронки со сложной
геометрией (экспоненциальные, ступенчатые и др.) с углами в диапазоне 30-60
градусов; скорость кумулятивной струи при этом достигает 10 км/с.Поскольку при
встрече кумулятивной струи с металлом развиваются очень высокие давления, на
один-два порядка превосходящие предел прочности металлов, то струя взаимодействует
с металлом в соответствии с законами гидродинамики, то есть при соударении они
ведут себя как идеальные жидкости. Прочность металла в этом случае практически
не играет роли, а на первое место выходят показатели плотности и толщины.[24]
При угле встречи β
скорость кумулятивной струи достигает 
м/с,
такая струя способна разрезать материал любой прочности и твердости.
Для технологической резки изготавливают
удлиненные профилированные заряды показанные на рисунке 7.
Рисунок 7 Схема
резки металла взрывом:
- разрезаемый лист; 2 - контейнер заряда; 3
-заряд ВВ; 4 - облицовка; 5 - кумулятивная струя.
Такой заряд располагают на объекте по месту желаемого
разреза и во время взрыва возникающая кумулятивная струя разрезает его на
части. Такой способ, в частности применяется, для утилизации крупногабаритных
конструкций, например корпусов ракет, заводских дымовых труб. [2.стр 6]
2.2 Категории резки металлов
Использование ВВ для резки металлов в
зависимости от динамики процесса резания можно разделить на три категории:
резка контактным зарядом, резка взрывным возбуждением волн напряжения и
профилированными зарядами.
Для резки металла контактным взрывом заряд ВВ
детонирует в непосредственном соприкосновении с деталью. Режущее действие
сводится к сдвигу, который возникает под действием высокого давления на
поверхности раздела между металлом и ВВ. Эта операция используется ограниченно
в гражданской промышленности для резки больших металлических объектов. Массу
заряда ВВ, необходимого для большей части конструкционных элементов, труб,
плит, можно определить по уравнениям, приведенным в справочной литературе.
При резке металлов волнами напряжения
сравнительно небольшой заряд ВВ помещают в контакте с деталью. При детонации ВВ
в металлическом теле возникают волны напряжения, распространение которых
поддается теоретическому анализу. Процесс резки в этом случае есть следствие
взаимодействия волн напряжения в определенных местах детали, которые можно
определить заранее. Эта наиболее современная технология резки металлов требует
необходимого расчета системы металл - ВВ для каждого конкретного случая.
Технология резки волнами напряжения используется в специальных взрывных
установках, например в безосколочных разрывных болтах.
Металлы можно также резать взрывом
профилированного заряда ВВ с металлической облицовкой, который располагают на
небольшом расстоянии от металлической детали. Режущее действие вызывается
высокоскоростным ударом металлических частичек струи от профилированного заряда
. В зависимости от геометрии заряда образуется либо круглые отверстия, либо
линейные разрезы. Эта технология была разработана применительно к нуждам
военной техники.[5 стр. 293]
Заключение
За последние десятилетия применение энергии ВВ
для обработки металлов стало свершившимся фактом. В настоящее время практикой
востребованы более 29 взрывных технологий. Существуют явные преимущества
взрывной обработки, которые позволили занять надлежащее место в промышленности,
некоторые из них следует упомянуть:
- снижение стоимости матрицы, поскольку
используется только объемлющая (подпорная) матрица, а не комплект матрицы со
штампом.
уменьшение объема капиталовложений на прессовое
оборудование, так как средства необходимы лишь для создания взрывных устройств.
изготовление деталей не механическим способом, а
путем взрывной обработки. К ним относятся несимметричные детали, а также очень
крупногабаритные или мелкосерийные детали обычных конфигураций.
возможность изготовления сложной детали или
конструкции как единого целого, а не отдельных частей, соединяемых с помощью
сварки.
обеспечение хорошего качества поверхности
изделия, поскольку не нужен штамп,
частое отсутствие ручной обработки и других
вторичных операций.
соблюдение жестких допусков в больших деталях.
исключение промежуточных отжигов, необходимых
при механической штамповке, вследствие более полного использования возможностей
вытяжки металла.
равномерное распределение взрывных давлений по
всей площади заготовки, что исключает концентрацию напряжений, с которой
приходится сталкиваться при механических способах обработки.
При решении вопроса о целесообразности обработки
взрывом следует исходить из двух фактов:
взрывная обработка может оказаться единственным
осуществимым методом проведения операции.
в тех случаях, когда взрывная обработка может
оказаться экономически более выгодной.
При современном состоянии знаний существует
необходимость серьезных прикладных исследований в таких областях как, динамика
интенсивных кратковременных процессов, металлургические и механические свойства
материалов в фазе обработки и после нее, выяснение относительной роли , которую
играет каждый элемент системы во всей операции в целом, и возможного
взаимодействия между этими элементами. Как именно будут развиваться технологии
обработки металлов взрывом в будущем, зависит от распространения технологии
взрывной обработки на новые области и новые процессы. Прогресс будет зависеть
от интересов промышленных предприятий и масштаба усилий которые будут приложены
к изучению и внедрению новых прогрессивных технологий.
Список использованных источников
1. Основы сварки давлением. Гельман
А.С. М., "Машиностроение", 1970, 312стр
. Высокоэнергетические воздействия
на материалы: учеб. пособие/ В.Д. Рогозин/ ВолгГТУ.-Волгоград,2007.-77стр
.
http://student.zoomru.ru/bild/svarka-vzryvom/126298.993487.s1.html.
Курсовой проект по Теории Сварочных
Процессов на тему
"Сварка взрывом" Выполнил:
Меркулова А.О. Москва 210г
. Банов М. Д. Специальные способы
сварки и резки: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования /
М.Д. Банов, В.В. Масаков, Н.П. Плюснина. - М : Издательский центр
"Академия", 2009.-208 с.
. Применение взрыва с сварочной
технике.В. Г. Петушков. Под редакцией академика Б.Е. Патона. Киев. "
Наукова Думка" 2005. 754 стр.
. Б. А. Гринберг, д-р физ.-мат. наук
(Институт физики металлов УрО РАН),М.А. Иванов, д-р физ.-мат. Наук(Институт
металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины),В. Рыбин, чл.-кор. РАН (ФГУП
ЦНИИ КМ "Прометей"),В. Кузьмин, д-р техн. наук, В. И. Лысак, д-р
техн. наук (Волгоградский государственный технический университет),
Я. Г. Смородинский, д-р техн. наук,
0. В. Антонова, канд. физ.-мат. наук,
А. Елкина, инж., А. В. Иноземцев,
инж., А. М. Пацелов, канд. физ.-мат. наук (Институт физики металлов УрО РАН),
В. Е. Кожевников, канд. техн. наук (ОАО "Уральский завод химического
машиностроения"). Процессы расплавления, вихреобразования и фрагментации
при сварке взрывом//
Сварка и диагностика . 2010г. №6
стр34-38. Издательство ООО "Мастер-класс" г. Москва
7. С. В. Кузьмин, д-р техн. наук,В.
И. Лысак, д-р техн. наук,0. В. Строков, инж.,В. И. Кузьмин, канд. техн. наук,А.
П. Леев, канд.техн. наукВолгоградский государственный технический университет.
Особенности пластической деформации металла околошовной зоны при сварке взрывом
сталеалюминиевого композита с подслоем хрома. // Сварка и диагностика. 2011г.
№3.стр22-26. Издательство ООО "Мастер-класс" г. Москва
. В. М. ОГОЛИХИН, д-р техн. наук, С.
Д. ШЕМЕЛИН, инж.Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН
(Новосибирск). Способ изготовления гибкого токопровода сваркой взрывом. //
Сварка и диагностика. 2012г. №7. Стр36-39. Издательство ООО
"Мастер-класс" г. Москва
. В. М. Оголихин, канд. техн. наук,
С. Д. Шемелии, инж. Конструкторско-технологический филиал Института
гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН (Новосибирск). Плакирование торцевых
поверхностей металлических заготовок сваркой взрывом. // Сварочное производство
2010г. №3. Стр32-33. Издательский центр "Технология машиностроения"
10. О. Л. Первухина, канд. техн.
наук, И. В. Сайков, инж., Л. Б. Первухин, д-р техн. Наук(Институт структурной
макрокинетики и проблем материаловедения РАН), Ф. Б. Хайдаров, инж.(ООО
"ТитАл"). Деформационные и термодинамические процессы при
плакировании титаном сваркой взрывом цилиндрических деталей. // Сварочное
производство. 2010г. №12 стр31-34. Издательский центр "Технология
машиностроения"
В. М. Оголихин, д-р техн. наук, С.
Д. Шемелин, инж. Конструкторско-технологический филиал Института гидродинамики
им. М. А. Лаврентьева СО РАН (Новосибирск). Изготовление электрододержателя и
биметаллической щеки сварки взрывом. // Сварочное производство 2011г. №11
стр32-33. Издательский центр "Технология машиностроения"
. В. М. Оголихин, д-р техн. наук, О.
И. Стояновский, канд. техн. наук,А. Ф. Черендин, инж., С. Д. Шемелин,
инж.Конструкторско-технологический филиал Федерального государственного
бюджетного учреждения науки Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО
РАН (Новосибирск). Обработка материалов энергией взрыва на установке КВГ-16. //
Сварочное производство. 2012г. №11. стр44-48. Издательский центр
"Технология машиностроения"
. Петушков В.Г. Нестеренко
В.Ф.Степанов Г.В. (Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины,
Киев).Проба,прочн, 2012, № 4, с. 146-158, 161. Библ. 35. Рус.; рез.
укр., англ.
. . BataevI.
A., BataevA.A.,
MaliV.I.,
PavlikovaD. V.
Mater, anddes 2012.35 стр
225-234 Англ.
15. Гринберг Б.А., Иванов М. А.,
Рыбин В. В., Елкина О. А., Пацелов А. М., Антонова О. В., Иноземцев А. В.,
Толмачев Т. П. Деформация и разрушение материалов 2012, №8 с.2-13 Рус.
. Андриевских Л. А., Дреннов О. Б.,
Михайлов А. Л., Титова Н.Н. Тр. РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2012, №17, с 264-269. Библ. 5.
Рус.; рез. англ.
. Камалян Р. З., Камалян С. Р.,
(Академии ИМСИТ). Вести ИМСИТа. 2012, № 1-2, с. 29- 34, 68. Библ. 8. Рус.; рез.
англ.
. Пахомов С. Н., Потапов А. М.,
Резниченко В. И., Мостипан С. Е.(Государственное предприятие КБ
"Южное" им. М. К. Янгеля, Днепропетровск). Наука mа
iнновацii
2012, № 3, с. 41-49. Библ. 6. Рус.; рез. укр., англ.
19. ZamaniEhsan,
LiaghatGliolamHossien/
JMater.Sci.
2012.47, № 2, c. 685-695. Англ.
20. Крюков Д.Б. ( ПГУ) Энергетика в
современном мире: 5 Международная научно-практическая конференция, Чита, 15-16
ноября, 2011 Чита. 201!, с. 140-143, 1 ил. Библ. 1. Рус.
.Гуськов А.В., Милевский К. Е.
(Новосибирский государственный технический университет). Высокие технологии и
фундаментальные исследования: Сборник трудов 10 международной
научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение
высоких технологий в промышленности", Санкт-Петербург, 9-11 дек., 2010. Г.
2. СПб. 2010, с. 189-191, 2 ил. Библ. 2.Рус.
23. http://ru.wikipedia.org
. Сварка. Резка. Контроль: Справочник
в 2-х томах / Под общ. ред. С 24 Н.П.
Алешина, Г.Г. Чернышова. - М.; Машиностроение, 2004 Т. 1 / Н.П. Алешин, Г.Г.
Чернышов, Э.А. Гладков и др. - 624 с . : ил.
25. Сварка и диагностика 06. 2010г.
Издательство ООО "Мастер-класс" г. Москва