Что такое сварка взрывом, где она применяется и как правильно подготовить и осуществить процедуру сварки?

Сварка взрывом является разновидностью ударной сварки, при которой детали свариваются при взаимном соударении, вызываемом детонацией пирозаряда. Нужная температура и скорость соединения деталей достигается за счет кинетической энергии, сообщаемой взрывной волной, а также теплоты сгорания пирозаряда.

Новый ГОСТ на сварку взрывом (ГОСТ Р ИСО 857-1-2009) вступил в силу с 1 июля 2010 года.

Технология процесса

Сваривание двух деталей происходит за счет высокой скорости взрывной волны (до 3000 м/с), распространяющейся равномерно по свариваемой поверхности. При этом одна деталь должна располагаться неподвижно, другая деталь размещается над первой деталью и покрывается равномерным слоем взрывчатого вещества (пирозаряда).

В качестве пирозаряда могут использоваться:

• аммонал;
• аммонит;
• игдонит;
• аммиачная селитра.

Максимальная скорость соударения деталей достигается при использовании аммонита (ГОСТ 21984-76). Детонация осуществляется посредством удара, контролируемого поджига или электроимпульса.

После детонации пирозаряда поверхность плакирующей детали приваривается к неподвижной детали от края вдоль линии взрыва заряда, кратковременно изгибаясь при этом на угол в 3-10 градусов.

Область применения

Метод сварки взрывом используется для соединения:

• сложных изогнутых поверхностей;
• деталей из разных металлов и сплавов;
• элементов внутри полых труб;
• плоских деталей большой площади.

Отсутствие сильной диффузии при сварке взрывом позволяет применять данный метод для соединения тонких (до 0,01 мм) листов из разных материалов и для создания многослойных композитов.

Высокая энергия сваривания позволяет создавать швы высокой однородности, а отсутствие необходимости проваривать шов вручную дает возможность увеличения площади соединения деталей до 50 кв. м.

Необходимое оборудование

Для выполнения сварки методом взрыва потребуются:

• крепление для неподвижной детали;
• взрывчатое вещество и детонатор;
• прокладка для установки между деталями;
• органический растворитель;
• шлифующий элемент.

Массивные детали (прокатные листы, металлические основания композитов) располагают на уплотненном гравии или песке без дополнительной фиксации, а небольшие детали, требующие высокой точности соединения, закрепляются на толстом бетонном или металлическом основании специальными монтажными болтами. Болты вставляются в наружные ушки детали, которые отрезаются после завершения процесса сварки.

Прокладка между плоскими деталями, которые нужно сварить, поддерживает между ними расстояние в 2-8 мм, необходимое для разгона плакирующей детали. Прокладка изготавливается из обеззоленного картона или углеродного клатрата (для высокоточной сварки) – данные материалы сгорают в момент сваривания с выделением углекислого газа практически без образования копоти и золы, которые могут уменьшить прочность соединения.

Подготовка к сварке

Перед началом сварки поверхности деталей сначала шлифуются до металлического блеска, после чего обезжириваются растворителем. Без шлифовки плоскость соединения деталей может быть сильно неоднородной за счет отсутствия контакта деталей в неровных местах, а жировая пленка толщиной более 0,01 мм может препятствовать свариванию при быстром соударении деталей (особенно если используются низкотемпературные взрывчатые вещества).

После обработки поверхности деталей нужно оценить качество пирозаряда. Проверка проводится детонацией заряда вхолостую на небольшой поверхности, при этом оценивается равномерность хода взрывной волны.

Если свариваются большие площади массивных деталей, то перед нанесением пирозаряда важно соблюсти технику безопасности – огородить место сварки и обеспечить персонал средствами индивидуальной защиты.

Описание процедуры

Процедура сваривания деталей взрывом включает следующие шаги:

1. Нижняя неподвижная деталь располагается на рабочей поверхности.
2. Далее располагается удерживающая прокладка из картона.
3. Выше укладывается плакирующая деталь.
4. На плакирующую деталь равномерно наносится взрывчатое вещество.
5. По краю детали устанавливается детонирующая система.
6. Детонатор запускается оператором.
7. Происходит сваривание и остывание поверхностей.
8. С плакирующей детали удаляются остатки пирозаряда.

Детонирующая система может быть установлена в одной точке края, в нескольких точках или вдоль линии. Например, при сварке двух плоских прямоугольных деталей линия детонации устанавливается по ширине края плакирующей детали.

После окончания процесса сварки важно убедиться, что на плакирующей детали не осталось невзорвавшегося вещества. Для этого поверхность детали очищается механически и обрабатывается нейтрализующими пирозаряд реагентами.

Счищенные остатки сгоревшего пирозаряда утилизируются как взрывоопасные вещества, при необходимости подвергаясь контрольной детонации.

Оценка качества соединений

Качество сварки взрывом оценивается по следующим критериям:

• прочность;
• сплошность;
• окисляемость;
• равномерность соединения;
• чувствительность к воздействию тепла и удара.

Прочность соединения плоских деталей в композитных изделиях оценивается испытанием на изгиб и перегиб – при изгибе сваренные детали не должны смещаться относительно друг друга и толщина в месте соединения не должна увеличиваться.

Сплошность – это качество соединения деталей из разных материалов, проверяется ультразвуковым дефектоскопом. Окисляемостью называют наличие окисной пленки вследствие теплового воздействия на поверхность плакирующей детали. Допустимость и максимальная толщина такой пленки зависит от конкретных деталей и назначения готового изделия. Под равномерностью подразумевается отсутствие типичных для сварки дефектов – раковин, наплывов по краям и т. д.

Достоинства и недостатки метода

К плюсам сваривания деталей взрывом с использованием пирозаряда можно отнести:

• высокую скорость сварки;
• возможность сваривания деталей из разных поверхностей;
• возможность сваривать детали в труднодоступных местах;
• высокую однородность и прочность соединения при малой диффузии.

Равномерно нанесенное взрывчатое вещество соединяет хорошо обработанные детали с одинаковой прочностью по всей площади в отличие от обычной сварки, где большое влияние имеет человеческий фактор.

Кроме того, отсутствие необходимости касания поверхностей электродом и зрительного наблюдения за процессом дает возможность соединять тонкие детали сложной формы в узких полых пространствах.

К минусам метода сварки взрывом относят:

• сложность технологической подготовки;
• повышенную опасность;
• неприменимость способа для легкоплавких и горючих деталей.

Несмотря на высокую скорость самого процесса сваривания, подготовка может занимать значительное время. При этом использование взрывчатого вещества создает высокий риск повреждения деталей температурой или ударной волной, поэтому перед свариванием новых материалов нужно подбирать подходящее вещество для пирозаряда и толщину его нанесения опытным путем.